Megaproyecto SEEQ Robohelicóptero.

Abstract

El nombre SEEQ corresponde a las palabras en inglés “Smart Environment Explorer Quadcopter”. Este proyecto consistió en diseñar y construir un robot aéreo que ejecuta su vuelo y movimientos mediante cuatro rotores. Se le llama inteligente, ya que el robot genera un mapa del ambiente inexplorado en el que se encuentra, utilizando los datos que se obtienen de un sensor láser. El mapa generado lo utiliza el robot para estabilizarse, localizarse, y navegar dentro del ambiente en el que se encuentra. Estos mapas generados se transmiten a la etapa de visualización, en donde se muestra un mapa tridimensional y uno de planta del lugar. Esta interfaz final le permite al usuario movilizarse en el ambiente tridimensional.

El objetivo principal del proyecto fue desarrollar un vehículo que domine el medio aéreo, con fines de exploración, generación y visualización de mapas en ambientes desconocidos. Este objetivo se logró, dividiendo el proyecto en cinco módulos: estructura, estabilización y control, sensor e interfaz R2-232, mapeo y exploración y visualización 3D.

En el módulo de la estructura, se contemplan los aspectos relacionados con el diseño de una estructura robusta, considerando análisis de esfuerzos, vibraciones y deflexiones. Se realiza una selección de los motores y hélices apropiados que generen la sustentación necesaria para elevar cuatro kilogramos. Se lleva a cabo un control local frente a obstáculos que el control de posición no pueda manejar en caso de una pérdida de comunicación. Finalmente se caracteriza el sistema y se obtienen las funciones de transferencia para el control de estabilidad.

En el módulo de estabilización y control se trabajó la estimación de los ángulos de inclinación del helicóptero y su control. Se crea un control de ángulos de inclinación, y comandos de control externos vía RF para controlarlo.

En el módulo de sensor e interfaz RS-232, se encargó obtener los datos del ambiente en el que se encuentra, comunicárselos vía USB a un micro controlador y de enviárselos vía radio frecuencia al módulo donde se realiza el mapeo y la exploración.

El módulo de mapeo y exploración, se enfoca en la elaboración de la lógica interna que permite al robot realizar un vuelo de manera autónoma. En este módulo se obtienen los datos del sensor láser continuamente, por lo que es necesario que se haga un análisis de los mismos, y que continuamente se agreguen a un mapa global en la posición donde corresponden. Este mapa es de dos dimensiones y es muy importante, ya que retroalimenta al helicóptero con su posición dentro del mapa y además lo ayuda a estabilizarse. Este mapa también se utiliza para escoger la mejor posición a la que debería moverse el helicóptero para encontrar más datos útiles y además se utiliza en el módulo de visualización para generar el mapa con el cual el usuario puede interactuar.

El módulo de visualización se encarga de tomar el mapa generado por el módulo de mapeo y exploración y a cada punto le asigna una altura específica para que el usuario pueda tener una representación muy cercana a la realidad del ambiente en donde navega el helicóptero Dentro de este mapa el usuario se puede movilizar para explorar todas las partes del mapa que se hayan graficado en la aplicación. Además en el programa se tiene una visualización de planta, en donde se puede ver la posición en donde está explorando el mapa el usuario y hacia donde se encuentra viendo.

Una de las limitantes para la solución planteada en éste trabajo, es que el ambiente a explorar debe ser un ambiente interno. Además se requiere que la rotación del robot con respecto a los tres ejes X, Y y Z sea limitada, y que cambie a una velocidad baja.