WITAS – VTOL Otonom İHA Sistemleri
İnsansız hava araçlarında kullanılan akıllı kontrol mimari genelde robotik uygulamalarında kullanılan mimarilerin uzantısıdır. Bununla birlikte, birçok robotik mimariler direkt olarak uçakta uygulanamamaktadır. Bunun birkaç nedeni vardır. Öncelikle, İHA her an atmosferik değişimlerin oluşabildiği son derece dinamik bir ortamda ve yer robotlarına göre çok daha yüksek hızlarda çalıştığından sistem bu değişimlere ve hıza uygun tepkiyi verebilecek nitelikte olmalıdır. Bununla birlikte, İHA dinamiği büyük ölçüde karmaşık olduğundan, denetleyici tasarımı ve onun uçağın diğer sistemleriyle ilişkilendirilmesi yüksek derecede dikkat ve değerlendirme gerektirir [1].
İnsansız hava araçlarında uygulaması bulunan çeşitli akıllı kontrol mimarileri vardır. Bu bölümde hava aracı üzerinde başarıyla uygulaması bulunan sistemlerden WITAS (Wallenberg Laboratory for Information Technology and Autonomous Systems) projesi sistemi ve NASA Otonom Helikopter Projesi sistemi incelenecektir.
1. WITAS Sistemi
WITAS (Wallenberg Laboratory for Information Technology and Autonomous Systems) insansız hava aracı projesi İsveç’in Linköping Üniversitesinde yapılan uzun vadeli bir araştırma projesidir [2, 3]. Projenin ana hedefleri tam otonom görevler için bütünleşmiş donanım/yazılım VTOL (Vertical Take-Off and Landing, Dikey İniş ve Kalkış) platformu geliştirmek ve bu platformu gelecekte trafik izleme ve gözetleme, acil hizmetlerine yardım, fotogrametri ve arazi inceleme gibi görevlerde kullanmaktır [3].
Proje kapsamında yapılan faaliyetler şu şekilde sıralanabilir [4, 5]:
- Hava robot sistemleri için dağıtılmış (distributed) planlanmış/tepkisel (deliberative/reactive) yazılım mimarisinin geliştirilmesi.
- Sabit süzülme, kalkış ve iniş, uçuş yolu takibi ve tepkisel uçuş modlarına (araçları izleme) sahip helikopter kontrol sisteminin geliştirilmesi.
- Çok sayıda yapay zekâ sisteminin geliştirilmesi ve bunların entegrasyonlarının sağlanması. Bu sistemler yol planlama, kronik olayları tanıma ve hareket hakkında başka yüksek düzey akıl yürütme işlemlerini içerir.
- Çok sayıda bilgi temsil sistemlerinin geliştirilmesi ve bunların entegrasyonlarının sağlanması. Bu sistemler uçak içi coğrafi bilgi sistemi, görev zamanı saptanmış hareket eden araçlar gibi dinamik nesne bilgilerini idare eden ve onlar hakkında akıl yürüten dinamik nesne deposu (dynamic object repository), dinamik uçuş yolu oluşturulması için sinyal işleme sistemi gibi sistemleri içerir.
- Dinamik olarak programlanabilen uçak içi görüntü işleme sisteminin geliştirilmesi.
- Yer operatörü/İHA haberleşmesi için ses oluşturma ve tanıma gibi becerileri olan çok yönlü ara yüzün oluşturulması.
Projenin en önemli bölümlerinden biri de yazılım mimarisinin geliştirilmesidir. WITAS projesi kapsamında geliştirilmiş olan sistem mimarisinin en önemli iki özelliği dağıtık (distributed) olması ve tepkisel bölümün sistemde merkez rolünü üstlenmesidir (reactive concentric architecture). Dağıtık bileşenler arasında bağlantı sağlamak ve karmaşıklığı azaltmak için CORBA yazılımı kullanılmıştır [36]. Sistem mimarisi üç katmanlı melez mimaridir. Çeşitli katmanlardaki işlemler arasındaki bağlantı Birimsel Görev Mimarisi (Modular Task Architecture) yardımıyla sağlanır [6, 7].
1.1 VTOL ve donanım platformu
Projede kullanılan VTOL platformu Yamaha Motor Company tarafından üretilen Yamaha RMAX helikopteridir (Şekil 1). Platforma, RMAX sensörlerine ek olarak dijital kompas, statik basınç sensörü, sıcaklık sensörü, diferansiyel GPS gibi eklemeler yapılmıştır.
Şekil 1. WITAS İHA platformu [5]
Şekil 2’de görüldüğü üzere donanım platformu her biri farklı işlemler yapan üç adet PC104 gömülü bilgisayarından oluşmaktadır. RTLinux işletim sistemini kullanan PC104 (Pentium P5, 266 MHz) bilgisayarı kontrol sisteminin kalbi olarak kullanılmıştır. Helikopter kontrolünü de içeren birçok gerçek zamanlı kontrol görevinin gerçekleştirilmesini sağlar ve tüm mevcut sensör verilerini toplar. Başka bir TimeSys Linux kullanan PC104 (Pentium P3, 700 MHz) bilgisayarı kamera kontrolü ve çevrimiçi görüntü işlemede kullanılmaktadır. Üçüncü PC104 (Pentium P3, 700MHz) bilgisayarı ise yazılım mimarisinde yol planlama, kronik olay tanıma, görev işlemleri gibi düşünen ve tepkisel bileşenlerin çalıştırılmasında kullanılmaktadır.
Şekil 2. WITAS Donanım Şematiği [6]
Yazımızın devamında diğer kontrol modlarından bahsedeceğiz.
Kaynaklar:
1. “WITAS” http://www.ida.liu.se/ext/witas/
2. Doherty, P., Granlund, G., Kuchcinski, K., Sandewall, E., Nordberg, K., Skarman, E. and Wiklund, J., “WITAS Unmanned Aerial Vehicle Project,” 14th European Conference on Artificial Intelligence – ECAI 2000, Berlin, Germany, 20-25 August 2000.
3. “CORBA Basics” http://www.omg.org/gettingstarted/corbafaq.htm#WhatIsIt
4. Kopp, L. And Gärdenfors, P., “Attention as a Minimal Criterion of Intentionally in Robots,” Lund University Cognitive Studies, 2001.
5. Simmons, R.,“Planning, Execution and Learning,” 2001.
6. Haslum, P., “Patterns in Reactive Programs,” Cognitive Robotics Workshop – CogRob2004, Valencia, Spain, 23-24 August 2004.
7. Doherty, P., “The Witas Integrated Software System Architecture,” Linköping Electronic Articles in Computer and Information Science, Vol. 4, No. 17, 1999.