REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ni10202509052053
Eduardo Araujo de Sousa
Jose Diogo Forte de Oliveira Luna
Resumo – A realização do controle de veículos aéreos não tripulados (VANT) é um dos grandes desafios dos pesquisadores e entusiastas da área. Tal desafio se dá pelo fato do veículo estar exposto a variáveis internas e externas a ele, tais como: balanceamento de massa, resposta em tempo real, condições meteorológicas adversas, distúrbios desconhecidos, etc. Assim, o objetivo deste artigo e desenvolver um VANT construído de material polimérico e madeira, tendo o Arduino UNO como microcontrolador, bem como desenvolver uma bancada de teste para a aquisição de dados e para controle de atitude do drone. A bancada de teste desenvolvida se mostrou eficaz na movimentação do drone em Pitch, Roll e Yaw e na facilidade de se realizar a aquisição de dados. O VANT desenvolvido também se mostrou operacional quanto ao hardware e software utilizados. Em relação ao controle de movimentação do drone na bancada de testes, o mesmo apresentou comportamento aceitável. Por outro lado, em voo livre o veículo apresentou alguns comportamentos não esperados, o que cabe a necessidade de investigação.
Index Terms—drone, quadrirrotor, ciência aberta.
I. INTRODUÇÃO
Os veículos aéreos não tripulados (VANT), também conhecidos popularmente como drones, são veículos aéreos que realizam diversas aplicações sem a necessidade de um operador estar a bordo [1]. Com a evolução da tecnologia embarcada nos últimos anos, que passou a ser acessível para todos os tipos de público, esse tipo de veículo passou a ser amplamente estudado e adaptado para a realização de diferentes aplicações que facilitam o cotidiano da sociedade atual [2] [3]. Dentre as aplicações realizadas pelos VANT’s e possível destacar o transporte de materiais, monitoramento remoto, fotografia, agricultura de precisão, serviços de segurança e resgate, transmissão de imagens, dentre outros. [4].
Um VANT e basicamente constituído de: um microcontrolador, sensores, circuitos eletrônicos de controle de velocidade conhecidos como ESC, motores, hélices, receptor de sinal e bateria. O microcontrolador é o cérebro do veículo, o qual recebe as informações de inclinação, altitude, velocidade e posição do veículo através dos sensores. Ao receber essas informações, o microcontrolador processa esses dados e envia sinais proporcionais aos ESCs (Electronic Speed Controler), para que este realize o controle de velocidade dos motores o que permitira que estes sejam acelerados ou desacelerados. Tais motores possuem acoplados a si as hélices, que dará o impulso para a locomoção do veículo. A bateria alimenta todo o circuito eletrônico embarcado no veículo. Por fim, o receptor de sinal recebe os comandos enviados pelo operador, que geralmente, são sinais de radiofrequência [2] [4] [5].
Apesar de parecer simples a realização da montagem de um VANT, a etapa de controle do veículo e um dos grandes desafios dos pesquisadores e entusiastas da área. Tal desafio se dá pelo fato do drone estar exposto a variáveis internas e externas a ele, tais como: balanceamento de massa, resposta em tempo real, condições meteorológicas adversas, distúrbios desconhecidos, etc [6] [3] [7] [8].
No intuito de se conseguir controlar o voo de um VANT, uma das técnicas utilizadas é a operação do veículo em uma bancada de teste, no qual é coletado os dados de operação do sistema, permitindo-se aplicar as técnicas de controle que melhor possa ser empregado no controle de atitude do drone. Exemplos de bancada de testes criadas para controle de VANT’s podem ser vistos em [9] e [10].
Diante disto, o seguinte artigo visa apresentar o desenvolvimento de um drone quadrirrotor confeccionado em ABS e madeira e microcontrolado por um Arduino UNO, bem como, o desenvolvimento de uma bancada de teste para a aquisição de dados do VANT. Ao fim, será apresentado os testes de controle de atitude aplicado ao drone.
