WO2017068224A1 - Vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico dirigido por piloto automático para vuelos de precisión y/o persecución - Google Patents

Vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico dirigido por piloto automático para vuelos de precisión y/o persecución Download PDF

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WO2017068224A1
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zoosemiotic
unmanned aerial
laser
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Francisco Juan Morente Sanchez
Jordi FIGUEROLA BORRAS
Ramón CASIMIRO-SORIGUER ESCOFET
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    • B64U2201/20—Remote controls

Definitions

  • the object of the present invention falls within the field of flying devices for applications such as scare away animals.
  • the object of the present invention is a biomimetic and zoosemiotic aerial vehicle that incorporates sensors and means to detect and drive away animals, its main characteristic being that it is provided with an open source programmable autopilot and a reduced plate computer when appropriate , which multiply the computing capacity to operate complex artificial vision algorithms that, together with on-board sensors, modify the trajectory of the aircraft while executing sequences of movements and activates devices that increase the confusion in the plague.
  • This innovative design capable of responding to external stimuli and pursuing dynamic objectives, makes its own decisions and supervises the fulfillment of the mission, flying autonomously and constantly, analyzing, trusting and responding to its environment effectively and safely. It is also an object of the present invention to use this vehicle in applications such as the control of certain pests, as well as the inspection of protected areas.
  • the concentrations of wild animals may pose a risk to crops, livestock farms and to the health of humans and other animals of economic interest or for their conservation. Animals shy away from the situations they perceive as a risk to their life and being able to reproduce the stimuli they perceive as threatening constitutes an effective method to scare them away.
  • the invention seeks to stage the same acts that occur in nature to achieve predictable reactions in animals with biomimetic aerial vehicles that mimic their pure and descriptive zoosemiotics: visual, acoustic, tactile and chemical, through the study of zoology, robotics, Biomechanics, mechatronics and aeronautics to blend in with the environment, attract, or drive away animals.
  • Attracting and / or reassuring animals is interesting in zoological studies, for example, for the capture and taking of biological samples from individuals of threatened species and other applications such as livestock, a vehicle with the biomimetic appearance and zoosemotic behavior is able to attract individuals from the same or other species towards the capture or observation zones.
  • Each species, at each moment, may require different biomimetic unmanned aerial vehicles.
  • Unmanned aerial vehicles are an effective tool to scare away animals when they mimic the shapes and movements of their natural predator or to attract individuals of their own species and / or compatible with their habitats.
  • RPA Remote Piloted Aircraf ⁇ Systems
  • CN 101627752 patent document published on January 20, 2010 which shows an unmanned flying device that simulates an eagle to protect agricultural crops. It uses a controller to drive an engine of a small turbo-fan that drives the device that once in the air is controlled by a remote control.
  • Patent document JP 2003304795 published on October 28, 2003, which shows a device that simulates an eagle or hawk to repel bird pests using its visual and auditory acuity with sparkling eyes, mobile tail and speakers that emit raptor sounds.
  • Patent document US 2005224636 published on October 13, 2005, which shows a kite shaped like a bird of prey that, when reaching a certain height, turns over an area.
  • Utility model document CN 2626860 published on July 21, 2004, which shows the use of remote-controlled aeromodelling techniques to disperse birds in airports, reproducing sounds, ultrasound and lights. These documents mimic the external form of raptors to scare away other birds. Some try to imitate their sounds and flights by manually operating a device or using remote control techniques. But none try to simulate their zoosemiótica to attract other animals, mimic their habitat or increase fear, because the simple presence of the raptor through satellite coordinates is not enough. A falconiform, more specialized in open field, develops a circular flight at a certain height with extended wings.
  • the Spanish patent application P2012010169 refer to a radio-controlled model aircraft model of a bird of prey for electronic falconry and avian control, which is constituted from an aircraft model that reproduces as accurately as possible the natural figure of a bird of prey in full flight of recognition of its hunting territory.
