Transkript

1 "CI-DRAGON" İNSANSIZ SUALTI ARACI SUALTI ROBOT KONTROLÜ İÇİN YAZILIM GELİŞTİRME G. EREN*, A. T. NASKALİ*, E. VAROL**, A. ALTINIŞIK***, S. M. EGİ* *Galatasaray Üniv. MTF Bilgisayar Müh., **İdeal Teknoloji Bilişim Çözümleri A.Ş. ***Sabancı Üniversitesi Müh. ve Doğa Bilimleri Fak. Anahtar kelimeler: ROV, sualtı robotu, yarı otonom kontrol 1. AMAÇ ROV (Remotely Operated Vehicle) sualtı inceleme,araştırma ve daha birçok değişik uygulamalarda kullanılan sualtı robotlarına verilen genel addır. ROV ler ilk aşamada askeri amaçlarla kullanılırken 1980 lerden itibaren üretim fiyatlarının düşmesiyle yaygınlaşmışlardır. ROV ler iş sınıfı,genel ve mini olarak boyutlarına göre üçe ayrılır. CI-Dragon Galatasaray Üniversitesi'nde İdeal Teknoloji Bilişim Çözümleri A.Ş.'nin desteği ile yazılım geliştirilmekte olan bir mini ROV dir. Düşük maliyeti ve kolaylıkla taşınabilir olması sebebiyle çok geniş bir kullanım alanına sahiptir. 150 metre çalışma derinliğine sahip CI- Dragon Avrupa Birliği'nde yasallaşmakta olan sualtı yaşamının ve kirliliğinin düzenli olarak kontrol edilmesinde, batıkların incelenmesinde, acil kurtarma durumlarında öncü olarak ya da endüstriyel uygulamalarda (boruların incelenmesi, kablolarda hasarlı bölgenin bulunması, vb.) kullanılabilmektedir. Günümüzdeki sualtı robotlarının çoğu manuel olarak bir kullanıcı tarafından kontrol edilmektedir. Otonom robotların ise, sualtı şartlarının (ışık, akıntılar, bitkiörtüsü, zemin, vb.) çok fazla farklılık göstermesinden dolayı, gerçek hayatta kullanmı nerdeyse yoktur. Amacımız bunu göz önünde bulundurarak CI-Dragon için yarı otonom özellikler sağlayan, kullanımı kolay ve kayıt/tekrar izleme özelliği olan bir yazılım geliştirmektir.

2 2. YÖNTEM CI-Dragon v1.1 robotu kontrol etmek için geliştirilmekte olan yazılımdır. Taşınabilirliği, nesneye yönelik programlama özellikleri ve yaygınlığı nedeniyle CI-Dragon v1.1 Windows işletim sistemleri üzerinde çalışan.net platformu üzerinde C# kullanılarak kodlanmıştır. Aynı zamanda görüntü yakalama, kayıt, ve joypad kontrolü için DirectX 9.0 kütüphanelerini kullanmaktadır..net platformu ve DirectX 9.0 Windows işletim sistemi ile gelen ücretsiz yazılımlardır. CI-Dragon v1.1 robot üzerinde bulunan sensörlerden RS485 protokolü üzerinden gelen verileri COM port ta bulunan bir çevirici ile almaktadır. Kameradan görüntüsü bilgisayara bağlanan bir USB TV-Capture kartı ile aktarılmaktadır. Bilgisayara USB üzerinden bağlı olan joypad ile ise motorların gücü, kameranın pozisyonunu ayarlamaktadir. Robotun kullanımı esnasında gönderilen/alınan bütün veriler ve görüntü, istendiğinde bir ikili kodlanmış veri dosyası ve DirectX kütüphanesi kullanılarak birde görüntü dosyası olarak olarak kaydedilebilmekte, daha sonra tekrar izlenebilmektedir. Bunların yanı sıra resim işleme ve yapay zeka teknikleri kullanarak, kullanıcı istediğinde robotun kontrolünü yarı otonom hale getirmektedir. Nesneye yönelik ve modüler olarak geliştirilen yazılımın dokümantasyon calışması da paralel olarak ilerletilmektedir. 3. SONUÇ 3.1 Göstergeler: Robot üzerinden gelen veriler program tarafından işlenip kullanıcıya göstergeler aracılığı ile basit ve kolay anlaşılabilir şekilde gösterilmektedir:

3 Yazılımın genel görünüşü. Kontrol ünitesi.

4 3.1.1 Derinlik Göstergesi CI-Dragon 150 metre calışma derinliğine sahiptir. Derinlik göstergesi otomatik olarak sola kaymakta ve son 75 saniye içinde metre arasinda robotun bulunduğu derinligi göstermektedir. Derinlik arttıkça çizginin rengi maviden kırmızıya dönmektedir. Ulaşılan en derin nokta [max:xxx] olarak gösterilmektedir Sıcaklık Göstergesi Robotun bulunduğu ortamdaki sıcaklığı celcius olarak göstermektedir Yön Göstergesi Robotun kontrolü için iki adet pusula kullanılmaktadir. Bunlardan biri robotun üzerinde diğeri ise bilgisayarın yanındadir. Ortadaki gri cizgi programı kullanan kişiyi ifade etmektedir. Kullanıcı sarı pusulaya bakarak hangi yöne dogru baktığını görülebilir. Gösterge üzerindeki kırmızı robot ve çizgi ise robotun ilk pusulaya göre relatif yönüdür. Bu şekilde robotu kullanan kişi yön değiştiren bir teknenin üstünde olsa dahi robotun gideceği doğrultuyu kolayca ayarlabilmektedir.

5 Göstergesi Motor Güc Göstergesi ve Motor Kontrol Robot üzerinde bulunan 3 adet motora gönderilen gücü kontrol ünitesinden gelen verilere göre ayarlar ve yüzde olarak gösterir. Kontrol ünitesinden motor kontrolü ile ilgili gelen verilerin izlenmesini sağlar Kamera Kontrol Göstergesi Kontrol ünitesinden kamera kontrolü ile ilgili gelen verilerin izlenmesini sağlar Tarih ve Saat Göstergesi ve Tekrar İzleme Zaman Kontrolü Çalışma esnasındaki tarih,saat ve toplam çalışma süresini gösterir. Tekrar izlemede ise izlenmekte olan anın tarih ve saatini gösterir. Tekrar izlemede genişliği toplam çalışma süresini ifade eder. İzlenen anı ileri yada geri almayı sağlar.

6 3.2 Robot ve Kameranın kontrolü: Robot üzerindeki mikroişlemci ile RS485 protokolü ile COM Port üzerinden bir adaptör ile haberleşme sağlanmaktadir. kontrol ünitesinden gelen veriler ile her 40ms'de (25Hz) motorlara gidecek güç ve kameranın pozisyonu gönderilmekte ve aynı zamanda sensörlerden gelen veri alınmaktadır. Buna paralel olarak her 40ms'de (25Hz) coaxial kablo'dan TV-Capture kartı ile görüntü alınmaktadır. Kontrol unitesi sol ve sağ olarak iki bölüm halinde tasarlanmıştır. Sol taraf motor kontrolünü, sağ taraf ise kamera kontrolünü ve fonksiyon tuşlarını içerir. Programda beklenmedik bir durum gerçekleştiğinde kontrol unitesinin titreşimi ile kullancı uyarılır. Kontrol ünitesi ve işlevleri

7 3.3 Kayıt ve Tekrar izleme CI-Dragon v1.1 iki adet farklı çalışma modu vardır.: Bunlardan birincisi Realtime gerçek zamanlı robotun kontrolüdür. Bu modda robot üzerinden gelen veriler ve görüntü işlenir, kontrol ünitesi tarafından motor ve kameranın kontrolü sağlanır. İsteğe bağlı olarak yapılan bütün işlemlerin ve gelip giden verinin kaydı tutulabilmektedir. Kayıt iki dosya olarak yapılır. Bunlardan birincisi robottan gelen görüntüyü içeren avi uzantılı video dosyası, ikincisi ise verilerin tutuldugu cid uzantılı dosyadir. İki ayrı dosya halinde kayıt, görüntünün daha sonra VCD yada DVD olarak kaydedilebilmesini ve aracı program aracılığı ile de verilerin altyazı olarak eklenmesini sağlamaktadir. Buda yapılan çalışmanın saklanması ve dağıtılmasını büyük ölçüde kolaylaştırmaktadır. Diğer çalısma modu ise Simulation kaydedilmiş verilerin tekrar izlenmesidir. Gerekli olan video dosyası (.avi) ve veri dosyası (.cid) belirtildikten sonra program kontrol ünitesini devre dışı bırakarak video dosyasını oynatmaya başlar. Aynı anda veriler COM port yerine veri dosyasından okumaya başlanır. Veri ve görüntü kayıt hızı aynı olduğundan, video görüntü karesi kaydedilirken ona ait olan veri gurubuna da o karenin numarası kaydedilir. Bu şekilde herhangi bir eşzamanlı okuma problemi yaşanmaz. Tekrar izleme özelliği sayesinde yapılan çalışmanın değerlendirmesi yapılabilmektedir. 3.4 Yarı Otonom Kontrol CI-Dragon yarı otonom olarak tasarlanmıştır. Kullanıcı manuel olarak kontrol edebildiği birtakım işleri isterse programa otomatik olarak yaptırabilmektedir. Derinlik kontrolü : Bu özellik sayesinde robot belirli bir derinlikte sabit kalabilir. Kullanıcı tarafında yukarı aşağı motor kontrolü kullanım dışı kalır. Robot istenen derinliğin altına indiğinde yada üstüne çıktığında motorlar otomatik olarak devreye girer. Yön kontrolü: Robotun belirli bir yöne doğru, sapmadan gitmesini sağlar. Motorların güç