II. MATERIAIS E MÉTODOS
A. Componentes do Hardware
1) Frame (estrutura física) do drone: O frame utilizado no VANT e constituído de partes confeccionadas com ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) e bastão de madeira, no intuito de se obter um frame de baixo peso.
A parte central do frame e os suportes dos motores foram confeccionados em ABS a partir de impressão 3D. A parte central possui as dimensões de 130 mm de comprimento, 80 mm de largura e 30 mm de altura. Nas laterais, existem quatro orifícios de acoplamento dos braços com diâmetro de 16 mm e dispostos a 45° do eixo anteroposterior do frame. Na posição inferior, foi desenhada uma abertura de 110 mm de comprimento, 35 mm de largura e profundidade de 15 mm para acomodação da bateria de Lipo. Em relação aos suportes dos motores, além de fixar os motores eles também atuam como trem de pouso do VANT. Dessa forma, eles possuem uma base para fixação dos motores com 4 furos de parafusos M3, um encaixe com diâmetro de 16 mm para os braços do drone e o trem de pouso possui uma altura de 77 mm.
Figura 1. Vista Isométrica do frame utilizada no VANT.
Os braços do drone são constituídos de bastão de madeira, cada um possuindo um diâmetro de aproximadamente 16 mm e comprimento de 250 mm. Para encaixar os braços nos orifícios de acoplamento da parte central e nos suportes dos motores foi necessário desgastar as pontas. Após o encaixe, os braços foram fixados com parafuso M3 nos orifícios de acoplamento e nos suportes dos motores. O frame montado possui uma envergadura de aproximadamente 405 mm, sem considerar as hélices. A Figura 1 mostra a vista isométrica do frame produzida em software CAD. As folhas com as cotas das peças produzidas e montadas estão disponíveis no QR-Code no fim do artigo.
2) Arduino Uno: O Arduino UNO é uma placa de prototipagem eletrônica capaz de sensoriar e atuar dispositivos no mundo real, atuando como um microcontrolador. Essa placa possui o circuito integrado ATMega328p, o qual disponibiliza 14 portas de entradas/saídas (I/O) digitais e 6 entradas analógicas. Das 14 I/O’s digitais, 6 estão habilitadas para saída de sinal PWM (Pulse Width Modulation). Além das portas digitais e analógicas, a placa possui uma porta USB de alimentação e troca de dados, uma porta para entrada de fonte externa e portas de saída de tensão de 3,3 V e 5 V, bem como portas GND. Existe também uma porta denominada Vin, que e capaz receber tensão para alimentar a placa bem como atuar como saída de tensão que entra pela entrada da fonte externa. O circuito opera numa tensão de 5V [4].
Oito portas digitais foram utilizadas para o funcionamento do VANT. Das entradas analógicas, apenas duas foram ocupadas. A Tabela 1 resume as portas utilizadas da microcontroladora e para qual finalidade foram aplicadas.
Tabela I
PORTAS UTILIZADAS NO ARDUINO UNO PARA O FUNCIONAMENTO DO VANT.
Figura 2. Sombreamento do circuito impresso do Shield produzido para o VANT.
3) Shield para o Arduino: No intuito de reduzir o número de jumpers e fios no drone e de facilitar a fixação da microcontroladora, foi elaborado um shield utilizando a footprint do Arduino UNO disponível na biblioteca do software Kicad 6.0. De posse dos arquivos no formato gerber, foi solicitada a produção da placa de circuito impresso (PCB) a empresa JLCPCB, que produziu as PCB’s em cobre com acabamento em HASL (hot air solder leveling). No shield foram soldados as barras de pinos fêmeas e terminais T-Block. A Figura 2 mostra o sombreamento do shield produzido. Os arquivos editáveis contendo os esquemáticos e os desenhos da PCB podem ser acessados no QR-Code no fim do artigo.