  • the birds of prey to reproduce depending on the type of birds to fight, the Harris eagle, the hawk and the female hawk during breeding season to fight the sparrow, the goldfinch and in general small birds, the hawk for pigeons, doves, blackbirds , starlings, for rabbits, rats, moles, the eagle owl and the imperial or royal eagle.
  • the propellers are retractable to facilitate planing and save battery. It incorporates a high-definition camera that makes it possible for the pilot to see in real time what the aircraft "sees", which is achieved thanks to an FPV system installed in the front or ventral area of the model aircraft, being able to take advantage of the flight, in addition of seeing the evolution of the plague, for security purposes such as monitoring access to the farm or preventing theft, sabotage.
  • Patent application P201430615 describes a biomimetic and zoosemiotic aerial vehicle comprising a fuselage, which incorporates:
  • - servomotors for the driving mechanisms of the moving parts of the aerial vehicle, including depth rudders and steering rudders.
  • thermographic, vision and recording camera thermal and / or thermographic and infrared and also includes an open source configurable autopilot with control cards and relays connected to a ground control base, as well as inertial modules that incorporate:
  • the vehicle preferably mimics falconiform, accipitriform or strigiform.
  • the servomotors actuate the wing and tail mechanisms if the vehicle is fixed-wing or the cyclic plate if the vehicle is a single-rotor, twin-rotor, interlaced or coaxial helicopter, in multi-rotor tandem, aerostat or ornithopter.
  • the configurable autopilot is based on a board, which incorporates a 32-bit microcontroller and communication cards.
  • a satellite module of the Global Satellite Navigation System allows the vehicle to navigate through predefined waypoints.
  • the pressure measuring means included in the air vehicle are selected from pressure anemometers or Pitot tube.
  • the air vehicle includes at least one of the following devices:
  • an object of the present invention is a biomimetic and zoosemiotic aerial vehicle, with morphic wings or not, directed by an autopilot, which can be of the type: aerostat, fixed wing, rotary wing (in any of its varieties: helicopter, coaxial, multi-rotor and autogyro), vertical take-off and landing or VTOL (Vertical Take-Off and Landing), ornithoptero and false ornitoptero and comprising:
  • IMU Inertial Measurement Unit
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • - Communications module that includes analog video transmitter and receiver, circular polarization antenna and wireless connection modules.
  • the satellite positioning system is of the "Real Time Kinematic" type.
  • Morphic wings tail and tail feathers, primary and patagian feathers that can be activated by means of servomotors or relays.
  • Optical fiber is applied to highlight colors and anatomical areas.
  • the air vehicle additionally includes:
  • the feedback systems are selected from solar panels, Julios thief, Bedini or magnet motor.
  • the distance sensors are selected from ultrasonic, infrared and laser or combinations thereof.
  • the laser pulsed light distance measurement module is Lidar-Lite (Light Detection and Ranging).
  • the optical sensors can be: monocular and / or steroscopic vision, FPV (First Person View), thermal or infrared, ultraviolet, video and photography.
  • the laser cannon consists of two vibrated mirrors to get many points.
  • the vehicle has a retractable system for primary and patagian feathers, lateral or tail rectrict feathers, consisting of a tubing tensioning cable, connected to both wings, which runs along the leading edge and connects to a servomotor that overcomes the tension spring of the primary feathers and the extensor spring of the patagio, as well as that of the rectal feathers.
  • It is also an object of the present invention its use to drive away animals. For this, models of the order Falconiformes, Accipitriformes or Strigiformes and the family, genus and species they most fear are chosen. They are also effective, in some cases, mimic RPAS (Remote Pilote Aircraf ⁇ Systems) of any animal, even if it is not flying.
  • This invention has advantages over the commercial devices available: displacement and simulation of real and typical attacks of each species, even modifying its anatomy, and combining the reading of satellite signals with those of the microprocessor and sensors.
  • the air vehicle can be operated with satellite chase and navigation capability or with autonomous chase and navigation capability.
  • FIG. 1 Aerial vehicle configurations
  • FIG. 1 Aerial vehicle of the fake ornithopter type
  • Figure 3 Representation of the morphic wings of the aerial vehicle
  • Figure 5 Soap bubble gun
  • Figure 6 Pyrotechnic launcher a) serious; b) for rockets
  • Figures 7 Configuration of propeller blades with small notches and interdental valleys to facilitate air penetration.
