UM ESTUDO SOBRE O DESENVOLVIMENTO E UTILIZAÇÃO DE UM QUADRICOPTERO PARA APLICAÇÕES REFERENTES AO CLIMA DE UMA ÁREA CULTIVADA

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1 UM ESTUDO SOBRE O DESENVOLVIMENTO E UTILIZAÇÃO DE UM QUADRICOPTERO PARA APLICAÇÕES REFERENTES AO CLIMA DE UMA ÁREA CULTIVADA TEIXEIRA, Bruno Eduardo bruno.eduardo@usp.br CHIACCHIO, Sinon professorsimon@ig.com.br OLIVEIRA, Marcelo Eduardo meoli@usp.br; TECH, Adriano Rogério adriano.tech@usp.br Resumo: Atualmente, pode-se observar o crescente aumento de estudos tecnológicos em diversos campos e em especial na cadeia produtiva do agronegócio, com a aplicação de tecnologias de monitoramento e de controle de ambientes, que vem agregando inovações e descobertas das diversas áreas tecnológicas aplicadas. O presente estudo tem como objetivo fazer uma breve análise sobre o desenvolvimento, a aplicação e o funcionamento de um veículo aéreo não tripulado (VANT), de asa rotativa do tipo quadricoptero, mais conhecido popularmente como drone. A metodologia a ser utilizada para a obtenção das imagens e, consequentemente, informações serão realizadas por meio de voos controlados remotamente. E como resultado da obtenção das imagens espera-se auxiliar os gestores nas tomadas de decisões, em relação aos cultivos, manejo de animais e no controle de pragas. Palavras-chave: Tecnologia; Asas Rotativas; Quadricoptero; Clima. Abstract: Nowadays, the increasing number of technological studies can be noticed in several fields, and especially in the agribusiness production chain with the application of monitoring technology and control environments, which has been adding innovations and discoveries of different technological areas applied. This study aims to make a short analysis of the development, implementation and operation of an unmanned aerial vehicle (UAV) rotary wing quadricoptero better known popularly as type drone. The methodology to be used to obtain the images, and thus information is performed by means of remotely controlled flights. And as a result of obtaining the images expected to assist managers in making decisions with respect to crops, animal management and pest control. Key-Words: Technology; Rotating wings; Quadricoptero; Climate.

2 INTRODUÇÃO O estudo sobre o uso de tecnologias aplicadas nos últimos anos vem colaborando com as diversas áreas do conhecimento e, entre elas a utilização dos Vants como uma ferramenta de apoio e operacionalidade tem trazido vantagens e auxiliado os gestores no processo de tomada de decisão, além de propiciar o próprio aprimoramento da tecnologia em uso. Os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT) são pequenas aeronaves, sem qualquer tipo de contato físico direto, capazes de executar diversas tarefas, tais como monitoramento, reconhecimento tático, vigilância e mapeamento entre outras. Porém, os VANT s têm limitações em termos de capacidade de carga a bordo e condições climáticas. Se equipados com equipamentos de transmissões de dados, são capazes de transmitir, em tempo real, os dados recolhidos (MEDEIROS, 2007). Em se tratando da aquisição e posterior análise de imagens, os VANTs tem apresentado grande eficiência, fato que será utilizado para a finalidade desde estudo. Sua aplicação na área agrícola e em missões de reconhecimento vem sendo favorecida e facilitada pelo atual estágio de desenvolvimento tecnológico, principalmente pela redução do custo e do tamanho dos equipamentos e pela necessidade de otimização da produção (MEDEIROS, 2007). Pensando em Brasil, esta tecnologia ainda é muito recente, mas se apresenta com forte potencial de crescimento e também está em alta dentro do meio acadêmico em vários estudos e aplicações, coisa que já acontece com muita frequência em países com alto índice de desenvolvimento. As pesquisas nessa área, no Brasil, ainda são muito recentes e os principais trabalhos com Veículos Aéreos Não Tripulados têm como escopo as aplicações civis, como vigilância policial de áreas urbanas e de fronteira, inspeções de linhas de transmissão de energia, monitoramento, atividades áreas agrícolas, acompanhamento de safra, controle de pragas e de queimadas (MEDEIROS, 2007). Observado esse crescimento tanto em desenvolvimento de tecnologia quanto em estudos acadêmicos, analisou-se a possibilidade de aplicação desse tipo de sistema para a análise do clima em determinadas áreas de plantio. Conforme os estudos de Favarin et al. (2013), onde o autor cita a evolução da utilização dos VANTs para a obtenção de imagens a serem utilizadas para mapeamento de áreas com um valor benefício bem maior quando comparadas aos sistemas convencionados. O objetivo deste trabalho é demonstrar a viabilidade e o desenvolvimento de um veículo aéreo não tripulado, de custo acessível para a obtenção de imagens, que propiciará uma análise e um reconhecimento de aérea degradadas, propiciando assim, uma interferência imediata por parte dos gestores responsáveis pela operacionalidade da atividade em questão. METODOLOGIA O trabalho teve seu início com a montagem do veículo aéreo não tripulado, do tipo quadricoptero, também muito utilizado popularmente como drone. A estrutura utilizada como