4) Controlador eletrônico de velocidade (ESC) : O ESC utilizado para o controle de velocidade dos motores é o modelo HW30A. Esse dispositivo e responsável por converter os sinais PWM enviados pelo Arduino e controlar proporcionalmente a passagem de corrente para o motor brushless através da alteração da frequência de abertura e fechamento dos MOSFETs que integram o seu circuito. Dessa forma, quanto maior for o pulso recebido pelo Arduino, mais rapidamente os mosfets serão acionados e vice-versa [11].
5) Motor brushless: O modelo de motor brushless utilizado é o A2212/13T 1000KV. Tal motor é muito utilizado no aeromodelismo e por hobbistas. A numeração de quatro dígitos (2212) indica que o motor possui um diâmetro de 22 mm e comprimento de 12 mm. Já a unidade KV está relacionada a 1000 RPM do motor a cada unidade de tensão, ou seja, se um motor for ligado em uma bateria de 11V ele pode chegar a uma rotação nominal 11000 RPM [2].
6) Hélices: As hélices utilizadas são compostas de nylon 1045 e de dimensões 12X3,8 polegadas. Duas hélices estão na configuração para rotação horária (CW) e duas na configuração para rotação anti-horária (CCW). As hélices CCW foram utilizadas nos motores M1 e M3, enquanto as hélices CW foram utilizadas nas hélices M2 e M4, conforme demonstra a Figura 3.
7) Sensor giroscópio e acelerômetro: Sensores de Unidade de Medida Inercial, também conhecidos como IMU (Inertial Measurement Unit), são dispositivos de extrema importância para o bom funcionamento de um VANT controlável. Para o drone, o IMU utilizado foi o MPU6050, o qual é constituído de um giroscópio e um acelerômetro. O giroscópio possui a função de mensurar a velocidade de rotação, ao passo que, o acelerômetro mensura a aceleração do drone em todos os eixos de movimento. Ao processar os sinais mensurados por esses sensores, é possível obter duas variáveis essenciais para o controle do VANT, são elas: velocidade de rotação nos três eixos em graus por segundo (°/s) e inclinação do drone em graus (°) [13].
Figura 3. Orientação das hélices no drone.
O MPU6050 foi instalado na região mais central possível do VANT, na orientação ”Y Date” do sensor, o qual indica que a frente do drone aponta para a direção entre os motores M1 e M2, como pode ser observado na Figura 2. Para alimentação elétrica do sensor, foi utilizada a porta do shield referente ao pino de 3,3 V do Arduino UNO.
8) Transmissor e receptor de sinal de rádio: Para o envio de comandos do operador para o drone e necessário a utilização de um transmissor e um receptor de sinais. Dessa forma, neste VANT foi utilizado o rádio transmissor FlySky FS-I6 e o receptor FS-IA6. Tal modulo de comunicação possui 6 canais e opera em uma frequência de sinal de 2,4 GHz. O receptor converte o sinal de rádio em sinal PWM, o qual pode ser lido pelas portas digitais do arduino. No VANT foram utilizados os canais 1 (Ch1), 2 (Ch2), 3 (Ch3) e 4 (Ch4), que correspondem, respectivamente, as ações de rolagem (Roll), arfagem (Pitch), aceleração (Throttle) e guinada (Yaw). Os pinos utilizados no Arduino UNO para cada canal podem ser verificados na Tabela 1. A alimentação elétrica do receptor foi realizada pela porta da shield referente ao pino de 5 V do Arduino UNO.
9) Bateria de Lipo: A fonte elétrica utilizada para a alimentação do drone foi uma bateria de Lipo (Polímero de lítio) 7,4 V, 1800 mAH, 2S da JH Power. A bateria de Lipo foi conectada no shield através de um conector XT-60. Ao energizar o shield, o Arduino UNO é energizado através do pino Vin e a partir daí, alimenta eletricamente o sensor MPU6050 e o receptor FS-IA6. A partir da tensão da bateria Lipo, a qual mede 7,4 V quando completamente carregada, e possível estimar que os motores do drone podem chegar a uma rotação nominal de 7400 RPM.
