Non un semplice quadricottero radiocomandato ma

Non un semplice quadricottero radiocomandato ma un vero e
proprio UAV in grado di atterrare e decollare autonomamente ed
effettuare delle missioni. Telemetria bidirezionale con possibilità
di modificare le configurazioni anche in volo.
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Settembre 2011 ~ Elettronica In
DRONE ZONE
REALIZZIAMO UN
QUADRICOTTERO
CON CAPACITÀ
DI VOLO ASSISTITA
di MARCO MAGAGNIN
N
ei numeri precedenti vi abbiamo presentato due progetti di sistemi adatti
a controllare il volo di un modello di aereo.
In particolare il secondo progetto, Ardupilot Mega, basato sulla piattaforma Arduino Mega e corredato di una notevole serie
di accessori, si avvicina molto allo stato
dell’arte per sistemi di questo tipo non
professionali.
In questo numero vi proponiamo un ulteriore progetto basato sul sistema Ardupilot Mega (APM) destinato al controllo di
elicotteri e multicotteri, una particolare
configurazione di mezzi volanti ad ala rotante che somiglia ad un ragno, con un
corpo centrale ed un certo numero di bracci, alle estremità di ciascuno dei quali sono
montati uno o due motori con le relative
eliche.
Il vantaggio operativo della configurazione
multicottero sta nella capacità di operare
in spazi ristretti e nella possibilità di eseguire manovre impossibili per un aereo
come, per esempio:
• Decollo e atterraggio in verticale in
spazi ristretti,
• Holding ad altezza, posizione ed orientamento fissi,
• Possibilità di volo traslato in tutte le direzioni, mantenendo un orientamento
qualsiasi,
• Individuazione
e
mantenimento
dell’orientamento verso un POI (Point
Of Interest); è la funzione che permette di individuare, fissare, girare attorno
o inseguire uno specifico target.
La semplicità meccanica e costruttiva lo
fanno preferire ad un elicottero per taluni
impieghi come l’utilizzo in spazi ristretti o
all’interno di edifici od aree dove un malfunzionamento di un elicottero potrebbe
arrecare danni eccessivi.
I principali svantaggi della configurazione
multicottero stanno nella difficoltà di stabilizzazione, che richiede abilità di pilotaggio maggiori rispetto ad un elicottero, e la
incapacità “genetica” della architettura di
sopravvivere al malfunzionamento di uno
dei motori.
Il primo svantaggio viene generalmente
attenuato adottando sistemi di stabilizzazione e navigazione hardware/software
come il nostro Ardupilot Mega, che nella
configurazione per le ali rotanti prende il
nome di ArduCopterMega.
La seconda caratteristica negativa non ha
soluzione e restringe drasticamente l’uso
dei multicotteri a luoghi e missioni dove
non sia possibile procurare danni a cose o
persone in caso di malfunzionamenti.
Escluso totalmente l’utilizzo nelle vicinanze di persone, animali, veicoli, luoghi sensibili dal punto di vista della sicurezza, ecc.
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Elettronica In ~ Settembre 2011
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Quando operiamo con modelli volanti teniamo sempre presenti e rispettiamo tutte le norme che regolano il settore oltre che il buon senso
comune:
• Volare in luoghi adatti come i
campi volo per modelli,
• Dotarsi di una assicurazione Responsabilità Civile adatta alle attività di aeromodellismo
• Operare sempre con il modello in
vista,
• Il sistema di pilotaggio deve comprendere un set Trasmittente e
Ricevente RC omologati,
• Il sistema di controllo deve essere SEMPRE a priorità di comando del pilota, in qualunque
modalità un intervento sugli stick
deve sempre essere recepito dal
modello sovrapponendosi a qualsiasi altro input,
• Ricordiamoci che in aviazione la
prima responsabilità in caso di
incidente è sempre personale e
sempre del pilota.
sviluppate diverse configurazioni di
multicotteri, per risolvere i problemi
di stabilità, di carico utile, di possibilità di recupero in caso di guasto
ad un motore o semplicemente per
estetica.
Tutte hanno in comune la struttura a
“ragno” costituito da un corpo centrale dove trovano alloggio l’elettronica ed il carico utile, dal quale
si dipartono un numero variabile di
bracci, all’estremità di ciascuno dei
quali sono installati uno o due motori con le relative eliche.
Le diverse configurazioni prendono
il nome dal numero dei bracci e/o
dei motori, tricottero un modello con
tre bracci e tre motori, quadricottero un modello con quattro bracci e
quattro motori, esacottero con sei
bracci e sei motori oppure con tre
bracci e due motori per braccio.
Le configurazioni con più di quattro
bracci sono state sviluppate sia per
aumentare il carico utile trasportabile, sia con l’intento di risolvere il
problema del guasto ad un motore,
ARCHITETTURA MULTICOTTERO
ripartendo il carico in volo sui motoNel corso del tempo sono state ri rimasti, riconfigurati automatica-
Fig. 1
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Settembre 2011 ~ Elettronica In
mente in modo opportuno.
Noi ci siamo orientati su una configurazione tradizionale a quattro
bracci e quattro motori sulla quale installare il sistema di controllo
APM con il software ArducopterMega.
In un quadricottero sono possibili
due configurazioni, denominate a
“+” e a “X”.
Nella configurazione a “+” si considera uno dei bracci come “frontale”
e tutti gli orientamenti ed i controlli
sono riferiti a quest’ultimo.
Nella configurazione a “X” la posizione frontale è definita da due
bracci ciascuno a 45 gradi rispetto
alla direzione di movimento in avanti; questa configurazione è utile per
avere libero il “muso” del quadricottero nel caso si vogliano montare
frontalmente telecamere e macchine fotografiche.
Nella configurazione a “+” il motore
frontale ed il motore posteriore girano in senso orario e montano eliche
destrorse mentre i motori destro e
sinistro girano in senso antiorario e
montano eliche sinistrorse. Questo
per compensare le coppie generate
dal senso di rotazione dei motori e
semplificare il controllo della stabilità e della navigazione.
Combinando le velocità di rotazione
dei vari motori è possibile ottenere
tutte le capacità di manovra proprie
dei multicotteri e descritte all’inizio.
Le caratteristiche principali della
piattaforma APM con il software
ArduCopterMega (ACM) sono:
• Possibilità di gestire diverse
configurazioni di modelli ad ala
rotante, sia elicotteri che multicotteri,
• Capacità del software di determinare automaticamente la configurazione hardware e la tipologia dei componenti collegata; ad
esempio è in grado di riconoscere automaticamente quale tipo
di GPS è collegato e con quale
tipologia di firmware è configurato,
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