İki Tekerlekli Üç Rotorlu Melez Robotun Yönelim ve İrtifa Denetimi

Abstract

İki tekerlekli üç döner kanatlı (2W3R) hibrid robot bu tezde incelenen yerde gidebilen ve havada gezinebilen, yeni bir sistemdir. Sistemin fiziksel yapısı Uçan Robotlar Laboratuvarında bir ders projesi olarak lisans öğrencileri tarafından Atılım Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği Bölümünde yapılmıştır. Bu tez çalışmasının temel konusu sistemin havada stabil olarak gezinebilmesi için bir durum geri beslemeli denetimci tasarımı ve uygulanmasıdır. Yalpa (roll), yunuslama (pitch) ve sapma (yaw) dinamiklerinin eyleyiciler kullanılarak stabilizasyonu çalışılmıştır. İlk olarak doğrusal olmayan hareket denklemleri yazılmış, daha sonra doğrusallaştırılmış geribesleme (linear feedback linearization) ve lineer kuadratik regülatör (Linear Quadratic Regulator) kullanılmış ve Matlab Simulink içinde kontrolcüler geliştirilmiştir. Belirli test ve deneyler, mekatronik tasarım prensiplerine dayanarak 2W3R'ın fiziksel yapısının iyileştirilmesi, parametre hesaplamaları, eyleyici ve duyucuların seçimi, matematiksel modellerin oluşturulması ve son olarak denetleyicilerin karşılaştırılması verilmiştir.

Two-Wheel Tri-Rotor (2W3R) hybrid robot that can move on ground, hover and navigate in air, is a novel system studied in this thesis. Physical structure of the system had been built in Flying Robotics Laboratory by undergraduate students as a course project in Mechatronics Department at Atılım University. Core of this thesis is to design and implement a state feedback controller to stabilize the system on its hovering conditions. Stabilization of roll, yaw and pitch dynamics using the propulsion units are studied. Nonlinear equations of motion of the physical system are first derived, and then state feedback linearization technique and Linear Quadratic Regulator (LQR) are used, and control systems are developed in Matlab Simulink. Presentation of certain tests and experiments, and based on the mechatronics design principles, physical improvement of 2W3R, parameter calculations, selection of actuators and sensor set, derivation of mathematical models, and finally comparison of the controllers are presented.