Statik ve Dinamik Parametrelerin Belirlenmesi

bir önceki adıma gidin. anasayfaya dönün.

Bu bölümde araç üzerine etkiyen hidrostatik ve hidrodinamik etkilerin belirtildiği parametrelerin konfigürasyonu anlatılacaktır.

Önceki adımda <robot_name>_description paketini oluşturmuştuk, burada temelde bulunan dosya/klasörler:

.
├── CMakeLists.txt
├── launch
│   └── upload.launch
├── meshes
│   └── README.md
├── package.xml
├── robots
│   └── default.xacro *
└── urdf
    ├── actuators.xacro
    ├── base.xacro *
    ├── gazebo.xacro *
    ├── sensors.xacro
    └── snippets.xacro

şeklinde olacaktır. Bu parametreleri belirlenmesi esnasında * ile işaretli dosyaların üzerinde değişikler yapacağız / inceleyeceğiz.

Sonraki adımlar için

Sonraki adımlarda kullanacağımız sensörler ve iticilerde, takımımız tarafından hazırlanan bazı snippet’lar bulunmaktadır. Bunlar sayesinde sensörün/iticinin ismini yazarak kolayca aracımıza ekleyebileceğiz. Öncelikle bunların bulunduğu paketi, aracımıza tanıtmamız gerekmektedir. urdf/base.xacro içindeki, include bulunan bölümün sonuna aşağıdaki satır eklenerek bu işlem gerçekleştirilmiş olur.

<xacro:include filename="$(find ituauv_uuv_descriptions)/urdf/snippets.xacro"/>

Kütle, Ağırlık Merkezi, Yoğunluk ve Eylemsizlik Momenti

urdf/base.xacro içindeki, aşağıdaki bölümde

  <xacro:property name="mass" value="0"/>
  <!-- Center of gravity -->
  <xacro:property name="cog" value="0 0 0"/>
  <!-- Fluid density -->
  <xacro:property name="rho" value="1028"/>

mass ile gösterilen bölüme aracın kütlesi, cog ile gösterilen konuma ise aracın gövde merkezine göre ağırlık merkezi yazılır. Eğer tasarımınız simetrik ve ağırlıklar eş şekilde dağıtılmış ise, ağırlık merkezi aracın hacimsel merkezindedir denebilir, böylece çoğu zaman aracın gövde merkezi ağırlık merkezi ile eş kabul edilebilir. Bu durumda cog bölümü olduğu şekilde 0 0 0 olarak bırakılmalıdır. rho parametresi için ise, robots/default.xacro içinde kullandığımız yoğunluk girilmelidir, ki bu 1028’dir.

Eylemsizlik momenti için urdf/base.xacro içindeki aşağıdaki bölümde

<inertial>
  <mass value="${mass}" />
  <origin xyz="${cog}" rpy="0 0 0"/>
  <inertia ixx="0" ixy="0" ixz="0"
           iyy="0" iyz="0"
           izz="0" />
</inertial>

ixx, iyy, izz kısmı doldurulmalıdır. Yine simetrik tasarımlarda, bu üç değer dışındaki diğer eylemsizlik momentleri genellikle 0‘a çok yakın olduğundan ihmal edilebilir. Örneğin araç x ekseni etrafında dönüyorken y ekseni yönünde bir eylemsizlik uygulanmıyorsa, ixy 0 olacaktır. Eğer elinizde bulunuyorsa 3x3 boyutundaki inertia matrisini (ihmal edilebilecek diğer indisler ile birlikte)

<inertial>
  <mass value="${mass}" />
  <origin xyz="${cog}" rpy="0 0 0"/>
  <inertia ixx="0" ixy="0" ixz="0"
           iyx="0" iyy="0" iyz="0"
           izx="0" izy="0" izz="0" />
</inertial>

şeklinde girebilirsiniz.

