Bir Multicopter’in Temel Parçaları

Son zamanlar popülerleşen, ilk olarak hobi amaçlı kullanılmaya başlayan bu cihazlar gelecekte hayatımızı bolca kullanılacak gibi görünüyor. Kargo taşımacılığından, fotoğraf çekmeye, film çekimlerinden, güvenlik amaçlı tespit sistemlerinde kullanıma kadar bir çok alanda aktif olarak kullanılmaktadır. Düşük maliyeti, kullanım kolaylığı ve yüksek hareket kabiliyeti bu cihazların kullanım alanlarını artırarak tercih sebebi olmaktadır.

Genel olarak drone olarak adlandırılan bu cihazların 4, 6, 8 pervaneli ve çeşitli boyutlarda bir çok modelini ile karşılaşabiliriz. Bu yazıda ortalama bir quadcopter yapmak için gerekli olan temel parçalardan ve teknolojilerden bahsedeceğim.

İskelet (Body)

Öncelikle tasarlanmak istenen cihazın kaç pervaneli olacağı, ne kadar süre havada tutulmak istendiği max ağırlığı gibi temel paramatreleri en optimum şekilde planlanması gerekmektedir. Bu hesaplamada yardımcı olabilecek bir çok hesaplama sitesi bulunmaktadır. İnternette “multicopter calculator” olarak aratıldığında bir çok örneğini görülebilir.

İskeleti kendiniz yapabileceği gibi piyasada bulunan hazır ürünler de kullanabilir. Burda dikkat edilmesi gereken temel konu genel gövdenin hafif ve sağlam olmasıdır.

Pervaneler (Propellers)

Multicopter’de kullanacağınız pervane seçimi basit gibi görünse de bir hayli önemlidir. Pervane çapı, üretilen malzeme, kanatlardaki eğim ve sağlayabileceği kaldırma kuvveti gibi birçok parametreyi göz önünde bulundurmalıdır. En ufak bir çarpmada hasar almaması için yedekli temin edilmesi ve dayanıklı malzemelerin kullanılması önerilir. Kullanılacak olan pervane yuvaları ile motorların bağlantı noktalarının mutlaka uyum sağlıyor olması gerekir.

Motorlar (Motors)

Bir cihazı uçurabilmek için yüksek devirde dönüş sağlayan motorlara ihtiyaç vardır. Multikopterlerde de elektrikli motorlar tercih edilir. Brushless DC (BLDC) motorlar yani fırçasız motorlar bu cihazları uçurabilecek en uygun motor çeşididir. Düşük enerjiyle daha çok hareket sağlayabilen motorlar uçuş süresini etkileyeceğinden yüksek verimli motorları kullanmak tavsiye edilir.

Electronic Speed Controller (ESC)

Multikopterleri havada kontrol edebilmek için motorlara farklı değerlerde akımlar vermek gerekir. Bu konuda ESC’ler devreye giriyor. ESC’lere multikopterin kontrol sistemi üzerinden ne kadar devirde (RPM) motorların çevireceği bilgisini sağladıktan sonra ESC’ler sürekli olarak motorla iletişim halinde hareket ederek, ne kadar akım verilmesi gerekiyorsa pil üzerinde bu akımı motora sağlarlar. Her motor için bir ESC temin edilerek multikopterin dengede uçması sağlanır.

Pil (Battery)

BLDC motorlar anlık yüksek akımlara ihtiyaç duymaktadır. Lipo (Lityum Polimer) piller bu motorların akım ihtiyacını karşılayacaktır. Kullanılacak olan pilin sağlayacağı enerji miktarı havada uçuş süresini uzatacağından fakat pilin ağır olması ağırlığı artıracaktır. Burada en optimum değerin seçilmesi uygun olacaktır. Pilin Amper, Voltage ve Constant değerleri motorlara uygun ve hassas şekilde hesaplanmalıdır.

Yüksek akım sağlayabilen pillerde tehlike oluşturabileceğinden dolayı pilin kısa devre yapmamasına çok dikkat edilmelidir. Pilin şarj edilmesi için cihaz temin edilmesi de unutulmamalıdır.

Kablolar (Cables)

Motorlar, pil ve ESC’ler arasında yüksek miktarda akım taşınacağı için kablolarda ısınma gerçekleşebilir. Dolayısıyla multikopter’ler de ısıya dayanıklı hafif silikon kaplı kablolar tercih edilir. Bağlantı noktalarının sağlam ve düzgün şekilde bağlanıldığından emin olunmalıdır.

Kontrol Sistemi (Control System)

Tüm multikopterin dengeli bir şekilde uçması için ve belirtilen yöne doğru hareket etmesi için ana bir kontrol sistemine ihtiyacı vardır. Kontrol sistemleri Gyroscope, Accelerometer gibi sensörlerden aldığı verileri yorumlayarak tüm sistemin düzenli çalışmasını sağlarlar. Yine kontrol sistemi üzerinde barometer, speedometer, thermometer gibi sensörlerde bulunabilir. Multikopter’e hazır bir kontrol sistemi alabileceği gibi yeni bir kontrol sistemi de tasarlanabilir.

Kontrol sistemini tasarlamak için ciddi bir çalışma yapılması ve bilgi birikimi gerekir. PID(Proportional Integral Derivative) hesaplama gibi ve algoritmik yapıları iyi derece hakim olunması gerekir.

Yine detaylı bir şekilde mikroişlemci programlama ve kart dizayn etme gibi temel elektronik bilgisine sahip olunmalıdır.

Ağ Haberleşmesi (Network Communication)

Tasarlanan multikopteri yerden kontrol edilmesi gerekiyorsa arada bir ağ yapısı kurulması gerekir. İletişim sağlanacak mesafe, taşınacak veri boyutu vs gibi parametreler hesaplandıktan sonra kullanılacak olan yönteme kara verilmelidir. Bu amaçla ZigBee gibi modüller kullanılabilir. Kullanılacak olan network kartlarının serbest olan frekans değerlerinde çalışması gerekir.

Yer İstasyonu (Ground Station)

Multikopteri yerden kontrol etmek için bir yer istasyonu geliştirilebilir veya open source bazı projeler kullanılabilir. Yer istasyonu sayesinde multikopter üzerinde bulunan veriler okunabilir ve cihaza komutlar gönderilebilir.