  • the execution orders of the autopilot will be expressed in italics and in English, such as: manual_control_setpoint, altitude_estiamtor_ekf or others.
  • the system is developed in an open source software with access to the source code, where the programs are created and make modifications for the interactive devices that allow the reading and control of any sensor, switch or physical actuator with a modular architecture divided in two parts: the operating system with the application of the autopilot and the control of sensors with superimposed loops for feedback.
  • the autopilot incorporates: advanced 32-bit ARM Cortex M4® microprocessor of the STM32F427, 168 KB of RAM at 256 MHz, 2 Mb of flash memory, ST Microelectronics® sensor technology, a system NuttX real-time operation.
  • IMU Inertial Measurement Unif
  • inertial modules that incorporate: digital compass, gyroscopes, magnetometers, accelerometers, digital compass and telemetry, These processing units with multithreading capability with hardware support, a Unix / programming environment Linux and new functions such as flight programming and missions in a L ⁇ a scripting language, with a custom PX4 driver layer that facilitates the integration of any physical actuator through a UART serial port and device controller (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), I2C (Inter-lntegrated Circuit) and CAN (Controller Area Network), 14 PWM outputs to servos (6 high power auxiliaries that are configured in BRD_PWM_COUNT), digital speed sensor, external magnetometer (ST Micro LSM303D 3-axis 14-bit), a gyroscope (ST L3GD20 3-axis 16-bit) and a three-axis accelerometer / gyro integrated in the same silicon (Invensense MPU 6000) with
  • the optical flow sensor (PX4-FLOW, for which a driver and source file is created), together with the inertial sensors, the combination of gyroscope measurements, the visual information of the cameras and, assisted by the other sensors if necessary, they can also fulfill the mission.
  • OSD On Screen Display
  • CGS Control Ground Station
  • GPS-RTK Real Time Kinematic
  • TCP Transmission-Control-Protocol
  • IP protocol Internet Protocol
  • UDP User Datagram Protocol
  • DHCPv6 Dynamic Hosting Configuration Protocol of the IP for IPv6
  • DHCP Relay Agent DHCP Relay Agent
  • the firmware allows to activate or disable installed hardware components such as sonar.
  • the communication between the flight controller and the SBC is done through the MavLink (Micro Air Vehicle Link) protocol that orders the first one while in turn it can be controlled from the CGS and its movements can be programmed and viewed in Mapping environments like Google Earth.
  • MavLink Micro Air Vehicle Link
  • a retractable tail system and morphic wings for both the primary and patagian feathers and for the rectal feathers and tail consisting of a tensioned cable connected and tubed that connect them through the leading edge and the fuselage respectively, to a servomotor with sufficient power to overcome the tension spring of the primary feathers, the extensor spring of the patagio and that of the lateral rectrice feathers that are embedded in the central.
  • DO_SET_SERVO For the model to move the head, its servos are connected to DO_SET_SERVO (except if it is fixed-wing and the propulsion system is incorporated at the peak, in which case this order acts on the aileron servos and / or other device).
  • the hot head the cameras, cannon and / or the laser spirograph, in which case it is connected to DO_SET_RELA Y and in DO_REPEAT_SERVO the servo number and the activation time are set, in DO_CONTROL_VIDEO the cannon and / or laser spirograph and / or sound are activated.
  • the fiber optic, fumigator, ejector / sprinkler, water gun and soap bubbles are activated by SPRAY_ENABLE.
  • the DO_DIGICAM_CONTROL command that can be used to activate only once each time it is claimed, brakes and / or cancels an engine to simulate a chasing acrobatics while coordinating to retract the primary and / or patagian feathers (in Fixed-wing ships are configured to accelerate, cut a spoiler's servo and activate devices). So that the water gun, rocket launcher, cannon and / or laser spirograph, point to a specific place until the next waypoint, DO_SET_ROI and DO_MOUNT_CONTROL are used. The combinations are multiple.
