Diseño y construcción de drone autónomo para medición de radiación solar

Abstract

En este proyecto, se estudiará e implementará la autonomía a un dispositivo de manera que pueda realizar una tarea sin la necesidad de la supervisión humana. La tarea a realizar será la de recorrer una superficie de manera autónoma mientras que realiza mediciones de radiación también de una manera autónoma ya que se requieren ciertos requisitos para tomar las medidas de manera correcta en cada punto de interés. Para abordar dicho problema real, planteado por el laboratorio de automática, se procederá a realizar un estudio acerca de los vehículos aéreos no tripulados, para elaborar un diseño acorde con dicha aplicación y su posterior construcción. Dicho dispositivo o drone, deberá ser capaz de realizar vuelos a lo largo de la superficie en concreto, mediante una serie de rutas planificadas con anterioridad con la ayuda de sensores que le proporcionarán la información del medio necesaria para tomar las decisiones adecuadas para realizar dicho vuelo de manera autónoma. Dado que para tomar la medida correcta de la radiación solar que llega a cada zona el sensor debe de estar alineado con el sol, al drone se le instalará una plataforma con servos que mediante una cámara y una Raspberry instalada en el drone, para que realice un tratamiento de imágenes con el fin de poder alinear de manera autónoma en sensor en la posición correcta. De manera adicional, el drone tiene que permanecer en el punto de medida un tiempo ofreciendo la mayor estabilidad posible. En este primer proyecto no se realizarán medidas de radiación solares, pero se estudiará la estructura que alineará dicho sensor con el sol de manera autónoma. De esta manera, el prototipo descrito en este documento servirá de base para un futuro proyecto con un alcance mucho mayor enfocado a la misma aplicación. Ya que se realiza un estudio básico acerca de un drone autónomo básico y sus componentes para que se tenga en cuenta de cara al futuro drone y por otro lado se construye una estructura con el seguimiento de objetivo implementado de cara a que el sensor pueda funcionar correctamente una vez instalado en la plataforma. A continuación se expondrá todo el proceso de estudio, diseño, construcción y control de cada una de las partes que forman el sistema en completo. Así como los previos resultados experimentales que en los que se puede reflejar los objetivos alcanzados.

In this project, the autonomy of a device will be studied and implemented so that it can carry out a task without the need for human supervision. The task to be carried out will be to go over through a surface in an autonomous way while the device is taking radiation measurements also in an autonomous way since certain requirements are required to take the measurements correctly at each point of interest. To tackle this real problem, proposed by the automatic laboratory, a study will be carried out on unmanned aerial vehicles, to develop a design according to this application and its subsequent construction. The drone should be able to make entire flights along a defined surface, through a series of previously planned routes with the help of sensors that will provide the information of the necessary means to make the appropriate decisions to make the flight in an autonomous way. Due to take the correct measurement of the solar radiation that reaches each zone, the sensor must be aligned with the sun. In the drone will be installed a platform formed by servos and a camera and a Raspberry, all to perform an image processing in order to be able to align autonomously the sensor in the correct position. Additionally, the drone will have to remain at the measuring point for a while offering the greatest possible stability. In this first project solar radiation measurements will not be made, but the structure that will align the sensor with the sun in an autonomous way will be studied. In this way, the prototype described in this document will serve as the basis for a future project with a much greater scope focused on the same application. Since a basic study is made about a basic autonomous drone and its components to be taken into an account for the future drone and on the other hand a structure is built with the objective tracking implemented so that the sensor can work correctly once installed on the platform. Next, the entire process of study, design, construction and control of each of the parts that make up the entire system will be explained. As well as the previous experimental results that can be reflected in the objectives achieved.