İnsansız Su Altı Araçlarında Haberleşme ve Güç Sistemlerinin Tasarımı

Öz

İnsansız su altı araçları (ROV/AUV) su altında yüzebilen, otonom ve uzaktan kontrol edilebilen robotik sistemlerdir. Kayıtlardaki ilk insansız sualtı aracı Luppis Whitehead Automobile tarafından 1864 yılında torpido şeklinde tasarlanmıştır. Günümüzde kullanılan manasıyla tasarlanan ilk araç ise 1953 senesinde Dimitri Rebikoff tarafından tasarlanmıştır. Günümüzde insansız su altı araçları su altı arama kurtarma çalışmaları, gemi su altı bakım ve onarım işlemleri, dalgıçların giremeyeceği tehlikeli ortamlardan görüntü alma, askeri amaçlı kullanım, batıkların incelenmesi ve su altı temizliği gibi çok geniş bir alanda kullanılmaktadır. Çalışmada su altı aracı kontrol sisteminin tasarım aşamaları verilmiştir. Sistem kontrol kartları, iletişim modülleri, sensörler, aydınlatma ve güç elektroniği elemanlarından oluşmaktadır. Sistemin tasarımı için takip edilen temel felsefeler modülerlik ve güvenliktir. Bu durum bileşenlerin su altı aracı içerisindeki organizasyonunda kolaylık sağladığı gibi modüler yapı sayesinde test ve onarım aşamaları kolaylıkla gerçekleştirilir. Modülerliği sağlamak amacıyla sistem güç ve kontrol birimi olarak iki alt bileşene ayrılmıştır. Ayrıca su altı aracının kontrolü için bir bilgisayar arayüzü kullanılmaktadır. Bu arayüz sayesinde su altı aracı ile veri alışverişi yapılmakta bu sayede derinlik, su sıcaklığı ve elektronik bileşenleri içerisinde bulunduran sızdırmaz tüpün sıcaklığı takip edilebilmektedir. Bilgisayar ara yüzünün bir diğer görevi ise su altından alınan kamera görüntüsünün kullanıcıya aktarılmasını sağlamaktır. Bu çalışmada insansız su altı araçlarının uzaktan kontrolü, güç sistemi, iletişim alt yapısı, su altından alınan görüntünün ve sensör bilgilerinin kullanıcıya aktarımını sağlayan yapının tasarımdan bahsedilmektedir.

Anahtar Kelimeler

• Kontrol
• Modüler Tasarım
• ROV
• Sistem Tasarımı
• Yazılım

Design of Communication and Power Systems in Unmanned Underwater Vehicles

Abstract

Unmanned underwater vehicles (ROV/AUV) are robotic systems that can float underwater, are autonomous and remotely controlled. The first unmanned underwater vehicle on record was designed by Luppis Whitehead Automobile in the form of a torpedo in 1864. The first vehicle designed in the same sense used today was designed by Dimitri Rebikoff in 1953. Today, unmanned underwater vehicles are used in a wide range of areas such as underwater search and rescue operations, ship underwater maintenance and repair operations, taking images from dangerous environments where divers cannot enter, military use, inspection of wrecks and underwater cleaning. The design stages of underwater vehicle control system are given in this study. The system consists of control cards, communication modules, sensors, lighting and power electronics elements. The basic philosophies followed for the design of the system are modularity and safety. This situation provides ease in the organization of the components in the underwater vehicle as well as the modular structure, the test and repair stages are easily carried out. To ensure modularity, the system is divided into two subcomponents as power and control units. In addition, a computer interface is used to control the underwater vehicle. With this interface, data is exchanged with underwater vehicles so that the depth, water temperature and temperature of the sealed tube containing the electronic components can be monitored. Another task of the computer interface is to transfer the camera image taken from underwater to the user. In this study, the remote control of unmanned underwater vehicles, the power system, communication infrastructure, the design of the structure that provides the transmission of the image and sensor information taken from underwater is mentioned.