10) Diagrama representativo do hardware: Diante à relação e caracterização dos componentes do hardware que compõem o drone, a Figura 4 mostra um diagrama representativo do hardware e a relação entre os componentes.
Figura 4. Diagrama representativo do hardware utilizado no VANT
B. Controle de atitude do drone
1) Princípios de movimentação: O controle de movimentação de um drone é realizado através da manipulação do movimento rotacional em seus três eixos. Tais movimentos são conhecidos como Roll, Pitch e Yaw e são representados pelas letras gregas ϕ, θ e ψ, respectivamente. O movimento de Roll e uma rotação que acontece no eixo longitudinal do VANT, que permite que ele se desloque para a direita ou para a esquerda. O Pitch é um movimento rotacional que ocorre no eixo transversal do VANT, que permite subir ou baixar a parte frontal do drone, resultando no movimento de avanço ou de recuo. Por fim, o Yaw e um movimento rotacional no eixo vertical do drone, que resulta no direcionamento da aeronave para o lado esquerdo ou direito [4]. Assim, entende-se que as três movimentações rotacionais definem a atitude do drone, ou seja, as movimentações rotacionais resultam no deslocamento do VANT no eixos X e Y. Quanto ao eixo Z, o deslocamento e influenciado simplesmente pela a aceleração dos motores. A Figura 5 ilustra os movimentos rotacionais nos eixos perpendiculares entre si de um VANT.
2) Controle PID-PI em cascata: Para o controle de atitude do drone foi necessário a utilização de um controle PID-PI em cascata. Ao receber o sinal de setpoint oriundo do rádio, o controlador PID mestre calcula o erro de inclinação do VANT, através da comparação entre os sinais de leitura de inclinação (°) oriundo do MPU6050 e do rádio, e gera um comando de velocidade angular (°/s) para neutralização deste erro. Em seguida, o sinal de velocidade angular gerado pelo PID mestre e comparado com o sinal de velocidade angular real medido pelo MPU6050 e a diferença dessa comparação (erro) alimenta o controlador PI escravo, que gera um sinal em microssegundos e que são enviados para os ESCs, os quais atuarão sobre a velocidade de rotação dos motores e por fim no controle de inclinação do VANT dos eixos [15] [13] [16]. O sinal enviado para os ESC’s e modulado levando em consideração o valor de aceleração vindo do controle RC, e os valores dos controladores de velocidade angular de cada movimento de rotação, como pode ser visto na Figura 6. Para fácil visualização do modulador, pode-se exemplificar um cenário em que o controle RC envia um sinal de 1500 µs e os sinais de velocidade angular de Pitch, Roll e Yaw já parametrizados em µs sejam, respectivamente, -47, 0 e 0. Os ESC’s 1, 2, 3, e 4 terão os pulsos de 1453, 1453, 1547 e 1547 µs, respectivamente, o que resultaria em um aumento de velocidade nos motores M3 e M4 e redução de velocidade nos motores M1 e M2, causando a rotação anti-horária do Pitch, resultando na elevação da parte traseira do drone e em seu movimento de avanço. O modulador também e conhecido como Algoritmo de combinação de motores (Motors Mixing Algorithm) e e muito utilizado em controles PID de drones, como pode ser visto [17].
Figura 5. Movimentos rotacionais de um VANT
O controle PID-PI em cascata foi utilizado para os movimentos de Roll e Pitch. Para o movimento de Yaw, foi utilizado apenas o controle de velocidade angular. Nesta aeronave não foi desenvolvido o controle de altitude pelo fato dela não possuir o sensor que mensura esta variável. A Figura 7 mostra um diagrama de blocos do controle PID-PI em cascata utilizado na aeronave.