  • the board interrupts (which are disabled with the detachlnterrupf command) are used. They cause a continuous reset when the counter reaches zero and is used to regulate the time of an event, such as: to avoid obstacles without having to stop the system to continuously measure the distances or when executing a long code and the interruption appears.
  • the program will return to the associated code and continue on the part it was executing when the interruption appeared (even if you lose the execution time of the delay or millis functions, although you can always use the Microseconds delay function).
  • a logical variable is also introduced in certain devices so that sometimes it opens and sometimes closes them.
  • the data is memorized in a byte that relegates its bits to place it as the heaviest and, through USART (Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter), a communication is established (synchronous or asynchronous) that is stored in the EEPROM.h when you mount PC.
  • USART Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter
  • a communication is established (synchronous or asynchronous) that is stored in the EEPROM.h when you mount PC.
  • a variable with value 0 is created and saved in another auxiliary with an OR order. Its bits, set to the left and stored in the desired position are cleaned with another logical OR action.
  • connection pin is chosen and connected to the sensor in parallel with the base of a BJT transistor (bipolar junction ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ whose common emitter is protected with a resistor, so that it acts as a feeder, controller and switch electric servos and motors when values greater than those provided by the system are needed.
  • BJT transistor bipolar junction ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ whose common emitter is protected with a resistor, so that it acts as a feeder, controller and switch electric servos and motors when values greater than those provided by the system are needed.
  • This configuration can also be used to alter measurements and communicate erroneous sensor data to cause abrupt rectifications of the pilot when considering that the ship is in danger.
  • an I / O expansion board (PiFace Digital) can be integrated that will be connected to the GPIO Socket (General Purpose Input / Output) of the RPi board to know the state of the switch or sensor, writing its own sentence to make the appropriate decision.
  • GPIO Socket General Purpose Input / Output
  • the water gun based on the Pascal principle, consists of an understanding chamber with a trigger that presses a servo.
  • - soap bubble gun (fig. 5), it consists of a servomotor that moves a lever to make the first pomp and activates the engine with a fan that generates a regulated air flow and constant bubbles, when it passes through in front of a grooved ring that stays wet with the liquid thanks to a small pump connected to the other end of the engine, which removes it from the tank and is insulated and sealed when the fuselage is threaded.
  • a 12-volt electric igniter based on the Joule Effect has been designed with a resistance that, slowly pushed by a servo, touches some metallic connections that start the wick. When it is removed, it releases the exit hatch causing the fall. It closes abruptly when the igniter overcomes an end of career tab. Meanwhile, the next firecracker falls and is placed in the bedroom.
  • a drum has been designed that rotates through a gear connected to a servomotor on each swing of the igniter
  • Phyton sino apt-get install python-serial
  • Phyton is executed with the PySerial library and iOS becomes the sensory part responding with serial, writeln to the state of the sensor, while the RPi distributes the addresses.
  • I / O serial port expansion hub module the number of downstream communication interfaces accessible from a host is expanded, since it has a double USB port with UART / 245FIFO / SPI interface converter / I2C / JTAG / GPIO, allowing the connection and expansion of devices in digitized and grouped zoosemotic packages in the library created for this purpose.
  • an chicken Uno board with an eight output relay card (model 1280-2560 ARM PIC) has been implemented and configured.
  • the interruptions of the plate are used so that the program returns to the associated code and continues on the part that was executing when the interruption appeared ( even if you lose the execution time of the delay or millis functions, although you can always use the Microseconds delay function). It prevents the code from returning a value using void (setup or loop) and instructs the compiler not to save the value of the variable, implementing a volatile variable that forces it to be updated in memory.
  • connection pin is chosen and connected to the sensor in parallel with the base of a BJT transistor (bipolar junction ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ whose common emitter is protected with a resistor to act as a feeder, controller and electrical switch of servos and motors when larger loads are needed.
  • This configuration can also be used to alter measurements and report erroneous data of the sensors to cause abrupt rectifications of the Pixhawk when considering that the ship is in danger.
