Publication: Control de un vehículo aéreo no tripulado
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2009
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Abstract
Un Vehículo Aéreo no Tripulado (UAV: Unmanned Aerial Vehicle) es un vehículo controlado autónomamente o desde tierra utilizando planes de vuelo programados. Las aplicaciones de este tipo de vehículos es cada día mayor en tareas que implican algún tipo de dificultad o riesgo para vehículos convencionales tripulados por personas, como son la detección de incendios, la identificación de manchas de petróleo en el mar, el seguimiento del tráfico, la inspección de líneas de tendido eléctrico, etc.
Para el curso 2008/2009 en la asignatura de S.I. nos proponemos controlar automáticamente, desde un computador, un vehículo aéreo cuatrimotor para que realice rutas pre programadas. Para ello será necesario resolver dos problemas principales:
1) Identificación de la posición espacial 3D y el ángulo de orientación del cuatrimotor en tiempo real.
2) Actuación sobre el cuatrimotor en función de su posición y de la ruta programada.
En este proyecto planteamos realizar la tarea de actuación para controlar el cuatrimotor a través de una emisora de radiofrecuencia conectada al computador. Cada uno de los cuatro canales de la emisora se controla independientemente desde el computador a través de una conexión serie RS-232 según el esquema de la siguiente figura:
[VER FIGURA EN EL TRABAJO]
Para obtener un control fiable del cuatrimotor será necesario un examen y análisis de las señales que se envían a la emisora y del efecto que surte en el cuatrimotor, es decir, una calibración de cada una de las señales. Así se puede crear un sencillo modelo del funcionamiento del cuatrimotor que se aproxime al funcionamiento real del que se está probando.
Este modelo permite que, dadas unas señales enviadas al vehículo y su posición anterior, estime la posición actual del cuatrimotor. Esta posición se utilizará junto con la ruta programada para dar la siguiente consigna y así sucesivamente hasta finalizar la ruta escogida.
Además se programarán actuaciones repetitivas o de emergencia, como por ejemplo el despegue a una altura determinada o el aterrizaje en caso de pérdida de la posición. La ruta realizada se aproximará a la deseada tanto más cuando mejor sea la estima de la posición real del vehículo. El modelo permitirá una demostración de que el control y actuación sobre el cuatrimotor es correcta y se observará que el cuatrimotor realiza físicamente las trayectorias solicitadas. Evidentemente si, en lugar de utilizar una posición estimada, se realimenta con la posición real del cuatrimotor las trayectorias serán más precisas y podrán realizarse maniobras y rutas más complejas.
[ABSTRACT]
An UAV, (Unmanned Aerial Vehicle), is an autonomous aerial vehicle which can also be controlled from land with programmed flight plans. The importance of this kind of vehicles in tasks which involve any difficulty or risk for human beings is becoming greater nowadays, tasks like fire detection, oil stain identification on the sea, traffic tracking, etc.
Our purpose for this year is to develop an automatic control, which can order an UAV to follow programmed routes from a computer. To achieve our goal, two main problems have to be solved:
1) Identification of the 3D position and the orientation angle of the UAV.
2) Acting over the UAV depending on its position and programmed route.
The UAV will be controlled thanks to an emitter connected to the computer. Each of its four channels is controlled independently by the computer through an RS-232 connection according to this figure:
[SEE FIGURE IN THE FULL TEXT]
To obtain a reliable control of the UAV, it is necessary to calibrate each of the signals sent to the emitter. As a result, the model of the tested UAV‟s behaviour is generated.
This model allows us to estimate the current position of the vehicle using given signals and its last position. This position is used with the programmed route to calculate the next position, repeating the process until the UAV finishes the chosen route.
Emergency protocols will also be programmed, such as taking off until certain height is reached, or landing if the controller looses the track of the position. The followed route will be closer to the desired route when estimation of the real position improves. The model will allow a demonstration proving that the control over the UAV is correct, and we will check that the UAV follows the chosen routes. Of course, if we use the real position of the UAV instead of the estimated position, we will be able to execute more complex movements and routes.
Description
Trabajo de clase de la asignatura Sistemas Informáticos (Facultad de Informática, Curso 2008-2009)