C. Programação e aquisição de dados
1) Programação : A programação para funcionamento do drone e dos controladores PID-PI em cascata foram realizados na IDE (Integrated Development Environment) do Arduino. Nesse ambiente e possível escrever funções para aplicações a serem executadas com o auxílio da placa de prototipagem eletrônica Arduino. A programação utilizada para o controle do drone pode ser obtida aqui. O fluxograma da programação utilizada na operação do drone e ilustrada na Figura 8.
2) Aquisição de dados : A aquisição de dados do drone foi realizada através da porta serial USB do Arduino UNO. No entanto, para que a aquisição de dados ocorresse em pleno funcionamento do drone, foi necessário a criação de um suporte para seu encaixe (Figura 9). O suporte consiste de duas barras de metal dispostas paralelas entre si. Um furo foi realizado em cada barra para a passagem de uma barra roscada. Uma peça impressa em impressora 3D foi utilizada para encaixar as barras roscadas no drone. O encaixe das barras roscadas se deu em rolamentos rígidos de esferas 608Z. Essa configuração foi utilizada para obter os dados de Roll e Pitch. O uso do suporte para a aquisição de dados pode ser visualizado aqui. Para a aquisição de dados do movimento de Yaw, a peça foi fixada em uma barra roscada presa a uma base (Figura 10), e o drone foi fixado na peça. O uso da estrutura para aquisição dos dados de yaw podem ser visualizados aqui. Tal estratégia de aquisição de dados de drones e uma novidade e não foi encontrada em outras pesquisas. Dessa forma, este artigo traz essa contribuição para se utilizar na aquisição de dados, auxiliando na realização de futuros trabalhos nesta área de pesquisa. Após a obtenção dos dados através do monitor serial da IDE do Arduino, os dados foram extraídos e trabalhados no software Matlab R2020a, o qual permitiu plotar os gráficos com o comportamento dos controles.
III. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A. Controle PID-PI em cascata realizado em bancada
Após a aquisição de dados, foi possível analisar o comportamento dos controles e enfim obter os parâmetros para sintonia dos controladores PID e PI. Para encontrar os parâmetros, utilizou-se a estratégia de tentativa e erro, no qual os parâmetros eram inseridos e observava-se o comportamento do sinal de controle. A Tabela 2 mostra os valores dos parâmetros de sintonia dos controladores, que obtiveram os melhores resultados de desempenho no controle de inclinação e velocidade angular dos movimentos de Roll e Pitch e de velocidade angular no movimento de Yaw.
O controlador escravo do movimento de Roll, referente ao controle de velocidade angular, obteve melhores resultados ao se utilizar o ganho proporcional Kp = 0,5 e integral Ki = 0,01. Não foi necessário a utilização de ganho derivativo, especialmente considerando a quantidade de ruído presente. Dessa forma, para este controle o controlador PI foi suficiente. A Figura 11 mostra o comportamento da variável de controle e o setpoint para o movimento roll.
Para o controlador mestre, referente ao controle de inclinação, os parâmetros de sintonia do PID que obtiveram os melhores resultados foram os de ganho proporcional Kp = 1, ganho integral Ki = 0,01 e ganho derivativo Kd = 5. A Figura 12 mostra o comportamento do controle PID de inclinação do movimento rotacional de Roll.
Em relação ao Pitch, o controlador escravo teve melhores respostas quando sintonizado com o ganho proporcional Kp = 0,5 e o ganho integral Ki = 0,01, e assim como no roll, o controlador utilizado foi o PI. A Figura 13 mostra o comportamento da variável de controle diante do valor de referência.
No controle de inclinação de Pitch, o controlador utilizado foi um PID. As melhores respostas foram obtidas ao sintonizar o controlador com um ganho proporcional Kp = 1, ganho integral Ki = 0.01 e ganho derivativo Kd = 5. A Figura 14 mostra o comportamento da inclinação de pitch diante o valor de referência.
Figura 6. Modulador de sinal enviado aos ESC’s para o controle de rotação dos motores do VANT.