  • one or more synchronous circuits 74HC595 may be used.
  • any physical actuator is connected to one of the sentences at the output of an asynchronous device (such as PC), while an action is executed successively at each clock jump. Soundproofing of the propulsion
  • the blades of the propellers When it is necessary to reduce the hum of the motors (Fig. 7a, b, c and d), especially in rotary wing RPAs, the blades of the propellers have toothed with small notches and interdental valleys to facilitate penetration into the air and has made of expanded polyolefin (EPO) in the intrados, a series of concentric circles so that the motors are only visible from their verticality.
  • EPO expanded polyolefin
  • the coordinates arrive at the commander that in turn communicates them to home_position that assumes them as coordinates of its mission. Then, design the route with navigator and it informs position_setpoint_triplet while the position controller studies the acceleration necessary to maintain the altitude, yaw and pitch so that it is directed to the sensor by position_setpoint_triplet. Personado the RPA and, after an established waiting time, with activation or not of devices of repulsion (or attraction), lands (mc_pos_control) and / or continues its mission.
  • This request is made remotely by the bi-directional wireless interface (X £> ee Pro 900 HP and XCTU software), which has a dual transceiver, SMA integral antenna and an intelligent adapter connected to the RPi USB port, achieving a reduction in power consumption when the wireless function is idle or idle (Sllep Mode).
  • the information is sent in Unicast and not in Broadcast, to obtain an acknowledgment of the ACK confirmation signal (Acknowledgemenf). In any case, it is sent twice with a delay of time to ensure its reception.
  • This sensor is also used as an outpost of observation, alarm and / or as a reinforcing element of the attraction or fear in the presence of its predator and is strategically located in the area to remain long periods of weathering.
  • it has magnets for quick fastening on metal structures. It has been manufactured in fiberglass, resin and polyurethane to maintain its thermal insulation and resist moisture.
  • a portable charging base connected to the mains and / or feedback systems (solar panels, Stirling engine, Bedini and thief of Julios), microphones, laser cannon, laser spirograph, water gun and / or soap bubbles, and sensors: laser, thermal or infrared and / or ultrasonic, radioactive, temperature and humidity, chemical, smoke and MQX and optical gases (cameras: vision, thermal, ultraviolet, video and photography).
  • RFID cards Radio Frequency I ntifi cation
  • the parameters are stored in the RAM, micro SD or hard disk or EEPROM of the RPi that triggers the relevant relays when a threat is approaching or the RPA enters the range of its sensors and / or the transmitter is coupled With your RFID card.
  • an NPN transistor is installed in an open collector to provide more current than electrician offers.
  • the head attached to a tension spring, is fixed to a rod that in turn is embedded in a rigid tube of greater diameter to the rest of the fuselage, which in turn it is introduced in a semi-flexible plastic that simulates the cervical vertebrae.
  • the gears which have a projection or crest on one side, push a plunger that lengthens the head, tension the steel cable that maintains the curve of the vertebrae and gently releases pressure when the wings begin to go up, shrugging your neck again but keeping your head straight. Meanwhile, on the other side of the gears, the projections or ridges push a rod that slightly lower the tail and legs.
  • the firmware (Mission Planner) is introduced into the autopilot controller card
  • the compass and electronic speed controllers (Electronic Speed Controllers, ESC or CES) are calibrated to rotate the motors at the speed requested by the Pixhawk, set the minimum and maximum PWM (pulse-width modulation) values sent by the flight controller.
  • PWM pulse-width modulation
  • MOT_SPIN_ARMED modified to do the pirouettes
  • the pilot allows combining IMU and GPS data with other speed sensors to calculate a reliable position using an Kalman EFK (Extended Kalman Filter) filter that studies sensor errors, integrates the angular data of the IMU to calculate its position and the accelerations to calculate the speed. This design works in Mission mode and allows the execution of zoosemotic packages:
  • Control orders are received, either by a link in the PX4IO module, or by a MavLink link because it uses customizable libraries in on-board systems and ground devices through bi-directional communication with low computational cost.