Yine urdf/base.xacro içindeki

<xacro:property name="visual_mesh_file" value="file://$(find <robot_name>_description)/meshes/vehicle.dae"/>


<xacro:property name="collision_mesh_file" value="file://$(find <robot_name>_description)/meshes/vehicle.stl"/>

satırlarında visual_mesh_file(Görsel 3D Model) ve collision_mesh_file(Çarpışma geometrisi, visual_mesh_file ile aynı olabilir.) dosyalarının dosya yolu belirtilmektedir. Burada, meshes/ klasörü altında,

not: .dae uzantılı 3D model için Blender programı kullanılarak export alınabilir. not: Görsel ve çarpışma modelinde kullanılacak 3D modelde, mümkün olduğunca az ayrıntıya girilmesi, simülatörün bilgisayarınızı yormaması açısından kritik önem taşıyabilir. not: Görsel modelde, aracın üzerindeki itici, pervane ve sensörleri eklemenize gerek olmayabilir. İleriki adımlarda göstereceğimiz sensör ve itici konfigürasyonlarında, sizler için hazırladığımız 3D modeli bulunan sensör/iticiler kullanılmaktadır. Bunları kendi sensörleriniz için yeniden tanımlasanız dahi, 3D modellerini orada belirtebilirsiniz.

Hidrodinamik Etkiler

urdf/gazebo.xacro altındaki,

<?xml version="1.0"?>
<robot xmlns:xacro="http://www.ros.org/wiki/xacro">
    <!-- Yüzerlik merkezi koordinatları -->
    <xacro:property name="<robot_name>_cob" value="0 0 0"/>

    <!-- Aracın hacmi m^3 -->
    <xacro:property name="<robot_name>_volume" value="0"/>

    <!-- Aracı içine alan en küçük kutunun ölçüleri, X, Y, Z uzunluğu -->
    <xacro:property name="<robot_name>_length" value="0"/>
    <xacro:property name="<robot_name>_width"  value="0"/>
    <xacro:property name="<robot_name>_height" value="0"/>

    <xacro:macro name="<robot_name>_hydro_model" params="namespace">
      <link name="${namespace}/base_link">
        <neutrally_buoyant>0</neutrally_buoyant>
        <volume>${<robot_name>_volume}</volume>
        <box>
          <width>${<robot_name>_width}</width>
          <length>${<robot_name>_length}</length>
          <height>${<robot_name>_height}</height>
        </box>
        <center_of_buoyancy>${<robot_name>_cob}</center_of_buoyancy>
        
        <!-- 1) Fossen's equation of motion -->
        <hydrodynamic_model>
          <type>fossen</type>
          <added_mass>
            0 0 0 0 0 0
            0 0 0 0 0 0
            0 0 0 0 0 0
            0 0 0 0 0 0
            0 0 0 0 0 0
            0 0 0 0 0 0
          </added_mass>
          
          <linear_damping>
            0 0 0 0 0 0
          </linear_damping>
          
          <quadratic_damping>
            0 0 0 0 0 0
          </quadratic_damping>
        </hydrodynamic_model>
      </link>
    </xacro:macro>
</robot>

Bu bölümde, aracın hacmi, volume ile gösterilen bölümde, yüzerlik merkezi ise cob ile gösterilen bölümde belirtilmiştir. Ayrıca giriş bölümünde ifade ettiğimiz, Added mass, linear damping ve quadratic damping parametreleri de burada belirtilebilir.

Takımımızın Turkuaz aracı için bu parametreler aşağıdaki gibidir. Bir CFD analiz programı ile bu parametreleri belirleyene kadar aşağıdaki parametreleri kullanabilirsiniz, nitekim ortaya çıkan araçlar düşük hızlarda ve birbirlerine benzer geometride olduğundan bu parametreler arasındaki farklılık ihmal edilebilir. (Aracın tasarımına göre bu durum değişmektedir. İhmal edilemeyecek düzeyde farklılıklar da olabilir.)

Added Mass:

10.7727 0 0 0 0 0 
0 10.7727 0 0 0 0
0 0 49.7679 0 0 0
0 0 0 1.0092 0 0
0 0 0 0 1.0092 0
0  0  0  0  0  0

L. Damping:
-19.5909 -19.5909 -50.5595 -13.3040 -13.2181 -1.1559

Q. Damping:
-5.1386 -5.1386 -26.1105 0 0 0

Bir sonraki adımda iticilerin konfigürasyonu işlenecektir.