3 plataforma do veículo não tripulado é do tipo frame f450, com uma estrutura de 450 mm de comprimento, conforme pode ser observada nafigura 1. Figura 1: Frame F450. Foi utilizado como propulsor para o veículo quatro motores da marca Dji, com as características 2212/920 kv, que de acordo com Robomart (2015). O motor possui um peso de 53 gramas, uma potência máxima de 370 W e possui 920 rotações por volt (rpm/v), sendo recomendado a utilização do electronic speed control (ESC) de 30 A, ideal para a utilização de baterias do tipo de Lithium-Polímero (Lipo), de 2 a 3 células (2S 3S) (Figura 2). Figura 2: Motor. O ESC tem a finalidade de controlar a quantidade de potência que será fornecida da bateria para o motor. Segundo Magalhães (2011) é importante verificar a corrente máxima que chega até o ESC, sendo que está corrente deve ser de aproximadamente 40%, acima do previsto para o motor. O ESC utilizado pode ser observado por meio da Figura 3.

4 Figura 3: ESC. A bateria pode ser considerada um dos itens mais importantes, já que é a fonte de alimentação de todo o sistema VANT. De acordo, como os estudos de Magalhães (2011), as mais modernas baterias são as de 3 células (3S), com uma tensão de 11,1 V, sendo uma das melhores opções em termo de preço e peso, sendo adequadas para quase todos os tipos de aeromodelos utilizados atualmente. O equipamento que está sendo utilizado como fonte de alimentação da plataforma fonte é do tipo 4 células (4S), com tensão de alimentação de 14,8 V e, segundo os relatos do Drone Brasil (2016), possui tamanho de 162 x 46 x 29 mm e um peso total de 488 gramas (Figura 4). Figura 4: Bateria. O arducopter será utilizado para o controle da decolagem e do pouso, quando o sistema estiver funcionando no modo de voo autônomo, sendo também responsável pela estabilização do voo para uma melhor qualidade na obtenção das imagens (Figura 5)

5 Figura 5: Arducopter. O Global Positioning System (GPS) também conhecido como sistema de posicionamento global é o responsável por localizar o drone para que o mesmo possa realizar as tarefas programadas, quando o sistema estiver no modo autônomo de voo. Esse sistema pode ser observado na Figura 6. Figura 6: GPS. O que kit para aquisição das imagens é constituído da câmera, do sistema de transmissão da imagem, do sistema de recepção das imagens e também de um visor no qual traz também informações das condições do voo, como altitude, velocidade e consumo de bateria, conforme pode ser visto na Figura 7. Figura 7: Kit câmera.

