A miniature, foldable, collision resilient quadcopter
Minyatür, katlanabilir, çarpışmaya dirençli quadcopter
- Tez No: 828109
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ÖZCAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Eğitimi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 104
Özet
Gözlem, haritalama ve güvenlik alanlarında, özellikle otonom hareket kabiliyetleri ve insansız hava araçlarının kullanımı gün geçtikçe kaçınılmaz hale gelmektedir. İnsansız hava araçlarının kullanımının artışındaki temel sebep, insan hayatını riske atmadan mağara gibi bilinmeyen ve tehlikeli yerlerde haritalandırma ve araştırma yapabilme yeteneğine sahip olmalarıdır. Aynı zamanda da toplum güvenliği ve sağlığı için tam otonom bir şekilde havadan gözlem yapabilmeleri de önemli bir faktördür. İnsansız hava araçları günümüzde, çoğunlukla bir operatör eşliğinde mağara haritalama ve inceleme, orman yangınlarının tespiti ve müdahalesi, açık ve kalabalık alanların güvenlik amacıyla incelenmesi gibi birçok amaçla kullanılmaktadır. Uzun süreli uçuş gerektirmeyen görevlerde de hem pozisyon koruma becerisi hem de oldukça stabil uçuş sağlayabildiğinden dört adet döner kanat barındıran insansız hava araçları kullanılmaktadır. Bu tip İHA'lar birçok artısının yanında en ufak darbeye karşı bile çok hassas olduklarından tam otonom uçuşları henüz kontrollü bölgelerle sınırlıdır. Bu döner kanatlı İHA'ların çarpışma direncini arttırmak için çeşitli çalışmalar yapılmaktadır. Bu araştırmalar arasında, İHA'nın etrafını saran ve çarpmalarda darbeyi emen koruyucu kabuklar, tamponlar gibi farklı fikirler bulunmaktadır. İHA'nın etrafını sarmalayan küresel kılıflar genelde hafif olması ve hava akışını engellememesi için ağ yapısında olurlar. İHA'nın en hassas parçaları olan motor ve pervaneleri korumak için tasarlanmış olan tamponlar ise gövdeyi korumakta yetersiz kalmaktadırlar. Bu sebeplerden dolayı, İHA'nın farklı parçalarının daha esnek malzemelerden yapılması İHA'nın kırılganlığını düşürürken, çarpmalara karşı direncini arttıracaktır. Bu tez kapsamında, İHA'ların çarpma direncini arttırmak ve kırılmamalarını sağlamak amacıyla bazı parçaları esnek bazıları sert tasarlanmış robotlar test edilmiş ve bu testlerin sonuçları ayrıntılı olarak değerlendirilmiştir. Bu testler sırasında robotun kollarının esnekliğinin ve pervaneleri koruyan tamponların esnekliğinin çarpışmaya olan etkisi incelenmiştir. Bu karşılaştırmayı yapabilmek için, birbirine mümkün olduğunca yakın boyutlarda esnek ve sert robot gövdeleriyle birlikte, benzer boyut ve yapıda sert ve esnek tamponlar tasarlanmıştır. Esnek tampon ve gövde üretimi PET kağıtların lazer kesicide kesilip origamiden esinlenilerek katlanmasıyla üretilmiştir. Bu üretim metodu, PET kağıtların inceliği sayesinde esneklik katarken, origami tekniği sayesinde de yapısal sağlamlık katar. Robotun çarpışma anında esnekliğini ve motorların stabilitesini arttırmak için gövdeye TPU'dan üretilen çubuklar yerleştirilmiştir. Çarpışma dayanıklığına ek olarak, bu tezde, çarpışmaya dayanıklı İHA'lara takılabilecek bir esnek sensörden de bahsedilmiştir. İletken TPU'dan üretilen bu sensor robota dokunma hissi vererek etrafını algılayabilmesini sağlamaktadır. Üzerindeki esnek sensör sayesinde robotlar bir çarpışma gerçekleştiğinde bunu algılayabilir ve buna uygun bir tepki verebilir. Bu sensör tamamıyla İHA'nın tamponlarının esnek oluşuna dayanarak çalışır ve bu tamponların esnemesini hisseder. Dolayısıyla sert gövde ve tamponlarda esneme olmadığından böyle bir sensör kullanılamaz.
