Autonomous Sailboat

Abstract

WRSC (World Robotic Sailing Championship) es una competición de barcos de vela autónomos que tiene como objetivo estimular el desarrollo de la robótica marina autónoma. El objetivo a largo plazo de este proyecto es diseñar un barco de vela autónomo capaz de competir en el WRSC. Para ello, es necesario comenzar por un diseño capaz de navegar de forma autónoma y dirigido por un control remoto (con capacidad limitada).

Los objetivos son los siguientes: • Permitir al usuario cambiar entre navegar bajo radiocontrol y de forma autónoma. Cuando está en modo autónomo, el velero debería poder mantener el rumbo que tenía justo antes de activar este modo. • El velero debería de poder volver al punto donde se encendió si el usuario lo desea. • El velero debería de ser capaz de enviar los datos de los sensores y las posiciones de los servos al sistema de control en tierra.

Se diseñó una placa de circuito impreso para integrar el subsistema de control del velero. El control del timón se implementó mediante un control PI que tiene el ángulo de desviación como entrada (ángulo deseado – ángulo real) y el ángulo del timón como salida. El control de la vela se implementó mediante una máquina de estados finitos. La vela mantiene el ángulo óptimo en función de la dirección relativa al viento si el ángulo de escora no es demasiado grande. Si el ángulo de escora supera un límite, la vela comienza a abrirse hasta que el ángulo de escora vuelve a estar por debajo de ese límite.

WRSC (World Robotic Sailing Championship) is an autonomous sailboat competition that aims to stimulate the development of autonomous marine robotics. The long-term goal of this project is to design an autonomous sailboat capable of competing in the WRSC. To do this, it is necessary to start with a design capable of sailing autonomously and controlled by a remote controller (with limited capacity).

The main goals are the following: • Allow the user to switch between navigating under radio control and autonomously. When in autonomous mode, the sailboat should be able to maintain the heading it was on just before this mode was activated. • Return to base functionality. The sailboat should be able to return to the point where it was turned on. • The sailboat should be able to send sensor data and servo positions to the ground control system.

A printed circuit board (PCB) was designed to integrate the sailboat control subsystem. The rudder control was implemented using a PI controller that has deviation angle as input (target angle – actual angle) and rudder angle as output. The sail control was implemented using a finite state machine. The sail maintains the optimum angle depending on the relative wind direction if heeling angle is not too great. If heeling angle exceeds a limit, the sail is opened until heeling angle is below that limit again.