Mayın Tarama ve Bomba İmha Sistemlerinin Tek Robot Üzerinde Modernizasyonu

Transkript

1 Mayın Tarama ve Bomba İmha Sistemlerinin Tek Robot Üzerinde Modernizasyonu Harun Sümbül 1, Akif Coşkun 2 1 Gümüşhane Üniversitesi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Gümüşhane 2 TRT Genel Müdürlüğü, Ankara habu_58@hotmail.com, akif.coskun@trt.net.tr Özet: Bu çalışmada, arazi tarama özelliğine sahip uzaktan kumanda edilebilen mikrodenetleyicili bir robot tasarımı yapılmıştır. Aynı zamanda sistem, bulduğu bombaya müdahale edebilen bir kola da sahiptir. Kumanda sistemini bir konsol görevi gören klavye oluşturur. Klavye bilgilerini yorumlayıcı mikrodenetleyici aynı zamanda grafik LCD ye bağlıdır. Robot hakkında bilgiler buradan sunulmaktadır. Klavye bilgileri RF verici ile taşınmakta ve alıcı vasıtası ile ana kart ünitesine gönderilmektedir. Ana kart üzerinde alınan verileri mikrodenetleyici yorumlamakta ve hareket ünitesine vermektedir. Robot üzerinde birçok algılayıcı mevcuttur. Bunlardan en önemlisi MIR (Micropower İmpulse Radar) dır. Robot üzerinde bulunan bu algılayıcılardan gelen verilerde ana kart üzerinde yorumlanmaktadır. Anahtar Sözcükler: Mayın tarama, MIR, Bomba İmha, Robot. Modernization of Mine Scan and Bomb Disposal Systems the on a Robot Abstract: In this study, the land capable of scanning a microcontroller can be remotely controlled robot has been designed. At the same time, the system can intervene to find a lever that also has a bomb. Control system, creates the keyboard that serves as a console. The microcontroller that interpreting the keyboard informations, has related graphic LCD screen at the same time. Here is presented information about the robot. Keyboard information are moving with via RF transmitter and sending motherboard unit with via receiver. Microcontroller interprets the data received on the motherboard and provides motion unit. There are many sensors on the robot. The most important is MIR (Micropower Impulse Radar). In the data from the sensors on the robot which is interpreted on the motherboard. Keywords: Mine Clearance, MIR, Bomb Destroy, Robot. 1. Giriş Mayın tarama ve bomba imha sistemleri üzerine birçok çalışma yapılmakta ve bu tip uygulamalarda genellikle RF veya kızılötesi gibi kısa mesafeli ve düşük güvenliğe sahip haberleşme yöntemleri tercih edilmektedir. Bu tip sistemlerin kontrolü, kullanıcı tarafından manuel olarak veya çizgi, ışık ve ses takibi gibi çeşitli yöntemler kullanılarak otomatik olarak yapılmaktadır. Bu çalışmada, arazi tarama özelliğine sahip uzaktan kumanda edilebilen mikro denetleyicili bir robot tasarımı yapılmıştır. Uzaktan kumanda sayesinde şüpheli alan insan müdahalesi olmadan taranır ve alan ile ilgili bilgi toplanır. Robot tipi paletli bir robot tipidir. Böylece iki kullanımı sayesinde farklı yapıda özellikleri üzerinde bulundurmaktadır. 39