Keywords

• Control
• Modular desing
• ROV
• System Design
• Software

Kaynakça

1. Ahmad, N., Ghazilla, R. A. R., Khairi, N. M., & Kasi, V. (2013). Reviews on various inertial measurement unit (IMU) sensor applications. International Journal of Signal Processing Systems, 1(2), 256-262.
2. Ahmed, Y. M., Yaakob, O., & Sun, B. K. (2014). Design of a new low cost ROV vehicle. Jurnal Teknologi, 69(7).
3. Ang, K. H., Chong, G., & Li, Y. (2005). PID control system analysis, design, and technology. IEEE transactions on control systems technology, 13(4), 559-576.
4. Bradley, A. M., Feezor, M. D., Singh, H., & Sorrell, F. Y. (2001). Power systems for autonomous underwater vehicles. IEEE Journal of oceanic Engineering, 26(4), 526-538.
5. CANLI, G. A., KURTOĞLU, İ., CANLI, M. O., & TUNA, Ö. S. DÜNYADA VE ÜLKEMİZDE İNSANSIZ SUALTI ARAÇLARI İSAA-AUV & ROV TASARIM VE UYGULAMALARI. GİDB Dergi(04), 43-75.
6. Chun-Zhi, H., Yin-shui, X., & Lun-yao, W. (2011). A universal asynchronous receiver transmitter design. Paper presented at the 2011 International Conference on Electronics, Communications and Control (ICECC).
7. Freitag, L. E., & Catipovic, J. (1989). A signal processing system for underwater acoustic ROV communication. Paper presented at the Proceedings of the 6th International Symposium on Unmanned Untethered Submersible Technology.
8. Höflinger, F., Müller, J., Zhang, R., Reindl, L. M., & Burgard, W. (2013). A wireless micro inertial measurement unit (IMU). IEEE Transactions on instrumentation and measurement, 62(9), 2583-2595.

9. Johnson, M. A., & Moradi, M. H. (2005). PID control: Springer.
10. KAHVECİ, S. (2013). Sualti akustik haberleşme. Karadeniz Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, 1-97.
11. Kinsey, J. C., Eustice, R. M., & Whitcomb, L. L. (2006). A survey of underwater vehicle navigation: Recent advances and new challenges. Paper presented at the IFAC Conference of Manoeuvering and Control of Marine Craft.
12. Knospe, C. (2006). PID control. IEEE Control Systems Magazine, 26(1), 30-31.
13. Llor, J., & Malumbres, M. P. (2010). Modelling underwater wireless sensor networks. Wireless Sensor Networks: Application-Centric Design, Ed. InTech Education and Publishing, 185-203.
14. Maalouf, D., Tamanaja, I., Campos, E., Chemori, A., Creuze, V., Torres, J., & Lozano, R. (2013). From pd to nonlinear adaptive depth-control of a tethered autonomous underwater vehicle. IFAC Proceedings Volumes, 46(2), 743-748.
15. Moore, S., Bohm, H., Jensen, V., & Johnston, N. (2010). Underwater Robotics. Science, Design and Fabrication. Marine Advanced Technology Education Center (MATE), Monterrey CA, USA.
16. Norhuzaimin, J., & Maimun, H. (2005). The design of high speed UART. Paper presented at the 2005 Asia-Pacific Conference on Applied Electromagnetics.
17. Pardue, J. (2007). Virtual Serial Port Cookbook: Smiley Micros.
18. Schjølberg, I., & Utne, I. B. (2015). Towards autonomy in ROV operations. IFAC-PapersOnLine, 48(2), 183-188.
19. Shen, F., Cao, Z., Zhou, C., Xu, D., & Gu, N. (2013). Depth control for robotic dolphin based on fuzzy PID control.
20. Yildiz, O., Yilmaz, A. E., & Gokalp, B. (2009). State-of-the-art system solutions for unmanned underwater vehicles. Sensors, 1, 2.