Tabela II
PARÂMETROS DE SINTONIA DOS CONTROLADORES PI E PID EM CASCATA UTILIZADOS NO CONTROLE DE ATITUDE DO DRONE.
Figura 7. Diagrama de blocos do controle PID-PI em Cascata utilizado para controle de altitude do drone.
Figura 8. Fluxograma da programação utilizada na operação do drone.
Figura 9. Estrutura montada para fixação do drone para a aquisição de dados
Por fim, para o movimento de Yaw somente o controlador PI foi necessário. Assim, a movimentação foi controlada através do controle de velocidade angular utilizando um ganho proporcional Kp = 0,3 e um ganho integral Ki = 0,01. A Figura 15 mostra o comportamento da variável de controle diante o sinal de setpoint.
Fazendo uma análise da performance dos controles, utilizou-se os índices de desempenho ISE (Integral of the Square Error) e IAE (Integral of Absolute Error). O primeiro e caracterizado por integrar o quadrado do erro em uma malha de controle ao longo do tempo, sendo sensível a erros grandes, visto que o quadrado de um erro grande terá maior magnitude que um erro pequeno. Ao mesmo tempo, erros pequenos são menos penalizados, por essa métrica. Já o segundo, diferente do ISE, caracteriza-se por não adicionar qualquer tipo de peso ao erro atuante na malha de controle, ponderando igualmente qualquer erro presente. Ambos os índices consideram tanto os erros positivos como os negativos [18]. Aplicando o ISE e o IAE aos dados coletados dos controladores, obteve-se os índices mostrados na Tabela 3. Como esperado, os valores do ISE se mostraram maiores que o do IAE para todos os controles, em acordo com o comportamento visualizado nos gráficos e nos vídeos, em virtude da resposta com sobressinal e pela magnitude dos pulsos de referência aplicados no sistema.
Figura 10. Peca de encaixe do drone ajustada para a aquisição de dados de Yaw
Figura 11. Controle de velocidade angular do movimento rotacional de
Roll.
Figura 12. Controle de inclinação do movimento rotacional de Roll.
Figura 13. Controle de velocidade angular do movimento rotacional de Pitch.
Figura 14. Controle de inclinação do movimento rotacional de Pitch.
Figura 15. Controle de inclinação do movimento rotacional de Pitch.
Diante dos resultados obtidos, observa-se que a variável de controle oscila sobre os sinais de referencia em todos os controles. Além da sintonia não ser a mais precisa, tal fato pode estar relacionado a leitura dos dados realizadas pelo sensor MPU6050, o qual pode estar sofrendo influência através da vibração do frame causada pela rotação dos motores e resultando em medições oscilatórias das variáveis de controle. Tal fato pode ser observado nas figuras 11, 13 e 15.
Tabela III
ÍNDICES DE DESEMPENHO ISE E IAE APLICADOS AO CONTROLES UTILIZADOS NO VANT
Dessa forma, uma oscilação de sinal medido pode acarretar em um controle mais oscilante devido o processamento dos dados que variam a todo momento. No entanto, observa-se que as oscilações das variáveis controladas não são tão elevadas e os sinais seguem o mesmo caminho dos setpoints. Além disso, a movimentação física do drone diante as oscilações não é tão brusca. Uma solução para este problema de vibração seria a fixação do MPU6050 em amortecedores de vibração.
Em [14], um controle P-PID em cascata para os movimentos de pitch, roll e yaw foi realizado em um drone semelhante ao deste artigo e os resultados obtidos mostraram que o VANT apresentou um comportamento de voo desejado, tanto em ambientes abertos como em ambientes fechados. Ao realizar um duplo controle PID em cascata, [16] obteve resultados vantajosos tanto em simulações como em testes experimentais. O controle permitiu que o drone pudesse ser controlável mesmo em situações de interferência externa.