2 Mayın Tarama ve Bomba İmha Sistemlerinin Tek Robot Üzerinde Modernizasyonu Harun Sümbül, Akif Coşkun 2. Robot Sistemi ve Donanımsal İncelenmesi Sistemde hem mekanik yapı hem de elektronik yapı mevcuttur. Bu birleşimin ilk bölümü olan paletli kısım metal ve Polialtetal ham maddeli makaralardan oluşturulmuştur. Metal kısmın ana parçaları ve yüzeyleri lazer kesimi olup torna ve frezede işlenerek kullanışlı hale getirilmiştir. Yardımcı aksamlar ise demir çubuklar sayesinde argon kaynak ile kaynatılmıştır. Böylece sağlam bir gövde elde edilmiştir. Yanlara işlenen raylar sayesinde ise plastik silindirler (Polialtetal ham maddeli) eklenmiş ve hareket aksamı oluşturulmuştur. Kontrol bölümünde 16F877 mikro denetleyicisi ile giriş ve çıkış ünitelerine işlem kabiliyeti kazandırılmıştır. Bu hareketli yapıya uzaktan kontrol eklenerek kumanda edilmiştir [1]. 2.1 MIR (Micropower Impulse Radar) MIR, 1990 lı yıllarda Amerika da Lawrence Livermore ulusal laboratuarında geliştirilmiş ümit verici bir teknolojidir [4]. MIR sensorları, kredi kartı boyutlarındadır ve çok çeşitli kullanım alanlarına sahiptir. Bunlar; medikal, radar izleme, ses tanıma, iletişim, askeri uygulamalar, güvenlik ve mayın bulma. MIR vericisi saniyede 2 milyon hızında geniş bant radar sinyalleri yayar. Bu hız özellikle bir gürültü devresi tarafından random hale getirilmiştir. Bileşenlerin oluşturduğu verici, saniyenin 50 triyonda birinden daha kısa bir zaman (50 ps) yükselmesi ile kısaltılmış ve keskinleştirilmiş elektriksel sinyalleri gönderebilir. Bu sinyal detektör devresi kullanan alıcı, yalnızca birkaç santimetreden, metrelerce mesafeye kadar önceden belirlenmiş (gidiş-geliş gecikme zamanı) alan içindeki objelerden ekoları yakalayabilir. Kara mayınının tespiti ciddi bir askeri ve insani problemdir. Önceki savaşlardan kalma mayınlar yüzünden dünya çapında her hafta bine yakın insan ölmüş ya da sakat kalmıştır. MIR, toprak altına gömülmüş hem plastik hem de mekanik kara mayınlarını belirleyebilir. Çok küçük boyutları, düşük maliyeti elde kolaylıkla taşınabilmesi ve araçlara monte edilebilmesinden dolayı bu teknoloji oldukça caziptir. Çünkü yerdeki parazitten, mayını ayırt etmesine yardımcı bir dizi tarafından görüntüler biçimlendirilmiştir. Şu an bir lap top bilgisayar, bir görüntüyü 10 saniyeden daha az bir sürede yeniden işleyebilir fakat daha yüksek hızlar da mümkündür. Yapılan çalışmalar kesin olarak göstermiştir ki; MIR, 2-D görüntü içerisine gömülmüş mayınları kolayca belirleyebilir fakat 3-D görüntüleme, mayını daha güvenlikli bir şekilde tespit için gerekli olabilir [2]. Uzaktan kontrollü bir aracın önüne takılmış MIR modellerinin bir doğrusal dizisi, anti tank (tanksavar) ve anti personel (insan öldürücü) mayınları tespit edebilir. Yoğun topraklı veya engebeli arazilerde bile, taşınabilen mayın tespit sistemi bugünün teknolojisi ile mümkündür. Şekil 2. MIR tarafından iletilmiş bir pulse Minimum metal antipersonel mayın algılama ve metalik enkaz, mevcut metal detektörleri ile zor ayırt edilebilmektedir. Birkaç umut verici yeni teknoloji gelişmektedir fakat tek bir sensor, her mayın çeşidini bulabilmek için yeterli olmayacaktır. Bu yüzden yeni sensor füzyonlarına ihtiyaç duyulmaktadır [5]. Şekil 1. MIR 40