Özet (Çeviri)
In the fields of surveillance, mapping and security, the use of unmanned aerial vehicles (UAVs), is becoming inevitable day by day, especially with their autonomous movement capabilities. The main reason for the increasing use of unmanned aerial vehicles is their ability to map and survey unknown and dangerous places such as caves without risking human life. At the same time, the ability to conduct aerial surveillance in full autonomy for public safety and health is also an important factor. Today, UAVs are used for many purposes, such as cave mapping and surveying, detection and intervention of forest fires, and inspection of outdoor and crowded areas for security purposes, often accompanied by an operator. Quadcopters are also used for missions that do not require long duration flight, as they are able to both hold position and ensure a highly stable flight. In addition to their many advantages, these UAVs are very sensitive to even the slightest impact, so their fully autonomous flight is still limited to controlled areas. Various studies are being conducted to increase the crash resistance of the quadcopters. Among these researches, there are different ideas such as protective shells and bumpers that surround the UAV and absorb the impact in case of collisions. The spherical cases that surround the UAV are usually in a mesh structure to be lightweight and not obstruct the airflow. Bumpers designed to protect the most sensitive parts of the UAV, such as the motors and propellers, are insufficient to protect the body. For these reasons, making different parts of the UAV from more flexible materials will eliminate the vulnerability of the UAV and increase its resistance to collisions. In this thesis, in order to increase the impact resistance of quadcopters and to ensure that they do not break, robots with some flexible and some rigid parts were tested and the results of these tests were evaluated in detail. During these tests, the effects of the compliance of the robot's arms and the compliance of the bumpers protecting the propellers upon the impact were analyzed. In order to make this comparison, flexible and rigid robot bodies with dimensions as close as possible to each other, as well as rigid and flexible bumpers of similar size and structure were designed. The flexible bumper and body were produced by cutting PET sheets via a laser cutter and folding them in an origami-inspired pattern. This production method adds flexibility thanks to the thinness of the PET sheets and structural rigidity thanks to the origami-inspired folding technique. To increase the flexibility of the robot in the event of a collision and the stability of the motors, inserts made of TPU are inserted into the body. In addition to impact resilience, this thesis also discusses a soft sensor that can be attached to collision-resiliant drones. This sensor, made of conductive TPU, allows the robot to sense its surroundings by giving it a sense of touch. Thanks to the flexible sensor, robots can detect when a collision occurs and react accordingly. This sensor works entirely based on the flexibility of the UAV's bumpers and senses the bending of these bumpers. Therefore, such a sensor cannot be used on rigid hulls and bumpers as they do not bend.
Benzer Tezler
- Design, manufacturing, and rough terrain analysis of a collision resilient foldable, adjustable wheeled miniature robot: FAWSCY
Çarpışma dirençli, ayarlanabilir tekerli minyatür robot FAWSCY'nin tasarımı, üretimi ve engebeli arazi analizi
DİDEM FATMA DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ÖZCAN
- Çarpışma dirençli katlanabilir mikro hava aracı
Collision resilient foldable micro aerial robot
LEVENT DİLAVEROĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Havacılık Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ÖZCAN
- Optimization of compliant joints used in miniature foldable robotics
Minyatür katlanabilir robotlarda kullanılan esnek eklemlerin optimizasyonu
CEM KARAKADIOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR ÖZCAN
- Design, control, modeling, and locomotion analysis of a multi-legged modular miniature robot with soft backbones
Yumuşak omurgalı çok bacaklı modüler minyatür robotun tasarımı, kontrolü, modellenmesi ve lokomosyon analizi
NIMA MAHKAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. ONUR ÖZCAN
- Design, control, modeling, and gait analysis in miniature foldable robotics
Katlanabilir minyatür robotlarda tasarım, kontrol, modelleme ve adımlama analizi
MOHAMMAD ASKARI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. ONUR ÖZCAN