Analysis, design and control of an autonomous drone delivery system
Otonom drone teslimat sisteminin analiz, tasarım ve kontrolü
- Tez No: 888759
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BARIŞ BIDIKLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mekatronik Mühendisliği, Mechanical Engineering, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: İnsansız Hava Araçları, Paket Teslimatı, Paralel Robot Manipülatörü, Uyarlamalı Denetim, Mekanizma Tasarımı, Dinamik Modelleme, Unmanned Aero Vehicles, Package Delivery, Parallel Robot Manipulator, Adaptive Control, Mechanism Design, Dynamic Modeling
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Robotik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 76
Özet
Savunma sanayinde ortaya çıktıktan sonra hızla hayatımıza giren insansız hava araçları (İHA'lar), günümüzde sivil havacılıkta da yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu araçlar fotoğrafçılıktan film yapımcılığına, arazi haritacılığından eğlence sektörüne kadar pek çok alanda kullanılmaktadır. Bu çalışma, İHA'ların günlük hayatta yaygın kullanımının henüz gerçekleşmediği bir sektör için çözüm önerebilecek bir sistemin mekanizma tasarımı, dinamik modellenmesi ve denetimine odaklanmaktadır. Bu çalışma özellikle paket teslimatı amaçlı insansız hava aracı tabanlı ulaşım sisteminin mekanizma tasarımı ve dinamik modellenmesi üzerine yoğunlaşmaktadır. Temel amaç, drone altına monte edilen paralel bir robot kolu yardımıyla paketlerin teslimatını kolaylaştırmaktır. Mekanizma tasarımı aşamasında insansız hava aracının altına konumlandırılan paralel robot kolu, paket teslimatı için gerekli hareketleri gerçekleştirecek şekilde tasarlanmıştır. Ayrıca sistem, tam otonom uçuş sırasında engelleri tespit etmek ve etraflarında manevra yapmak için ultrasonik sensörlerle donatılmıştır. Dinamik modelleme aşamasında robot kolunun hareketleri için Euler-Lagrange denklemleri kullanılarak dinamik bir model geliştirilmiştir. Bu model, robot manipülatörünün bir konumdan diğerine geçişi için gereken kuvvetleri ve momentleri hesaplamak için kullanılır. İnsansız hava aracının dinamik modellenmesi için bilimsel yazından uygun bir model seçilerek mevcut yapıya uyarlanmıştır. Ayrıca, bu sistem için bir denetleyici tasarımı da geliştirilmiştir. İHA'nın konum denetimi için oran-tümlev-türev denetleyici temelli bir yapı kullanılırken, entegre robot kolunun denetimi için Lyapunov temelli doğrusal olmayan bir uyarlamalı denetleyici tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu denetleyici tasarımı, model yapısından tamamen bağımsız olacak şekilde uygulanmıştır. Ek olarak, sistemin uçuşlar esnasında karşılaşabileceği olası engellerden kaçınabilmesini sağlamak için, entegre ultrasonik sensörlerin baş rolde olduğu bir engelden kaçınma algoritması düşünülmüştür. Tüm tasarlanan denetleyicilerin ve engelden kaçınma algoritmasının başarımları benzetim ortamında gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, sistemin tasarımı, dinamik çözümlemesi, modellemesi ve denetim tasarımı kuramsal olarak tamamlanmış ve benzetim ortamlarında test edilmiştir. Gelecek çalışma olarak, fiziksel sistemin geliştirilmesi planlanmaktadır. İHA'nın ve robot kolunun fiziksel montajları tamamlanmış olup, denetim ve engelden kaçınma algoritmasının bütünleştirilmesiyle ile fiziksel sistem ortaya çıkarılacaktır.
Özet (Çeviri)
Unmanned aerial vehicles (UAVs), which rapidly entered our lives after emerging in the defense industry, are now widely used in today's civil aviation. These vehicles are utilized in various fields ranging from photography to filmmaking, land mapping to the entertainment sector. This study focuses on the mechanism design, dynamic modeling and control of a system that could propose a solution for a sector where the widespread use of unmanned aerial vehicles in daily life has not yet occurred. This study specifically concentrates on the mechanism design and dynamic modeling of a UAV-based transportation system intended for package delivery purposes. The primary objective is to facilitate the delivery of packages with the assistance of a parallel robot manipulator mounted under the drone. During the mechanism design phase, a parallel robot manipulator positioned under the UAV is designed to perform the necessary movements for package delivery. Additionally, the system is equipped with ultrasonic sensors to detect obstacles during fully autonomous flight and maneuver around them. In the dynamic modeling phase, a dynamic model is developed using Euler-Lagrange equations for the movements of the robot manipulator. This model is utilized to calculate the forces and moments required for the robot manipulator to transition from one position to another. An appropriate model from the literature is selected and adapted to the current structure for the dynamic modeling of the UAV. Additionally, a controller design is developed for this system. A proportional-integral-derivative controller-based structure is used for the position control of the UAV, while a Lyapunov-based nonlinear adaptive controller is designed for the integrated robot manipulator. This controller design is implemented to be completely independent of the model structure. Furthermore, an obstacle avoidance algorithm, primarily utilizing the integrated ultrasonic sensors, is considered to enable the system to avoid potential obstacles during flights. The performances of all designed controllers and the obstacle avoidance algorithm are observed in a simulation environment. In conclusion, the system's design, dynamic analysis, modeling, and control design are theoretically completed and tested in simulation environments. The planned future work involves the development of the physical system. The physical assembly of the UAV and robot manipulator are completed, and the next steps include integrating the control and obstacle avoidance algorithm to realize the physical system.
Benzer Tezler
- Gömülü yazılım sistemlerinde proje yönetim metodoloji seçimi
Software development methodologies selection in embedded software system
SADIK ÖZER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiEndüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEZİ ÇEVİK ONAR
- Early forest fire detection and prevention using ai powered drones and the IoT
Başlık çevirisi yok
MONTASER N. A. RAMADAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Okan ÜniversitesiYapay Zeka Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BEKİR TEVFİK AKGÜN
- Kanat çırpma hareketi bulunan dinamik sistemlerin stabilizasyonu
Stabilization of dynamic systems with wing flapping motion
MUSTAFA KAAN ATİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATA MUĞAN
- Esnek üretim sistemleri için bir etkin üretim denetleme modeli
An Effective supervisory control model for flexible manufacturing systems
BAHAR KORKUSUZ
Doktora
Türkçe
1989
Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. GÖNÜL YENERSOY
- Şerit takip desteği sistemi için fonksiyonel emniyet analizi
Functional safety analysis for lane keeping assistance system
EMİR KUDUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER ÜSTOĞLU