3 2.3. RF Ünitesi 433Mhz alıcı-verici kiti [7] alınarak seri iletişim protokolü ile klavye sayesinde bomba imha robotu ana kartı ile veri iletişimi sağlanmıştır. Klavye için hazırlanmış sürücü yazılımı PIC18F452 denetleyici üzerinde çalışmaktadır. Böylece klavyeden girilen tuş kombinasyonları denetleyici vasıtası ile kablosuz verici kitine aktarılmıştır. Alıcı kit aynı şekilde bir denetleyici yardımıyla gelen verileri çözümleyerek ana karttaki denetleyiciye göndermektedir. Böylece hareket üniteleri uzaktan kontrol edilmektedir Algılayıcılar Sınır anahtarları Şekil 3. tipik bir plastik anti tank mayını [3] Kontrol Ünitesi Şekil 5. Sınır anahtarı RF Kumanda Algılayıcılar MIR MCU Şekil 4. Kontrol Blok Diyagramı Şekil 4 de görüldüğü gibi devrede etkin olarak iki entegre bulunmaktadır. PIC16F877 sayesinde giriş siteminde bulunan RF kumanda, algılayıcı ve metal detektöründen alınan bilgiler ile hareket üniteleri kontrol edilmiştir. PIC16F877 yazılımı için pic basic pro derleyicisi [6], dolayısıyla basic yüksek seviyeli dili kullanılmıştır. L298 motor kontrol entegresi ise paletli hareket sistemini çok yönlü olarak mikro denetleyiciden aldığı bilgiye göre yönlendirmektedir. L298 motor kontrol entegresi ise paletli hareket sistemini mikro denetleyiciden aldığı bilgiye göre yönlendirmektedir. Hareket üniteleri 41 Hareketli sistemlerde bir hareketin durdurulduğu başka bir hareketin başlamasına yarayan devre elemanına sınır anahtarı denir [8]. Robotun kol sisteminde hareketin sonlanması ve çarkların sıkışmasını önlemek için hareketin sonlandığı noktalara sınır anahtarları yerleştirilmiştir. Sınır anahtarlarından alınan anahtarlama bilgileri sayesinde otonom bir şekilde hareket sonlandırılmaktadır Fotoseller Paletli sistem (tank) üzerine yerleştirilmiş LDR (light dependent resistor) sayesinde karanlık ortamlarda otomatik olarak ışıklandırma sistemini devreye sokmaktadır. Böylece ön ve arka kısımlar açık bir şekilde aydınlatılmıştır Mikro denetleyici Mikrokontrolörler (mikrodenetleyiciler) tek bir silikon yonga üstünde birleştirilmiş bir mikroişlemci, veri ve program belleği, sayısal (lojik) giriş ve çıkışlar (I/O), analog girişler ve daha fazla güç veren ve işlev katan öteki çevre birimleri barındıran mikrobilgisayarlardır [9].

4 Mayın Tarama ve Bomba İmha Sistemlerinin Tek Robot Üzerinde Modernizasyonu Harun Sümbül, Akif Coşkun Kullanılan işlemcinin önemli özellikleri aşağıdaki gibidir. 8 tane 10 bit analog sayısal çevirici 33 giriş çıkış portları 8 K flash program bellek 2 tane capture/compare/pwm devresi PIC 16F877 mikrokontrolörü 20 Mhz kadar bir saat hızında çalışabilir. Bu hızda çalışıması halinde komut saykılı 200ns kadardır. RISC yapısına sahip olan bu mikrokontrolörün sadece 35 tane tek kelimelik komutu vardır. PIC16F877 mikrokontrolörün 14 tane kesme kaynağı bulunur. PIC 16F877 mıkrokontrolörün port kontrolü PIC16F84 gibi çalışmaktadır. PORT A PORT B PORT C PORTD VE PORT E olmak üzere 5 tane sayısal portu bulunmaktadır. PORT A pinleri analog sayısal çevirici giriş pini işlevini de görmektedir. PIC16F877 mikrokontrolörün PIC16F84 de bulunan yazmaçlara göre daha fazla yazmacı ve özel fonksiyon yazmaçları bulunmaktadır [10] Kol Sistemi Robot kol paletli sisteme vidalar ile sağlam bir şekilde adapte edilmiştir. Bağlantı yerinde hareket olmayıp hareketi tek eksenlidir. Bu hareket fünye taşıma ve kamera görüntüsü