  • manual_control_setpoint approves the orientation data, which does not pass directly to the engines until the current orientation is studied, to avoid sudden changes that may cause unstable flights.
  • attitude_estimator_ekf intervenes that edits the current roll (warp), pitch (nod) and yaw (yaw) data in vehicle_attitude to be used by mc_att_control that, to calculate its orientation, claims the sensor data and attitude_estimator_ekf subscribes to sensor_combined and it is here that sensors appears with its range of calculatedly modified measures (to interpret that it is at risk) or not, of the sensors connected to the pilot.
  • the camera control interface for 3DR CCB aerial photography (The 3DR Camera Control Board) and its PTP protocol (Picture Transfer Protocol) are used, channels and their states are prepared in MavLink, whose codes (cam_ctrl_state.shot ) is set to 1 to shoot it at 0 and the shots at the crossing points with the digitized zoosemotic events (MAVILINK_MSG_ID_DIGICAM_CONTROL), taking advantage of sentences such as: cam_ctrl_state.Session, cam_ctrl_state.zoom_pos, cam_ctrl_state.focus_lock, and, cam.shot_lock, and, cam.shot_lock, and, cam.shot_lock, and, cam.shot_lock, and, cam.shot_lock, and, cam.shot_lock, and, cam.shot_lock, and, cam.shot_lock, and, cam.shot_lock, and, cam.shot_lock, and, cam.shot_lock, and, cam.shot_
  • this design can be mounted on any type of model aircraft (see Fig. 1a, b, c and d), for example, hawk.
  • the GPS-RTK which has a high refresh rate, has been configured to deliver a sentence at a certain speed, while the two communication channels between the SBC and pilot separate the information (one for the GPS tracker and other GPS port location entries for the exchange of telemetry data and mission planning that goes to the USB port).
  • two communication cables are used; one for the GPS that communicates with the NMEA protocol and the other for the telemetry that communicates with the MavLink protocol (which is not compiled in the RPA but that mavlink / include is added in the list of includes, which usually occurs in its Makefile)
  • the MavLink protocol which is not compiled in the RPA but that mavlink / include is added in the list of includes, which usually occurs in its Makefile
  • the sensors are responsible for the change of yaw towards the nearest crossing points when the data is entered in the GPS-RTK, avoiding: on the one hand an erratic navigation when knowing its position and direction, and on the other, the activation Random and indiscriminate preventive of the zoosemotic algorithmic packages of previous designs such as laser, whose consumption can exceed 2 amps.
  • the sensors and the algorithms of the optical sensor are those that alert of the threat and those responsible for successfully fulfilling the doctrine when approaching the cell with greater mass gradient, informing of its position in a readable way to the firmware of the pilot that It then becomes a peripheral device, while the MavLink protocol extracts information about telemetry, and the SBC mission planner.
  • the MavProxy application After obtaining the necessary packages in sudo apt-get install python-pip and sudo apt-get install python-opencv python-wxgtk, the MavProxy application makes calls to the select.py folder and starts its execution with mavproxy.py (which once it controls its development from the CGS), which is automatically activated when the SBC starts, because a screen has been created in the re file. local and a script (mavlnlt.scr) on the flight controller to avoid reconfiguration on each mission.
  • the NMEA protocol takes advantage of the system coordinates, altitude data and, with the rest of the sensors, creates ASCII readable text sentences (37 bytes) that feed the GPS at a constant rate and whenever there is a threat detected by those, providing a waypoint with a binary status byte.
  • This signal is used that retrieves the information of the closest three-dimensional coordinates by using the MAV_CMD_DO_SET_HOME command, and initiates a chase when heading to one of the closest waypoints to the target, while the continuous injection of the NMEA protocol blocks the signal from the next waypoint.
  • the adaptation of these coordinates to those of the NMEA causes a displacement to a crossing point that the pilot considers within the mission.
  • the mission is unlocked by sending the following waypoints so that, the more they are designed, the more accurate the doctrine will be. If the sensors continue to detect the threat, the process will be repeated with the activation of the zoosemotic packages and / or will continue on the next and next waypoint where it is located so as not to return because it prioritizes the parameters of longitude first and latitude later .
