Desarrollo de Quadrotor AutomatizadoLuis Orlando Silva Vásquez

1. Introducción

El Quadrotor es un móvil simple que consta de 4 motores y es controlado mediante un radio control, debido a sus características presenta ventajas a otros móviles de dos motores (helicópteros) dado un mayor control de movimientos y mayor fluidez, y a pesar que presenta una menor velocidad de desplazamiento frente a aviones rc no necesita pistas de despegue y puede aterrizar en cualquier punto con una área mínima, además de poder realizar un despegue vertical.

La principal desventaja de los móviles rc es que tienen un alcance limitado al radio de acción del control, además de ser un sistema a lazo abierto es decir que frente a disturbios en vuelo que el controlador no percibe (por la distancia) no puede responder adecuadamente lo que puede provocar un desvió de la trayectoria o la caída del móvil.

Al aumentar el alcance del control y de implementar un sistema de control MIMO los horizontes para el Quadrotor se amplían considerablemente.

2. Objetivos

Dotar al Quadrotor de una unidad de procesamiento que le permita implementar un sistema de control automatizado además de ampliar el rango de comunicación del controlador o la unidad en tierra.

3. Descripción

Para dar una autonomía al Quadrotor se necesita de sensores que le provean la información necesaria así como unidades de procesamiento para interpretar los datos.

3.1 Dispositivos

- IMU: Unidad de medición inercia, este dispositivo nos permitirá saber en tiempo real la inclinación del móvil en todo momento.

Para este proyecto se propone el IMU 10 DOF GY-80 incorpora los chips L3G4200D + ADXL345 + HMC5883L + BMP085. Se puede acceder a cada sensor de manera independiente con sus respectivas librerías.

o Giroscopio de ejes L3G4200Do Acelerómetro 3 ejes ADXL345o Magnetómetro 3 ejes HMC5883Lo Sensor presión barométrica BMP085

Fuente alimentación: 3v-5V

Esto nos permite no solo saber la alineación (inclinación) del móvil sino a que altura se encuentra en tiempo real.

Aunque se puede “trackear” el móvil con los datos obtenidos del IMU esto significa un aumento en el tiempo de procesamiento. Por lo que solo se tomara los datos del giroscopio para obtener la alineación del móvil y del sensor de presión barométrica para determinar la altitud.

- Modulo GPS: proveerá la posición del móvil, en la actualidad existen varios modelos. Se propone GPS EM406A. Se trata de un módulo muy utilizado, pequeño, potente y con la antena integrada. Conseguirá datos cada segundo, se alimenta con 5v y se comunica por serie.

- Arduino: Este dispositivo versátil tendrá la función de codificador y decodificador, tomara los datos de los sensores traduciéndolos haciendo las conversiones necesarias y proporcionando los datos necesarios a la unidad procesadora. Y por otro lado recibe las órdenes y las interpreta para los actuadores. (Puede usar también Psoc).

- Raspberry Pi es un ordenador de placa reducida o (placa única) (SBC) de bajo coste, desarrollado en Reino Unido por la Fundación Raspberry Pi. Este sería nuestra unidad de control debido a su capacidad de procesamiento que supera a la que posee placas Arduino y Psoc, por otro lado permite conectar otros dispositivos como cámaras. Procesar y almacenar fotos y video.

Se puede también conectar a un módulo bluetooth para poder trasmitir la información así como también un módulo GSM o en el mejor de los casos un modem de internet de la proveedora local (claro o movistar). Dicha conexión ya a sido probada, como se puede apreciar en la siguiente dirección de internet:

http://grovie.pe/blog/2013/07/05/conectando-tu-modem-3g-al-raspberry-pi/

3.2 Pasos a seguir:

a. Calibración de los sensoresb. Desarrollo de los protocolos de comunicación entre los sensores y la placa

decodificadora.c. Determinar el proceso de los motores usados.d. Encontrar el MIMO para controlar las inclinaciones del móvil.e. Desarrollar protocolo de movimiento: en este se determina la relación entre

potencia y tiempos en los motores para una alineación y el efecto en el desplazamiento. Este protocolo se encuentra simplificado al usar el gps ya que evita el uso de teoría para encontrar la posición basadas en las aceleraciones y angulas.

f. conexión del móvil a una red celular a través de un modem 3g para poder subir información a la red y poder acceder a ella desde un punto remoto así como para poder determinar trayectorias o acciones de forma remota.