Cuadricoptero para seguimiento de objetos

Abstract

Introducción En este proyecto se pretende el desarrollo de un vehículo aéreo no tripulado con cuatro hélices, un cuadricóptero, que de forma autónoma realice una trayectoria de vuelo siguiendo a un objeto. Para ello, se utilizara una cámara con la capacidad de detectar objetos que conectada a un microcontrolador que sea capaz de procesar las imágenes y generar las señales necesarias. Los VANT (vehículos aéreos no tripulados), también conocidos como drones, han aumentado su popularidad en los últimos años, abriéndose camino cada vez más en aplicaciones civiles. Esta popularidad se debe a su pequeño tamaño, su capacidad para volar y la diversidad de equipos que pueden cargar para realizar diferentes funciones. Estos productos son cada vez más económicos, lo que los hace accesible a cualquier persona, que simplemente obteniendo una licencia de piloto de drones puede hacerse con uno. Una de las aplicaciones más extendidas es la audiovisual, incorporar una cámara para grabar diferentes escenas, entre ello es muy popular grabar escenas de deportes. Con todo esto, la motivación de poder construir uno de estos vehículos que sea capaz de seguir a una persona y grabarle mientras realiza su deporte favorito ha llevado a la realización de este proyecto. Objetivos Como objetivos se tiene la construcción de un cuadricóptero, probar su capacidad de vuelo, y crear un sistema compuesto por este, la cámara de reconocimiento de objetos y un microcontrolador. Se ha de conseguir detectar objetos y crear un programa de seguimientos para que el cuadricóptero siga al objeto. Metodología Para el desarrollo del proyecto primero se ha montado el cuadricóptero y conectado todos los elementos. Como para implementar el cuadricóptero en el sistema con la cámara y el microprocesador hay que conocer como son las señales, con la ayuda de un osciloscopio se ha comprobado que la señal que el recibidor manda al controlador de vuelo consiste en modulación por ancho de pulsos, o PWM. Para el reconocimiento de objetos se ha decidido usar la cámara Pixy CMUcam5, un sensor de colores, que es capaz de detectar hasta siete objetos de diferentes colores simultáneamente. Esta cámara está adaptada para conectarse directamente al microcontrolador, como al Arduino, lo que ha llevado a escoger este como microcontrolador. Esta le envía la información al microcontrolador de las coordenadas x e y del centro del objeto, así como sus medidas de altura y ancho. Para detectar objetos con la cámara hay que descargar el programa PixyMon, en el ordenador y conectar la cámara, esta comenzara a grabar y con la ayuda del software se puede “enseñar” el objeto deseado que quedara guardado. Para el programa de seguimiento hay que considerar la información que la cámara manda al microcontrolador, así como los mandos de vuelo para manejar el vehículo. Resultados y experimentos Se han realizado diferentes pruebas y experimentos. La primera ha consistido en probar la capacidad de vuelo del cuadricóptero. Después de montar el cuadricóptero, se ha usado el programa Cleanflight para descargar el software del controlador aéreo, y usando un radiotransmisor y un recibidor se ha probado la capacidad de vuelo de este. Hubo que ajustar los parámetros del PID a la carga que teníamos para evitar las oscilaciones al volar. Otra prueba que se hizo fue comprobar que la cámara que se había adquirido detectaba correctamente los objetos. Se comprobó la capacidad de esta y sus limitaciones. También, para comprobar que el microcontrolador escogido era capaz de generar las señales necesarias al controlador de vuelo. Se conectó este entre el recibidor y el controlador de vuelo, cortando cables y volviendo a soldar otros, y se puso el cuadricóptero en funcionamiento. Conclusiones Se han realizado todas las pruebas y experimentos con éxito, sin embargo el proyecto no ha quedado totalmente completado, ya que el cuadricóptero no vuela siguiendo a los objetos, que era uno de los objetivos. No obstante, se han adquirido muchos conocimientos en diferentes campos de la ingeniería, sobre cómo gestionar un proyecto y trabajar en grupo, por lo que no se puede considerar como un fracaso.

Introduction The objective of this project is the development of an unmanned aerial vehicle with four propellers, a quadcopter, which autonomously flies following an object. For that, a camera with the capability of detecting objects connected to a microcontroller with the ability of processing the images and generate the required signals is going to be used. The UAE (unmanned aerial vehicle), also known as drones, have increased their popularity in the past few years, being more present every day on civil applications. Their popularity comes with their small size, their flight capability and the diversity of equipment that can carry on for different functions. This products are becoming more and more economic, what makes them more accessible to the public that just with a drone license can buy and use one. One of the main applications of drones is the audiovisual, to incorporate a camera to take pictures and record different scenes, and specially recording sport scenes has become very popular. With this, being able to make one of this aircrafts that has the capability of follow a person and record him while he’s doing his favorite sport has been the motivation of this project. Objectives The objectives of this project are the construction of a quadcopter, trying its flight capability, and creating a system with an object recognition camera and a microcontroller, that can detect objects and make the quadcopter fly following them. Methodology For the development of the project first the quadcopter has been constructed and connected all their components. As to implement it on the system with the camera and the microcontroller it was needed to know how the signals are, using an oscilloscope it has been checked the nature of the signals the receiver send to the flight controller, that is PWM. For the object recognition the camera Pixy CMUcam5 has been chosen, a color sensor which is able to detect simultaneously seven objects of different colors. This camera can connect directly to the microcontroller, like Arduino, what lead to the decision of choose that model of microcontroller. The camera sends the information to the microcontroller of the x and y coordinates of the center of the object, and also it width and height. In order to detect objects with the camera the software Pixymon has to be downloaded. With this program running on the computer and the camera connected to it, the camera can “learn” the object with the interest to follow. For the tracking program there are some considerations like how is the information that the camera sends to the microcontroller, the flight controls and the nature of the signals. Results and experiments Several tests and experiments have been completed. The first one was trying the flight capability of the quadcopter. Right after constructing the quadcopter, with the help of the program Claeanflight to download the required software on the flight controller, and using a radio transmitter and a receiver the flight capability has been tested. The parameters of the PID needed to be changed in order to avoid the oscillations while flying. The second experiment consisted on testing the object recognition of the camera. It was verified and the limitations of it. Finally, it has to be tested the capability of the microcontroller for generating the signals required to the flight controller. It was connected between the receiver and the flight controller, cutting wires and welding again, and the making the quadcopter work. Conclusions All the experiments have been done successfully, however the project hasn’t been totally completed, the quadcopter isn’t capable to fly following the objects. Nevertheless a lot of knowledge about different engineering fields, how to manage a project and work in groups has been learnt.