6 Para uso do piloto será utilizado um rádio controle da marca Turnigy de seis canais e será responsável pelo controle do drone quando este for utilizado no modo remoto de controle. O rádio pode ser observado na Figura 8. Figura 8: Rádio. Depois de demonstrada todas as partes que compõe o veículo aéreo não tripulado, finalizou-se a montagem do sistema e deu-se início as atividades de teste em campo sobre o comportamento do drone em diversas condições de voo. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os testes foram realizados em diversos dias, sempre com os voos sendo realizados no período da tarde em condições diversas, mas sempre em condições de tempo claro e limpo em algumas possibilidades com ventos mais fortes. O primeiro teste foi realizado ainda com o sistema no chão, somente para testar o funcionamento dos motores e dos sistemas de comando, assim como a posição das hélices e sistema GPS. A principal característica a ser estudada no segundo teste foi para observar o comportamento do drone em condições favoráveis de voo e se o mesmo apresentava algum tipo de dificuldade ou deficiência para a realização da atividade esperada. Com a finalidade de analisar o comportamento da bateria e também a sua influência com relação ao tempo de duração para um voo. Sendo neste dia realizado dois diferentes tipos de análise, onde o primeiro deles foi feito com uma bateria de 2200 mah, que suportou naquele dia um voo de aproximadamente 11 minutos de duração, já numa segunda etapa foi utilizado uma bateria de 5000 mah, cujo resultado foi bem maior que o anterior aproximadamente 18 minutos de duração de voo. Para o quarto teste realizado em dia de tempo claro e limpo, porém com ventos fortes o comportamento do sistema não foi satisfatório, mesmo com o sistema de estabilização ativado, pois o consumo de bateria foi muito alto e consequentemente, o tempo de voo foi muito pequeno. Já o quinto teste foi realizado com o objetivo de analisar a melhor posição da câmera de visualização e obtenção das imagens. As imagens foram obtidas durante a realização do sexto teste, com o objetivo de analisar o comportamento do drone para a obtenção de imagens para que, em uma próxima etapa, se possa utilizar as imagens para um estudo mais detalhado sobre a área em observação. As Figuras 9 e 10 ilustram as imagens coletadas pelo Vant.

7 Figura 9: Vista próxima da plantação. Figura 10: Vista ampla da plantação. Através dos testes realizados e com as imagens obtidas, pode-se observar a importância da implantação e utilização de novas tecnologias em apoio as análises que podem ser feitas através das imagens obtidas. Assim sendo, fica constatado que a utilização do drone tem muito a contribuir para os estudos das diversas áreas do conhecimento, podendo ser acrescentados alguns novos componentes eletrônicos para que se possa realizar outras análises, de acordo com a necessidade do gestor em relação ao objeto de estudo. CONCLUSÃO De acordo, com os resultados analisados durante o desenvolvimento da pesquisa e com os testes realizados com os voos em campo, pode-se afirmar que o resultado obtido é satisfatório e plausível sobre o ponto de vista da utilização de veículos aéreos para este tipo de análise e estudo, destacando ainda que pode ser incrementado com a implantação de novos equipamentos como, por exemplo, sensores para a realização de novos estudos. Vale ressaltar a qualidade da obtenção das imagens, pois elas são feitas com o sistema pairado no ar, e com uma boa qualidade, facilitando os estudos da área a ser observada.

8 Assim, de maneira geral, o objetivo do trabalho foi atingido, onde o sistema desenvolvido mostrou-se eficiente para a atividade fim proposta. REFERÊNCIAS Drone Brasil Classifácil. acesso em 20 de agosto de FAVARIN, J. A. S.; PEREIRA, R. S.; PEGORARO, A. J.; LIPPERT, D. B. Obtenção de fotografias aéreas de um povoamento de Pinus taeda L. com o VANT Microdrone MD In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 16. (SBSR)., 2013, Foz do Iguaçu. Anais... São José dos Campos: INPE, p DVD, Internet. ISBN (Internet), (DVD). Disponível em: < Acesso em: 29 jul HOMA, Jorge. Aerodinâmica e Teoria de Voo: Noções Básicas. 30. ed. São Paulo: Asa - Edições e Artes Gráficas Ltda, p. MAGALHÃES, Alexandre Costa. Aeromodelismo elétrico básico Disponível em: < Acesso em: 22 mai MEDEIROS, Fabrício Ardais et al. Utilização de um veículo aéreo não-tripulado em atividades de imageamento georeferenciado. Ciência Rural, Santa Maria, v. 38, n. 8, p , nov MEDEIROS, Fabricio Ardais. Desenvolvimento de um Veículo Aéreo Não Tripulado para Aplicação em Agricultura de Precisão f. Dissertação (Mestrado) - Univresidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, Robomart. acesso em 20 de agosto de 2016.