miércoles, 14 de abril de 2010
Definición del Proyecto Flyerball R4
Introducción:
El medio aéreo ha sido siempre un ámbito fascinante para el ser humano. Desde la leyenda de Ícaro y Dédalo con sus alas de plumas, pasando por los primeros globos aerostáticos de los hermanos Montgolfier y los planeadores de los hermanos Wright hasta llegar a los actuales aviones de combate no tripulados por el hombre, hemos creado diferentes máquinas capaces de usar y conquistar el aire.
Como consecuencia de los avances electrónicos, informáticos y de telecomunicaciones, se pueden crear en la actualidad sistemas autónomos capaces de realizar vuelos a gran altura emulando completamente el pilotaje de la máquina por un ser humano.
El presente proyecto pretende desarrollar una funcionalidad imprescindible para que dicho pilotaje pueda ser realizado por la máquina de forma autónoma. El objetivo final de este proyecto será controlar y estabilizar una aeronave cuatrimotor de tal manera que mantenga, de manera autónoma, la posición de equilibrio una vez haya despegado.
Abstract:
The air environment has always been a fascinating area for humans. From the legend of Icarus and Daedalus with his wings of feathers, from the first balloons by the Montgolfier brothers and gliders of the Wright brothers to reach the current unmanned combat aircrafts, we have created different machines capable of using and conquering the air.
As a result of the electronic, computer and telecommunications, you can create stand-alone systems currently capable of performing high-altitude flights completely emulating the driving machine by a human being. This project aims to develop essential functionality for that driving can be done by the engine independently. The ultimate goal of this project will control and stabilize an aircraft so that cuatrimotor maintained, independently, the equilibrium position once it has taken off.
El medio aéreo ha sido siempre un ámbito fascinante para el ser humano. Desde la leyenda de Ícaro y Dédalo con sus alas de plumas, pasando por los primeros globos aerostáticos de los hermanos Montgolfier y los planeadores de los hermanos Wright hasta llegar a los actuales aviones de combate no tripulados por el hombre, hemos creado diferentes máquinas capaces de usar y conquistar el aire.
Como consecuencia de los avances electrónicos, informáticos y de telecomunicaciones, se pueden crear en la actualidad sistemas autónomos capaces de realizar vuelos a gran altura emulando completamente el pilotaje de la máquina por un ser humano.
El presente proyecto pretende desarrollar una funcionalidad imprescindible para que dicho pilotaje pueda ser realizado por la máquina de forma autónoma. El objetivo final de este proyecto será controlar y estabilizar una aeronave cuatrimotor de tal manera que mantenga, de manera autónoma, la posición de equilibrio una vez haya despegado.
Abstract:
The air environment has always been a fascinating area for humans. From the legend of Icarus and Daedalus with his wings of feathers, from the first balloons by the Montgolfier brothers and gliders of the Wright brothers to reach the current unmanned combat aircrafts, we have created different machines capable of using and conquering the air.
As a result of the electronic, computer and telecommunications, you can create stand-alone systems currently capable of performing high-altitude flights completely emulating the driving machine by a human being. This project aims to develop essential functionality for that driving can be done by the engine independently. The ultimate goal of this project will control and stabilize an aircraft so that cuatrimotor maintained, independently, the equilibrium position once it has taken off.
El proyecto debe cumplir los siguientes objetivos:
- Construir una aeronave cuatrimotora capaz de realizar despegues y aterrizajes controlados manualmente por el usuario.
- Dotar a la aeronave de un control autónomo de su estabilidad en el eje de cabeceo y de alabeo (transversal y longitudinal, respectivamente). El control de la estabilidad se ejecuta a bordo de la aeronave.
- Brindar al usuario una forma de valorar el grado de estabilidad y equilibrio de la aeronave, siendo éste capaz de tomar la decisión de aterrizar la misma en caso de correr peligro de colisión.
Para cumplir los citados objetivos se llevarán a cabo las siguientes tareas:
- Diseñar y construir una aeronave cuatrimotor capaz de levantar un vuelo vertical manual de al menos 50cm de altura.