O controle em cascata e um dos mais utilizados para´ controle de drones pelo fato de ser menos complexo e por ser um controle linear. Porem, existe a possibilidade do uso´ de outras técnicas para a controlabilidade de um drone. Em [6], são realizadas comparações entre controles não-lineares a partir de simulações e verificou-se que a combinação dos controles não lineares AB-ABFTSMC (Adaptive Backstep- ping – Adaptive Backstepping Fast Terminal Sliding Model Control) obtiveram resultados de alta performance e boa robustez contra distúrbios em vista dos clássicos SMC (Sliding Model Control), 2-SMC (duplo Sliding Model Control) e o IBT (Integral Backstepping Technique).
B. Operação do VANT com os controladores sintonizados
Após a sintonia dos controladores, realizou-se a pilotagem do drone em ambiente aberto. Apesar de ter apresentado um comportamento controlável em bancada, o VANT não teve o mesmo comportamento em voo livre. Vale ressaltar que em bancada, os controles foram realizados separadamente e seus comportamentos avaliados. Por se tratar de uma técnica de controle linear, a propriedade da superposição deveria se manifestar, e por este fato os controles foram sintonizados separadamente.
Ao iniciar o voo, o mesmo se desloca bruscamente para o seu lado esquerdo, mesmo sem acionar qualquer stick do controle RC. Ao observar os motores após os teste, notou-se que um dos motores do lado esquerdo estava com rotação inferior aos demais, podendo indicar que tal motor esteja defeituoso. Dessa forma, ele não responde ao sinal dos controles como deveria, causando o movimento brusco para a esquerda. Os testes de voo do VANT em local aberto podem ser visualizadas aqui e aqui.
C. Melhorias que podem ser implementadas e perspectivas futuras
A construção do VANT foi realizada com os componentes que são usualmente utilizados no laboratório de Automação do IFRO. Por esse fato, o drone não possui uma aplicação específica. No entanto, o VANT pode ser melhorado integrando alguns módulos a ele. Para controle de altitude, existe o modulo BMP180 que se trata de um barômetro, que possibilita mensurar a altitude através da variação de pressão atmosférica. Para geolocalização, existe o módulo GPS GY-NEO6MV2 que e capaz de recepcionar sinais de satélite e calcular a posição do VANT. Ambos os módulos citados são operáveis com o Arduino. Para questão estética, e possível também substituir o Arduino UNO pelo Arduino Nano, o que poderia resultar na diminuição do frame e, consequentemente, no peso da aeronave. Futuramente pretende-se desenvolver drones com aplicações específicas a partir do protótipo e da estrutura de aquisição de dados desenvolvidos nesse artigo.
CONCLUSÃO
O presente trabalho apresentou a construção de um VANT no tocante a montagem mecânica, hardware e software. Foi desenvolvido uma estrutura mecânica adequada a proposta de VANT quadrirrotor e capaz de decolar com o empuxo provido pelos motores selecionados. Os circuitos eletrônicos desenvolvidos para alimentação do sistema, leitura dos sensores e acionamento dos motores funcionou conforme projetado. No que tange a programação embarcada, o controle cascata PID-PI apresentou desempenho aceitável para o controle de atitude do drone em bancada, cabendo destacar que o uso da estrutura de suporte proposta neste trabalho foi de suma importância na aquisição de dados do drone, que posteriormente foram utilizados na sintonia dos controladores. Já em voo livre, o drone não apresentou um comportamento desejado, sendo necessário a investigação sobre a influência do motor que apresentou comportamento inconsistente. O quadrirrotor construído pode ser melhorado através da incorporação de módulos eletrônicos a sua estrutura. O protótipo pode ser utilizado como base na construção de VANT’s que possuam aplicações específicas.
AGRADECIMENTOS
Agradecimento aos docentes e alunos do laboratório de Automação do IFRO – Campus Porto Velho – Calama, os quais participaram em algum momento na execução deste projeto.
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Coordenação do Curso de Engenharia de Controle e Automação
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Rondônia – IFRO Porto Velho, Brasil
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