Diseño e implementación de capacidades automáticas de navegación para un robot explorador modular.

Abstract

La implementación de un controlador auto piloto con capacidades de navegación semiinteligentes en una plataforma Rover existente parte de la aplicación del conocimiento mecánico y electrónico en un ámbito físico para aplicaciones directas. El trabajo de graduación siguiente explica el proceso de reutilización y adaptación de una plataforma de un Rover existente utilizado años atrás en distintos proyectos para la implementación de capacidades autónomas, manuales y el envío de información a través de Internet gracias al auto piloto, la computadora de compañía y los sensores presentes, como el de inclinación, temperatura, altura y posición, así como la capacidad de transmisión de vídeo a través de Internet o radio frecuencia (dependiendo del rango necesario y latencia mínima). El Rover exploratorio puede utilizarse en aplicaciones de alto riesgo como análisis de terrenos peligrosos (cercanos a volcanes, animales peligrosos o lugares con riesgo humano general), exploración de ubicaciones desconocidas y manipulación limitada de un objeto lejano por medio de la implementación de un brazo robótico añadido el cual sería un módulo aparte acoplado a la estructura. Dicho Rover también permite la experimentación con sistemas de largo alcance a través de redes celulares con el objetivo de recopilar información pertinente a la ubicación. El auto piloto utilizado se conoce como Pixhawk, y es el cerebro de la operación. Permite controlar todo tipo de entradas, salidas y sensores necesarios para casi cualquier aplicación, y se configuró por medio de un programa llamado Mission Planner. Adicionalmente, se utilizó una computadora de compañía Raspberry Pi 3 para el manejo y envío de datos a través de internet. El Rover es alimentado por baterías de polímero de litio (LiPo, por sus siglas eninglés) de 24v nominales para una autonomía relativamente alta, y dichas baterías fueron monitoreadas para evitar una sobre descarga. La computadora de compañía es una computadora portátil sin pantalla ni teclado, solo la tarjeta, y permite tener la versatilidad de una computadora en un empaque pequeño, ligero y eficiente comparado a laptops. La Raspberry se encargó de unificar la señal de vídeo proveniente de la cámara conectada a ella misma y los paquetes de telemetría provenientes del PixHawk, enviándola por medio de internet a un servidor. Se le conectó un módem 3G a uno de sus puertos USB y de esa manera se obtuvo conexión a internet rápida, simple y segura. La forma de movimiento del rover se basa en dos motores DC con una caja reductora, la cual reduce la velocidad pero aumenta la eficiencia y torque de los mismos, por lo que, acoplados a un sistema de 24 voltios, los motores son bastante eficientes. Estos motores se controlan por medio de un driver que utiliza señales PWM generadas por el auto piloto Pixhawk, así como señales de relay digitales para controlar la dirección de giro. La implementación de los módulos mencionados anteriormente se realiza por medio de comunicación serial, señales PWM y señales digitales, las cuales permiten la comunicación entrecomponentes que, a su vez, permite controlar el Rover a distancia. Antes de implementar lo mencionado anteriormente, se necesitó realizar algunas modificaciones a la estructura existente para adaptarla a nuestra necesidad, y dichas modificaciones incluyen modernizar el diseño, reducir la altura del chasis, colocar bases para los diferentes módulos y realizar ajustes generales a las orugas. Otro resultado significativo fue una prueba realizada con el Pixhawk conectado a una Raspberry con sistema operativo APSync. En esta prueba se logró conectar inalámbricamente la Raspberry, que ya recibía telemetría MAVlink y señal de vídeo, a la computadora por medio de la señal Wifi generada por el módulo de la Raspberry, comprobando que es posible conectar y transmitir inalámbricamente la telemetría y vídeo a través de frecuencias y ancho de banda de Wifi. (A)