- Diseñar y construir un circuito electrónico capaz de controlar de forma autónoma la estabilidad en el eje de cabeceo y el eje de alabeo de la aeronave (eje transversal y longitudinal, respectivamente).
- Diseñar y programar un algoritmo capaz de solucionar el problema de estabilizar la aeronave en los ejes anteriormente citados. Dicho algoritmo será programado en el lenguaje contemplado por el microcontrolador incluido en el circuito electrónico.
Determinar un método de evaluación para medir la efectividad del programa de estabilización. Deberá ser capaz de evaluar el grado de estabilidad que presenta la aeronave en un momento determinado, permitiendo así al cliente tomar la decisión de aterrizar el aparato en caso de correr riesgo de colisión.
Criterios de evaluación para valorar el cumplimiento de los objetivos:
- El objetivo 1 será valorado como conseguido si cumple que la aeronave ha despegado del suelo al menos 50cm de altura.
- El objetivo 2 será valorado como conseguido si cumple que la aeronave puede mantener de forma autónoma el equilibrio en el eje de cabeceo y de alabeo con un error máximo de dos grados de inclinación de cada eje por segundo.
- El objetivo 3 será valorado como conseguido si el usuario es capaz de recibir los parámetros a continuación descritos con un retraso inferior a un segundo de tiempo desde que la nave los envió hasta que el usuario los recibió.
Parámetros a tener en cuenta:
- Grados de inclinación respecto al eje de cabeceo.
- Grados de inclinación respecto al eje de alabeo.
- Aceleración con la que se mueve en respectivos ejes.
La estabilidad de la aeronave se puede ver condicionada por las condiciones climáticas en las que sea testeado el aparato. El viento es un factor determinante, por lo que las pruebas deberán realizarse en un recinto cerrado con condiciones de viento cero.
Estado del Arte
En la historia de la aviación se ha utilizado diversos sistemas para estabilizar y controlar un aparato volador. Sir George Cayley es considerado el inventor de la aerodinámica, ya que consiguió construir y hacer volar prototipos de aeronave con ala fija. Posteriormente, los hermanos Wright fueron los primeros en conseguir estabilizar una aeronave y hacerla volar durante 12 segundos y que recorriera 32,6 metros.
En aviación moderna se utilizan estabilizadores horizontales (eje de cabeceo) y verticales (eje de guiñada), además de alerones para estabilizar el eje de alabeo. El timón de profundidad equilibra y permite al piloto controlar el eje de cabeceo, mientras que el timón de dirección permite hacer lo mismo en el eje de guiñada. Además de estos sistemas, en la actualidad se añaden otros varios que ayudan igualmente a la estabilización de la aeronave, como son los flaps, slats y spoilers.
Todas estas formas de estabilización de la aeronave han sido controladas manualmente por los pilotos hasta que aparecieran las primeras ayudas electrónicas, también llamadas “pilotos automáticos”. Los pilotos automáticos controlan las fases del vuelo de ascenso, crucero, descenso, aproximación, dejando el control de la fase de rodaje, despegue y aterrizaje a la pericia del piloto humano. Los pilotos automáticos leen una serie de variables del sistema de navegación inercial (INS). El INS está formado por un conjunto de giróscopos y acelerómetros que permitirá controlar y valorar los movimientos del aparato en los tres ejes de coordenadas. El piloto automático usa además un altímetro y una brújula digital para componer un sistema de guiado en seis dimensiones: balanceo (roll), orientación (yaw), inclinación (pitch), altitud, latitud y longitud. Mediante el procesamiento digital de los giróscopos y los acelerómetros, ayudado normalmente por un filtro de Kalman hexadimensional, el piloto automático es capaz de mantener la ruta fija desde un punto a otro.