açısından yeterli olup bir eklem sonrasında robot eli adapte edilmiştir. Robot kolun ekleminde DC servo motor kullanılmıştır. Sürücü devresi ile kolun X ekseninde hareketi sağlanmıştır. Kolun aşağı hareketini FET, yukarı hareketini ise ROLE üzerinden yapmaktadır. Bu hareket çarklı sistemi ile kol aksamına uygulanmıştır El Sistemi Yukarıda bahsedilen DC servo motor sürücü devresi el açma-kapama hareketi için de kullanılmıştır. Motor çarklı sisteme etki ederek çene yapısına benzeyen elin tek çenesine hareket vermektedir. Ağız kısmının diğer parçası sabittir (Şekil 7). 3. Hareket Üniteleri 3.1. Paletli Sistem Şekil 6 da görüldüğü gibi paletli yürüyen aksamda hareket için iki adet DC servo motor bulunmaktadır. DC servo motorlar için PIC16F877 mikrokontrolör kullanılmış ve mikrokontrolör 4MHz bir kristal ile çalıştırılmıştır. Mikrokontrolörün donanımsal olarak CCP1 ve CCP2 bacaklarında PWM çıkışları bulunmaktadır [11]. Bu çıkışlar L298 in enable girişlerine uygulanmış ve hız kontrolü yapılmıştır. Şekil 6. Paletli Sistem 42 Şekil 7. Robot El 4. Sonuçlar ve Öneriler Bu çalışmada,; çok fonksiyonlu mayın tarama Robotu tasarlanmıştır. Robotun gövde kol el ve mayın tarama özellikleri PIC mikrodenetleyici ile kontrol edilmiştir. Sistem, üzerindeki algılayıcılar sayesinde oldukça fonksiyonel hale gelmiştir. Özellikle üzerindeki MIR ile, mayın dedektasyon işlemi sorunsuz gerçekleşmektedir. Düzenek iki kısımdan oluşmaktadır: birinci kısım; PIC 16F877 ile çalışan kontrol ünitesi, ikinci kısım ise kumanda ünitesidir. Mikrodenetleyicili kısmı programlama da PIC BASIC PRO ve MicroCode Studio; kumanda

5 kısmında RF kiti kullanılmıştır. PIC ile kontrol edilen bölüm dört ana üniteden oluşmaktadır. Bunlar kol gövde, el ve mayın tarama üniteleridir. Tasarlanan sistem ile artık insan zafiyeti olmadan, şüpheli paketlerin açılması ve şüpheli arazilerin taranması çok kolay ve kayıpsız bir hale gelmiştir. 5. Kaynaklar [1] C. Akif, P. Nurdan, C. Mehmet, S.Tahir, BOMBA İMHA VE MAYIN TARAMA RO- BOTU, OUS 2008 Teknik Eğitim Faküteleri VII. öğrenci Sempozyumu, (2008). [2] S Azevedo, TE McEwan Science & Technology Review January / February Lawrance Livermore National Laboratory,1996. [3] S.G. Azevedo, D.T. Gavel, J.E. Mast, J.P. Warhus, Lanmine Detection and Imaging Using MIR, Lawrance Livermore National Laboratory, August 7, [4] P. K. Dutta, Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) contract OSU-RF #F C-1901 [5] Gros B., and Bruschini C., Sensor technologies for the detection of antipersonnel mines A survey of current research and system developments, (ISMCR 96), Brussels, 9-11 May 1996 [6] Doğan İbrahim, Pic basic programlama ve projeleri,bileşim Yayınları 37, Teknik 12, 2001 [7] Behzad Ravazi, RF MicroElektronics, Prunter Hell Ptr, 1998 [8] T.C. Milli Eğitim Bakanlığı, MEGEP, Elektrik Elektronik Teknolojisi, Asenkron motor kumanda teknikleri, Ankara, [9] T.C. Milli Eğitim Bakanlığı, MEGEP, Bilişim Teknolojileri, Mikrodenetleyiciler, Ankara, [10] N. C.Braga, Robotik Mekatronik Ve Yapay Zeka, Bileşim Yayınları 209, Teknik , 2002 [11] Doğan İbrahim, Pıc C Motor Kontro Projeleri, Bileşim Yayınları 70, Teknik 23 43