Memoria

Escola Técnica Superior d’Enginyeria Informàtica Universitat Politàcnica de Valencia Ardupilot: piloto automático para aeromodelo con Arduino Proyecto Final de Carrera Enginyeria d’lnformàtica en sistemes especialisació d’industrial Autor: Josep Estarlich Pau Director: Jose Vicente Busquets 30/09/2013 Josep Estarlich Pau OF40 Swipetoviewn ‘t p Ardupilot: piloto auto ‘tico Resumen Este proyecto esta compuesto por dos partes, pero que una sin la otra no tendríamos nada, una parte es el hardware, en el cual tendremos que discutir el tamaño del Arduino, el tamaño del GPS y todos los restantes omponentes, y también su colocación; y por otra parte el software que necesitamos guiar a nuestro avión de forma autónoma mediante unos waypoints preconfigurados, corrigiendo su destino de vuelo mediante un control PID. Realizando en cada paso las pruebas oportunas, tanto de software como de hardware. Militares . 9 1. 2. 2 Civiles 10 1. 2. 3 Carga de pago 1. 2. Estacón de Tierra 1. 3. Estudio de Alternativas 13 1. 4. Elección de hardware 1. 4. 1 Mikrokopter . 1. 4. 2. Aeroquad 14 1. 4. 3. Ardupilot . 1. 4. 4 ArduPilot Mega IMI_J. 1. 5. Hardware empleado . 16 1. 5. 1 Comunicación — 1. . 2 FTDI 2 C

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17 12 15 18 1. 5. 5 Módulo GPS. 1. 5. 2 Batería „ 19 1. 6 Modelo de avion. 20 1. 7. Acelerómetro y compás…. — . 1. 8. Motivación 2. Objetivos 21 2. 1 . Descripción del Problema — . 2. 2. Diagrama de componentes…………… 2. 3. Metodología 23 2. 3. 1. Etapa de inicialización 2. 3. 2. Etapa de iteración . 4 3. Planificación 3 40 25 22 24 . 25 3. 4. Estudiar el método de control PID 3. 5.

Estudiar la estabilización . 3. 6. Acelerómetro y compás 26 3. 7. Crear los diagramas del programa — . 3. 8. Programación 3. 9. Montaje de todos los componentes… 3. 10. Simulación 3. 11. Pruebas finales 3. 12. Presupuesto „ 27 4. Análisis 28 4. 1 . Casos de uso 4. 2. Diagrama de flujo 5. Oise no • • • • • • • • • • • • 30 5. 1. Estructura 4 40 5. 1 . 1. Ardupilotautomático… 5. 1. 2. ACME „ 31 5. 1 . 3. Configurar_waypoints 5. 1. 4. Control Servo — 5. 1 GPS 5. 1. 6. Inicializar 32 5. 1. 7 PID 5. 1. 8 Pilotoautomatico . 5. 2. processing . 6. Implementación 33 6. 1 Librerías — 6. 1 . 1. avr/eeprom . s 0 . 34 6. Wire 34 6. 1. 6. HMC5883L . 35 5 Ardupilot: piloto automático para aeromodelo con Arduno 37 7. Matización del ódigo………. 7. 1. Programación respecto a los servos . 7. 2. Programación del acelerómetro y 7. 3. ACME . 38 7. 4. GPS 8. Montaje . 39 8. 1 . Soldadura de las patillas del ardupilot . 8. 2. Conexión de los componentes 8. 2. 1. FTDI 36 — 39 6 C . 43 8. 2. 5. Diagrama de conexiones 8. 3. Montaje del avion 8. 4. Acoplar el hardware en la maqueta 9. Processing . 47 9. 1 . Dado con acelerómetro y compás . 9. 2. GPS . 48 10. pruebas 49 10. 1. Compás y Acelerómetro — 10. 2. Simulación 50 10. 2. 1. Simulación compás y 1 0. 4. uelo • • • • • • • • • • _ 46 celerómetro 10. 2. 2. Simulación GPS 10. 3. servos y motores 51 11. 7 40 54 6 7 1. Introducción Un vehículo no tripulado es todo aquel vehículo capaz de realizar diferentes tipos de tareas sin la necesidad de contar con un tripulante humano. Los vehículos aéreos no tripulados UAV (Unmanned Aerial Vehicle) han cobrado una gran importancia en la industria aeronáutica debido a que son capaces de cubrir un gran número de necesidades y posibilidades no exploradas hasta hace bien poco. Aunque aquí nos centremos en vehículos aéreos también existen vehículos no tripulados en tierra y mar.

Dentro de los vehículos no tripulados se encuentran vehículos controlados remotamente (Remotely Piloted Vehicle o Drones) Y vehiculos autónomos AV (Autonomous Vehicle). En el caso de este proyecto, nos centraremos en UAV autónomos, capaces de realizar gran parte de las tareas sin la intervención de un humano. Este tipo de vehículos son muy útiles en circunstancias en las que contar con un tripulante humano puede para su integridad, o en 8 40 aquellos casos este tipo que se realizaron durante la Guerra , los oficiales norteamericanos fijaron su interés en las posibilidades de los vuelos no tripulados. Esta necesidad se amplió con la entrada de Estados Unidos en la Guerra de Vietnam donde se produjo el primer uso de UAV en misiones de combate.

En los años 80 y 90 se produjo un gran avance en este tipo de vehículos, dotándolos de mayor capacidad autónoma. También los diferentes avances en las tecnologías hicieron posible el abaratamiento de costes, así como la posibilidad de crear vehículos más pequeños y versátiles. 8 Las capacidades autónomas han Ido aumentando cada vez más, desde asistir en vuelo a un piloto situado en una estación remota, hasta el vuelo completamente utónomo siguiendo un determinado plan de vuelo precargado, y el seguimiento de un plan de misión avanzado con gestión de la carga de pago (conjunto de elementos y dispositivos destinados a adquirir datos de inteligencia).

Actualmente los UAV siguen siendo utilizados mayoritariamente en entornos militares, donde han conseguido hacerse un hueco como sistemas de vigilancia, inteligencia, reconocimien n de blancos (ISTAR, 40 Intelligence del campo de batalla, e incluso el combate directo, aunque en este último caso siempre guiado y monitorizado por un piloto humano. De entre todas las plicaciones, dos de ellas han sufrido un profundo avance en los últimos años: Por un lado, las aplicaciones de vigilancia y reconocimiento de corto alcance, llevadas a cabo por pequeños UAV desplegados en campo por los propos soldados. Estos cuentan con una pequeña Estación de Tierra para recopilar datos y poder ser controlados en caso necesario. Estos UAV pueden comunicar la información casi en tiempo real, de manera que pueden generar un mapa tanto geográfico como de amenazas y blancos.

Estos UAV son pequenas aeronaves que funcionan generalmente con electricidad, que pueden ser esplegadas a mano por los soldados y que en algunos casos no retornarán nunca. Cuentan con baja autonomía, muy bajo coste y proporcionan una información muy valiosa a corto plazo. por otro lado se encuentran UAV de mayor tamaño usados tanto en misiones ISTAR como de combate. Estos vehículos en algunos casos tienen casi el tamaño de un avión de combate convencional, con autonomías que cubren grandes distancias y alturas. La información que proporcionan puede ser, en algunos casos, directamente usada por sistemas de artillería o incluso pueden contar con 0 DF armamento embarcado.