DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE OBTENÇÃO DE DADOS PARA CALIBRAÇÃO DE CENTRAIS INERCIAIS

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1 DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA DE OBTENÇÃO DE DADOS PARA CALIBRAÇÃO DE CENTRAIS INERCIAIS Aluno: Pedro Schuback Chataignier Orientador: Mauro Speranza Neto 1. Introdução O projeto visa desenvolver um sistema de coleta de dados para calibração de centrais inerciais. O sistema irá mover as centrais e criar registros tanto da aceleração medida por elas, quanto da sua própria. Posteriormente, os dados medidos pelos acelerômetros são comparados ao registro da aceleração do aparelho, permitindo a calibração dos sensores. O aparelho desenvolvido possui um módulo rotatório onde se encontram os sensores que serão calibrados e toda a eletrônica necessária para o funcionamento dos mesmos. Este módulo é movido por um motor elétrico acoplado à uma base que abriga o restante da eletrônica do aparelho. A velocidade angular do módulo rotatório é medida através de um encoder fixado em um braço metálico. Figura 1 Modelo do sistema completo. 1

2 2. Metodologia Nesta seção serão descritos os componentes especificados para o sistema e os módulos pelos quais este é composto. 2.1 Especificaçã ão dos componentes A seguir são especificados a marca e modelo dos principais componentes do sistema. Baterias LiPo Thunder Power G8 2S 7.4V 1350MAH (Figura 2. a); Antena de telemetria 3DR Radio 433Mhz "Air" module da 3DRobotics (Figura 2.b); Central inercial PX4FMU Autopilot (apesar de não ser parte funcional do sistema, diversos detalhes do projeto foram definidos tendo em vista a utilização deste modelo; Figura 2.c); Motor elétrico CC Maxon (Figura 2.d); Encoder ótico Yumo E6B2-CWZ3E com conector de eixos de 6mm E69-C06B (Figura 2.e); (a) (b) (c) (d) Figura 2 Componentes do sistema. (e) 2

3 2.2 Módulo rotatório O módulo rotatório, mostrado nas Figuras 3 e 4, é a parte principal do sistema. Ele é construído em chapas de MDF de 3mm cortadas a laser e possui um compartimento central e duas áreas projetadas. Figura 3 Módulo rotatório. Figura 4 Detalhes internos do módulo rotatório. No compartimento central se encontram as baterias e antenas de telemetria para cada central. Estes componentes são fixados com velcro e a construção em camadas permite que o posicionamento seja preciso. Além disso, é através deste compartimento que são feitas as conexões do módulo tanto com o motor elétrico, quanto com o encoder. 3

4 É importante notar que apesar da antena de telemetria enviar leituras em tempo real dos dados medidos por cada sensor, o processo de calibração em si não ocorre em tempo real. Estes dados instantâneos são usados apenas para monitorar o sistema. As centrais inerciais se encontram nas áreas projetadas. Elas devem ser fixadas em três orientações diferentes, uma para cada eixo, e a diversas distâncias do centro de rotação. Isto é feito através de uma série de furos nas paredes e no fundo do módulo. As centrais são presas a plataformas de MDF que são então devidamente posicionadas dentro do aparelho, sempre de forma simétrica. A utilização da plataforma de MDF é necessária para fornecer uma superfície mais regular para fixação. Este método também permite que outros modelos de sensores possam ser utilizados no futuro. A Figura 5 mostra o esquema de peças do módulo e sua disposição para o corte a laser. Figura 5 Projeto 2D para corte a laser do módulo rotatório. 2.3 Base A base do sistema, mostrada na Figura 6, também é construída em chapas de MDF de 3mm cortadas a laser. Ela abriga o motor elétrico e a eletrônica responsável pelo registro de dados do encoder. Os dados de cada central são coletados por um cartão de memória próprio. 4

5 (a) (b) Figura 6 Base do sistema (a) e detalhe da parte traseira (b). A base funciona como uma caixa onde as paredes e o topo se erguem junto com o restante do sistema para permitir o acesso à eletrônica. A Figura 7 mostra o esquema de peças da base e sua disposição para o corte a laser. Figura 7 - Projeto 2D para corte a laser da base. 5

6 2.4 Conexões As conexões entre o motor, o módulo rotatório e o encoder estão representadas ao lado. O motor é fixado ao topo da base por uma peça metálica. Um conector de alumínio e MDF faz a ligação entre o eixo do motor e a base do módulo rotatório. Um segundo conector idêntico ao anterior é então fixado pelo interior do módulo à um eixo auxiliar que aciona o encoder. Este alinhamento garante que o encoder irá fornecer medidas mais precisas. A peça fazendo a ligação entre o eixo auxiliar e o encoder é um conector plástico fornecido junto com o sensor. Ele é projetado para compensar eventuais falhas no alinhamento dos eixos (Figura 8). Figura 8 - Projeto 2D paraa corte a laser da base 6

7 3. Conclusões O sistema projetado parece atender a todos os requisitos desejados, sendo possível avançar para a fase de fabricação. Devido à alta quantidade de detalhes presentes na modelagem (devido à construção em partes que se encaixam) esta fase levou muito mais tempo do que o esperado. No entanto, este tempo deve ser compensado pelo processo de corte a laser, que acelera significativamente o processo de fabricação. O aparelho ainda necessita de alguns subsistemas: o controle do motor, o armazenamento de dados do encoder e uma fonte de energia para ambos. Estes serão definidos durante o processo de fabricação da estrutura. Referências 1 SERENO, H. R. S. Controle de veículos autônomos em alta velocidade a partir de trajetórias simuladas previamente definidas. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Mecânica. Dissertação de Mestrado. Orientador: MEGGIOLARO, M. A. Agosto de COSTA, M. S. M. Modelagem, simulação e controle de um veículo aéreo multirotor autônomo. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia Mecânica. Dissertação de Mestrado. Orientador: MEGGIOLARO, M. A. Dezembro de 2014 (previsão). 3 MOURÃO, G. P. Avaliação de sistemas de armazenamento de dados para controle de veículos autônomos. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. Departamento de Engenharia de controle e Automação. Projeto de Fim de Curso. Orientador: SPERANZA NETO, M. Dezembro de