Disseny i construcció d’un drone

uavPer Diego Palacios, 2n BTX

Introducció

El meu treball de recerca tractarà sobre l’aplicació de la robòtica a la vida real. Durant molts anys, el robots només s’han considerat útils en el camp de l’industria, però actualment els nous robots que tenen una finalitat totalment diferent. Aquests nous robots, es poden moure i poden realitzar tasques en entorns diferents. Es coneixen amb el nom de robots de servei. Aquests, s’utilitzen en la investigació científica, l’educació, per realitzar treballs perillosos o difícils i tenen la finalitat de facilitar les tasques a l’ésser humà.

Les meves motivacions per a escollir aquest tema han estat diverses. Des de ben petit m’ha agradat molt el tema de construir objectes, la informàtica, i encara més la idea de fusionar aquestes dues coses. És a dir, la idea de fabricar un robot.

Quan feia segon d’ESO, vaig participar en el meu primer concurs de robòtica, la FLL1, que consistia en construir un robot a partir de Lego® 2, i aquest havia de realitzar unes tasques determinades en un temps concret. Més tard, quan cursava quart d’ESO i de nou a 1r de Batxillerat, vaig participar en un altre que organitzava la Universitat de Barcelona i que consistia en dissenyar un robot utilitzant Lego® ,en programar-lo, perquè fos capaç d’atrapar a un altre robot, i que alhora fos capaç de fugir. Després de participar en aquests concursos vaig sentir més curiositat pels robots i per això em vaig decantar per aquest tema.

Una altra motivació per fer aquest treball és aprendre a construir un robot des de l’inici, fent el disseny elèctric, i la programació per a que faci una tasca concreta.

Objectius

El principal objectiu és aplicar la robòtica a la vida real per solucionar el problema que suposa veure fugues de canonades en la façana d’un edifici o en llocs de difícil accés.                                                         
Per poder-ho aconseguir he hagut de complir els següents requisits: bra robotic
• Afrontar un problema real i dissenyar un robot capaç de solucionar-lo mitjançant una estructura i un procés lògic d’actuació.
• Conèixer les parts principals d’un robot per a la seva fabricació. Segons el que hagi de realitzar faran falta uns components o uns altres, que s’hauran de estudiar per a que siguin compatibles entre sí i s’adeqüin a la funcionalitat del robot.
• Aprendre el funcionament del controlador del robot per a poder realitzar un programa que sigui més efectiu.
• Poder realitzar un programa complex que controli el robot adequadament per a que pugui realitzar correctament la tasca. Per això caldrà aprendre a programar en un llenguatge de programació com el C.
• Aprendre el funcionament dels controladors PIDs que són molt utilitzats en la industria.
• Dur a terme una aplicació real d’un robot.
• Construir un UAV (Unmanned Aerial Vehicle o Vehicle Aeri noTripulat, més conegut amb el nom de drone) amb càmera que sigui capaç de detectar fugues de canonades en la façana d’un edifici o en llocs de difícil accés de manera que les revisions dels edificis siguin més segures, doncs no calen bastides, ràpides i econòmiques.                                                                                                                                                                                                                                                         

Metodologia

El procés de treball per a la realització de la recerca, del disseny i de la construcció del robot ha estat el següent:
• Plantejar un problema real.
• Veure de quina forma es pot afrontar el problema, veure quines tasques haurà de fer el robot i com ho farà.
• Dissenyar l’estratègia de resolució del problema.
• Escollir els actuadors i sensors principals.
• Recerca del funcionament dels elements anteriorment esmentats i descoberta de com es poden posar en funcionament els elements.
• Acabar de definir tot el material que es necessitarà.
• Construcció del robot i comprovació del seu funcionament.
• Aprendre a programar amb el llenguatge adequat.
• Realitzar el programa per a que el robot segueixi l’estratègia de resolució anteriorment esmentada.
• Comprovar i rectificar errors.

Conclusions

Començaré per analitzar els problemes amb els que m’he trobat, després verificaré si s’han complert o no els objectius inicials plantejats. I per últim faré una reflexió sobre el que he après fent el treball de recerca.

He de dir que aquest treball m’ha resultat molt més costós de desenvolupar del que pensava en un principi. Si començo per la qüestió del material, primer vaig trigar un temps per decidir quines peces m’anirien bé per construir el drone, i assegurar-me que totes encaixarien i funcionarien conjuntament. Després he hagut de comprar el material online, ja que són elements molt específics, i han trigat molt de temps en arribar. Gairebé dos mesos.

Em va resultar complicat fer l’estabilització del drone, malgrat totes les correccions que he realitzat, a partir del binomi prova – error. A cada error, rectificava i tornava a provar. L’estabilització del drone ha estat la part més complicada, i que més temps m’ha ocupat per a intentar que el drone s’enlairés. Aquest objectiu no està del tot aconseguit, ja que malgrat que vaig fer que s’estabilitzés en sol un eix, no he aconseguit l’estabilització en el vol, on són necessaris els dos eixos. A més, les altres funcions del drone, com seguir la paret, no les he pogut realitzar, ja que primer necessitava aconseguir l’estabilització. El gran problema ha estat que al no aconseguir l’estabilització i no tenir un especialista que m’indiqués com havia d’avançar, no he pogut solucionar aquesta part, la qual cosa m’ha impedit continuar amb l’altra funció de resseguir la paret.

Malgrat tots aquests inconvenients, considero que aquest treball ha estat molt útil i interessant, ja que he aprés moltíssimes coses. He descobert a fons la programació en “C”, m’he endinsat en el món dels microcontroladors per a l’ús de la robòtica, concretament en les plaques Arduino. Abans de fer el treball, només havia fet algun robot amb un kit de Lego® que ja estava bastant ensamblat. He treballat amb un sistema de control molt utilitzat en processos industrials, el control PID, i penso que he aprés bé el seu funcionament, tot i que no hagi aconseguit l’estabilització en els dos eixos, perquè intervenen més paràmetres.  

Tot i això, crec que les meves expectatives han estat per sobre de les meves possibilitats (cosa que no sabia al començament del treball), A través del professor de la UPC em vaig assabentar de quatre projectes de final de carrera sobre la construcció d’un drone que ell portava, només dos havien aconseguit l’estabilització i l’enlairament.

Finalment, sí que he aconseguit construir un robot amb peces compatibles i un funcionament mecànic correcte, he aprés com funciona el controlador del robot i he dissenyat un programa adequat per a ell. També he realitzat un bon disseny d’una aplicació real pel robot. Per tant, estic content amb el meu treball, el meu esforç i tot el que he après durant la seva elaboració.

Imatges:

  1. Drone
  2. Braç robòtic

Gener 2015

 Institut Juan Manuel Zafra

Rogent 51 - 08026 Barcelona - Tel.: 934 350126 - 934 351 512 - Fax: 934 502 029 - email: iesm-jmzafra@xtec.cat
logo_consorci LOGO.ESCOLES.S.HORITZONTAL.1.COLOR