8 yüzdeleri otomatik olarak ayarlanmaktadır. Kullanıcının sadece ileri yada geri komutunu vermesi yeterlidir. Kameranın sabit bir noktaya bakması: Özellikle akıntılı bölgelerde araştırmalar esnasında robot üzerindeki kamerayı belirli bir nese üzerinde sabit tutmak oldukça zordur. Bu özellik sayesinde once resimdeki belirgin noktalar belirlenir ve bunlar bir sonraki resim ile karşılaştırılır. Noktaların hareket yönleri belirlenir ve kameranın açısı buna göre tekrar ayarlanır. Eğer nokta robotun hareketi nedeni ile görüntü dışında kalırsa kamera ilk pozisyonuna geri döner. Belirli bi cizgi üzerinde ilerleme: Robotun rengi önceden tanımlanan bir cizgi yada boru üzerinde sapmadan haraket etmesini sağlar. Belirlenen renkteki çizgi resimin filitrelerden geçmesinden sonra belirlenir ve buna göre gidilecek yön tayin edilir. 4. TARTIŞMA CI-Dragon v1.1 yeni birçok otonom özellik getirmesine rağmen su altında robotun nesnelere çarpmasını engelleyici özellikleri yoktur. Çok derinde yapılan bir çalışmada bir nesneye çarpıp hasar gören yada bir kayaya takılan robotu kurtarması çok güç ve masraflıdır. Bunun için lazer ile sualtı resim ölçeklendirme sistemi eklenmesi düşünülmektedir. Sabit açılı lazer ışınları ile uzakta bulunan bir cismin bulunduğu düzlem, mesafesi ve boyutu hakkında bilgi sahibi olmam mümkündür. Bu sayede robot bir nesneye fazla yaklaştığında yada geçemiyeceği bir aralığa geldiğinde kullanıcıyı uyarmak mümkün olacaktır. Bu sistem üzerindeki donanımsal çalışmalarımız devam etmektedir.

9 5. SONUÇ CI-Dragon günümüz son teknolojilerini kullanarak geliştirilmiş, sualtı robtunun kullanımını yarı otonom özellikler ile kolaylaştırarak, kayıt ve tekrar izleme özellikleri ile yapılan çalışmanın saklanmasını, incelenmesini ve dağıltılmasını kolaylaştıran bir yazılımdır. Eklenmekte olan yeni özellikleri ile de bu alanda örnek yazılım olmaya doğru ilerlemektedir. KAYNAKLAR [1] J. Amat, A. Monferrer, J. Batlle and X. Cufí,"GARBI: a low-cost underwater vehicle",microprocessors and Microsystems, Volume 23, Issue 2, 3 September 1999, Pages [2] J. N. Lygouras, K. A. Lalakos and Ph. G. Tsalides, "THETIS: an underwater remotely operated vehicle for water pollution measurements",microprocessors and Microsystems, Volume 22, Issue 5, 4 September 1998, Pages [3] Ji-Hong Li,Pan-Mook Lee,"Design of an adaptive nonlinear controller for depth control of an autonomous underwater vehicle",ocean Engineering, Volume 32, Issues 17-18, December 2005, Pages [4]