Mini insansız hava araçları için bir fırçasız motor test sistemi geliştirilmesi

Abstract

Drone adıyla bilinen insansız hava araçları (İHA), otonom bir uçuş planı ile otomatik hareket edebilen veya uzaktan kumanda edilebilen hava araçlarıdır. İlk zamanlarda askeri amaçlar için çalışmaları başlatılan İHA'lar, bir çok alanda farklı amaçlar için de kullanılmaya başlanmıştır. Dört motorlu ve dört pervaneli olan ve quadrotor olarak bilinen insansız hava araçları üzerine akademik alanda bir çok çalışma yapılmaktadır.Mini İHA'ların bir çeşidi olan quadrotorların konum ve yön hesabında sıklıkla MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) tabanlı IMU (Inertial Measurement Unit)'lar kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, MEMS tabanlı ivmeölçer ve jiroskop içeren MPU6050 kullanılarak quadrotorlarda kullanılan fırçasız doğru akım motorları için test sistemi geliştirilmesi amaçlanmıştır. Sensör verilerini okumak için mikrodenetleyici olarak Arduino Uno bordu kullanılmıştır. Motordan ve pervaneden kaynaklı titreşimlerin IMU verileri üzerine etkisi incelenmiştir. Aynı zamanda motor hızının ivmeölçer ve jiroskop ölçümlerine etkisi gözlemlenmiştir. Algılayıcı birimlerden üç eksende alınan ölçümlerin karşılaştırmaları Matlab ortamında grafiklerle gösterilmiştir. Oryantasyon tahmininde kullanılan dönme matrisleri, Euler açıları ve kuaterniyonların matematiksel gösterimleri ve kendi aralarındaki dönüşümler incelenmiştir. Oryantasyon tahmininde kullanılan bu gösterimlerde diğerlerine göre daha doğru sonuçlara ulaşılan kuaterniyon gösterimi kullanılması amaçlanmıştır.

Unmanned aerial vehicles (UAVs) known as drone, are aircraft that can be moved or controlled remotely by an autonomous flight plan. In the early times, the drones, which were initiated for military purposes, were started to be used for different purpose in many areas. There are many studies in the academic field on unmanned aerial vehicles as known quadrotor have four rotors and four propellers. MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) based IMUs (Inertial Measurement Unit) are frequently used in determining the position and direction of quadrotor which is a kind of Mini UAVs. In this thesis, it is aimed to develop a test system for brushless direct current motors (BLDC) which are used in quadrotors by using MPU6050 that including MEMS based accelerometer and gyroscope. Arduino Uno board was used as microcontroller to read sensor data. The effects of vibrations from motor and propeller on IMU data were investigated. At the same time, the effect of motor speed on accelerometer and gyroscope measurements was observed. The comparisons of measurements taken from the sensor units in three axes are shown with graphs in Matlab environment. Mathematical representation of rotation matrices, Euler angles and quaternions which used in orientation estimation was investigated. In this representation used in orientation estimation, it is aimed to use quaternion representation which has more accurate results than others.