En la actualidad existen aeronaves capaces de despegar, aterrizar, mantener una ruta fija y estabilizarse de forma autónoma. El ámbito más común donde operan y se desarrollan estas máquinas es el militar, aunque están aflorando modelos a pequeña escala con objetivos comerciales con aplicaciones como la fotografía aérea, vigilancia y seguridad civil de financiación tanto pública como privada, o también en el campo de la investigación para crear redes de aeronaves trabajando en equipo para cubrir una zona más extensa de búsqueda, entre otras.
En aviación moderna se utilizan estabilizadores horizontales (eje de cabeceo) y verticales (eje de guiñada), además de alerones para estabilizar el eje de alabeo. El timón de profundidad equilibra y permite al piloto controlar el eje de cabeceo, mientras que el timón de dirección permite hacer lo mismo en el eje de guiñada. Además de estos sistemas, en la actualidad se añaden otros varios que ayudan igualmente a la estabilización de la aeronave, como son los flaps, slats y spoilers.
Todas estas formas de estabilización de la aeronave han sido controladas manualmente por los pilotos hasta que aparecieran las primeras ayudas electrónicas, también llamadas “pilotos automáticos”. Los pilotos automáticos controlan las fases del vuelo de ascenso, crucero, descenso, aproximación, dejando el control de la fase de rodaje, despegue y aterrizaje a la pericia del piloto humano. Los pilotos automáticos leen una serie de variables del sistema de navegación inercial (INS). El INS está formado por un conjunto de giróscopos y acelerómetros que permitirá controlar y valorar los movimientos del aparato en los tres ejes de coordenadas. El piloto automático usa además un altímetro y una brújula digital para componer un sistema de guiado en seis dimensiones: balanceo (roll), orientación (yaw), inclinación (pitch), altitud, latitud y longitud. Mediante el procesamiento digital de los giróscopos y los acelerómetros, ayudado normalmente por un filtro de Kalman hexadimensional, el piloto automático es capaz de mantener la ruta fija desde un punto a otro.
En la actualidad existen aeronaves capaces de despegar, aterrizar, mantener una ruta fija y estabilizarse de forma autónoma. El ámbito más común donde operan y se desarrollan estas máquinas es el militar, aunque están aflorando modelos a pequeña escala con objetivos comerciales con aplicaciones como la fotografía aérea, vigilancia y seguridad civil de financiación tanto pública como privada, o también en el campo de la investigación para crear redes de aeronaves trabajando en equipo para cubrir una zona más extensa de búsqueda, entre otras.
Bienvenid@s!
Bienvenidos!!
Me presento, soy Daniel Bernardos y soy estudiante de Ingeniería Informática en la Universidad Europea de Madrid. Este año me presento al concurso titulado "Concurso Universitario de Software Libre" con un proyecto llamado: "FlyerBall R4. Desarrollo de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) de despegue y aterrizaje vertical (VTOL)".
Este proyecto es el que propongo como proyecto fin de carrera. En él pretendo aunar diseño de aparatos voladores, mecánica, electrónica, programación, hardware y software libre. En definitiva, un conjunto de habilidades que me gusta desarrollar, algunas de ellas totalmente nuevas para mí.
Espero en los próximos post recopilar todo el trabajo hecho hasta el días de hoy y también plasmar el camino que me queda por recorrer para que el proyecto vea la luz.
Sin más, os dejo leyendo la definición del proyecto.
Me presento, soy Daniel Bernardos y soy estudiante de Ingeniería Informática en la Universidad Europea de Madrid. Este año me presento al concurso titulado "Concurso Universitario de Software Libre" con un proyecto llamado: "FlyerBall R4. Desarrollo de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) de despegue y aterrizaje vertical (VTOL)".
Este proyecto es el que propongo como proyecto fin de carrera. En él pretendo aunar diseño de aparatos voladores, mecánica, electrónica, programación, hardware y software libre. En definitiva, un conjunto de habilidades que me gusta desarrollar, algunas de ellas totalmente nuevas para mí.
Espero en los próximos post recopilar todo el trabajo hecho hasta el días de hoy y también plasmar el camino que me queda por recorrer para que el proyecto vea la luz.
Sin más, os dejo leyendo la definición del proyecto.
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