Instrumentação e controle de um robô aéreo baseado em um helimodelo

Abstract

O projeto no qual este trabalho está inserido objetiva o desenvolvimento de uma plataforma capaz de se manter estável voando a baixas e médias velocidades, sendo de fácil operação visando a inspeção de linhas de transmissão de energia utilizando câmeras embarcadas no robô. Este documento apresenta a instrumentação de um robô aéreo baseado em um helimodelo Raptor90SE, bem como o desenvolvimento de uma estratégia de controle de vôo pairado para o veículo avaliada em simulação. A instrumentação inclui a integração dos diversos sensores e componentes de acionamento com os dispositivos de processamento em níveis de hardware e software, bem como a infra estrutura para o funcionamento embarcado do sistema como um todo. Para o projeto dos controladores de vôo pairado, é proposto um modelo matemático não-linear paramétrico que descreve o comportamento dinâmico do robô em diversos modos de vôo não acrobáticos. A estratégia de controle proposta é do tipo PID com algumas alterações para compensar as não linearidades. O controlador possui três níveis em cascata com desacoplamento dos modos. A validação do modelo e do controlador propostos em simulação apresentou bons resultados. __________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

This thesis is part of a project on the development of an aerial robot capable of keeping stable flight at low and medium speeds and easy operation for inspection of power transmission lines. This document presents the instrumentation of the aerial robot based on a model helicopter Raptor90SE, as well as the development of its hovering flight control strategy evaluated in simulation. The instrumentation includes hardware and software integration of various sensors and drive components with processing devices, as well as the infrastructure for embedded operation of the whole system. In the design of hovering flight controllers, it is proposed a parametric nonlinear mathematical model that describes the dynamic behavior of the robot in different modes of non acrobatic flight. The proposed control strategy employs PID strategy with some improvements to account for nonlinearities. The controller presents a three level cascaded structure with mode decoupling. The evaluation of the proposed model and the controller presented satisfactory results in a simulated environment.