Un vehículo UAV (Unmanned aerial vehicle), comúnmente denominado Dron, es una aeronave que tiene controladores electrónicos y puede ser manipulada por control remoto o de manera autónoma con trayectorias programables. En su conjunto este tipo de vehículos se consideran modelos robóticos aéreos. La robótica aérea se considera parte de la robótica y de la aeronáutica multirotor y en los últimos años ha sido un campo de rápido crecimiento. Sin embargo, aún contando con este tipo de avances y aplicaciones todavía se tienen retos importantes tanto científicos como tecnológicos.
Un Quadrotor (cuadricoptero) es el ejemplo más común entre este tipo de robots. Es un helicóptero con cuatro rotores dirigidos hacia arriba, colocados en forma de cruz sobre una estructura rígida perfectamente simétrica, con una referencia equidistante entre rotores y masa total del sistema. Este diseño simétrico le ha permitido al cuadricoptero convertirse en una simple pero poderosa plataforma aérea con aterrizaje y despegue vertical siendo, actualmente, muy popular entre la comunidad robótica. Debido a su estructura mecánica, surge el reto de controlar el movimiento del sistema en el espacio con solo cuatro rotores, y debido a que presenta características dinámicas complejas hace casi imposible controlarlo para un humano, a menos de emplear un algoritmo de control automático. Actualmente, existen diversos retos para la robótica aérea, por ejemplo: “a) regulación y certificación; b) navegación; c) vuelo dinámico y tolerante a fallos; d) evasión de obstáculos; e) aterrizaje e interacción con el entorno; f) coordinación entre diversos robots” (Bruno Siciliano, Oussama Khatib, 2008). Los requerimientos surgen principalmente como una consecuencia del crecimiento en las aplicaciones para este tipo de dispositivos: vigilancia, rescate, cinematografía (ej. toma de fotografía, video y sonido), monitoreo y rastreo de entidades en las diversas actividades humanas (ej. agricultura, ganadería, geología), seguridad, entrega de paquetería, por mencionar algunas.
En la Universidad Politécnica de Tulancingo los estudiantes de la Maestría en Automatización y Control, con el apoyo de docentes, se encuentran desarrollando un prototipo cuadricoptero, donde se profundizan principalmente temas de interés que incluyen: control automático, robótica, electrónica de potencia y automatización. El prototipo se rige según las vertientes de interés que se encuentra en la literatura internacional, Figura 1. En la elaboración de este proyecto, se realizan mediciones de velocidad y aceleración del robot, que permita determinar su posición y orientación de tal forma que se pueda regular su operación en condiciones de seguridad y confiabilidad, el nombre de los dispositivos que llevan a cabo estas tareas de medición se denominan sensores. Los motores del robot (actuadores) deben permitir un alto desempeño a velocidades considerablemente altas aproximadamente 1200rpm/volt, es decir, el número de giros que debe realizar el rotor del motor en un minuto. Para poder implementar un algoritmo de control automático para el robot, es preciso tener una aproximación del modelo del sistema, el resultado de este análisis permite escribir un programa computacional que lleva a cabo la tarea de control y definición de trayectorias en el espacio. Finalmente, el proceso de comunicación se realiza mediante un sistema digital y dispositivos de intercambio de datos vía inalámbrica. En general, todos estos aspectos de diseño y análisis se están desarrollando por estudiantes de la Universidad, Figura 2. El principal objetivo es mantener un vuelo estacionario aceptable del robot bajo ciertas condiciones del medio ambiente.
Como se ha mencionado las áreas del conocimiento que de manera particular se están desarrollado en este proyecto son de diseño: mecánico, eléctrico, electrónico, de programación y matemático que lleven a este sistema a realizar tareas pre-especificadas en un entorno seguro y confiable.
Hugo Yáñez Badillo,
Rubén Tapia Olvera
lrivera@utvm.edu.mx