  • the system memorizes on its microSD (Secure Digital) card, RAM or on the hard disk or EEPROM, the coordinates where the greatest number of sensor shots is detected. This information will allow us to better understand the threat and optimize future missions.
  • microSD Secure Digital
  • an anti-collision system based on the algorithm developed by Chee (for ultrasonic sensors) and Zhong (for infrared sensors), so that the RPA will have four infrared (one on each side), whose measurements will be continuously crossed and sent to the Pixhawk. If an obstacle is detected on one side at a defined safety distance, it is compared with the measurement of the other side.
  • This voltage difference is analyzed by the SBC (Raspberry Pi 2 brand), which send an order via MavLink to the Pixhawk to get away from the obstacle or maintain the position for a certain time when the front sensor detects an obstacle, then continuing with the mission. It incorporates a module of measurement of distance of pulsed light laser Lidar-Lite (Light Detection and Ranging) to maintain a more precise height when it enters inside the tunnels since in these crops both the plantation in the soil and in pot are combined.
  • the animal behavior drivers, the activation of their devices (/ src / drivers / zoo) are created and entered into the source file (zoo.cpp).
  • To prevent the SBC from interpreting the information received by the controller as login information access to the system is disabled through the serial port, sudo nano / etc / inittab and the autopilot safety located in the PX4IO firmware are modified to avoid Your manual assembly.
  • the yaw angle In a multi-rotor, the yaw angle must be taken into account so as not to break the design or the avian flight. Therefore, its configuration is done in Point to Next Waypoint mode (MIS_YAWMODE 1) so that it always points the bird's head towards the next waypoint (nose!) And does not adopt incorrect flight postures.
  • MIS_YAWMODE 1 Point to Next Waypoint mode
  • the sound and the laser spirograph have been connected to the camera sentences using the CAM_TRIGG_DIST function (which is the distance in meters between shots and DO_SET_CAM_TRIGG_DIST that allows to enable it in flight) and the CAM_TRIG_TYPE command of the camera shutter (whose time is regulated in CAM_DURATION) that allows the use of relay output or PWM (which sets the value of the servo in CAM_SERVO_ON and CAM_SERVO_OFF) depending on the connected device consumption.
  • a retractable safety system for the connections has been created for the charging station, whose servomotor is activated by the landing gear judgment (LGR_ SERVO_RTRACT and L GR_ SER VO_DEPLO Y).

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Abstract

Constituye el objeto de la presente invención un vehículo aéreo biomimético y zoosemiótico que incorpora sensores y medios para detectar y ahuyentar animales, siendo su principal característica el que está dotado de un piloto automático programable en código abierto y un ordenador de placa reducida cuando convenga, que multiplican la capacidad de computación para operar algoritmos complejos de visión artificial que,junto a los sensores de a bordo, modifican la trayectoria de la aeronave mientras ejecuta secuencias de movimientos y activa dispositivos que aumentan el desconcierto en la plaga. Este innovador diseño, capaz de responder a estímulos externos y perseguir objetivos dinámicos, puede volar de forma autónoma y constante, analizando, confiando y respondiendo a su entorno con eficacia y seguridad. Constituye igualmente un objeto de la presente invención el uso de este vehículo en aplicaciones como el control de determinadas plagas, así como la inspección de zonas protegidas.

Description

VEHÍCULO AÉREO NO TRIPULADO BIOMIM ÉTICO Y ZOOSEMIÓTICO DIRIGIDO POR PILOTO AUTOMÁTICO PARA VUELOS DE PRECISIÓN Y/O PERSECUCIÓN
DESCRIPCIÓN
SECTOR Y OBJETO DE LA INVENCION
La presente invención se encuadra en el sector de los dispositivos voladores para aplicaciones tales como ahuyentar animales. Específicamente, constituye el objeto de la presente invención un vehículo aéreo biomimético y zoosemiótico que incorpora sensores y medios para detectar y ahuyentar animales, siendo su principal característica el que está dotado de un piloto automático programable en código abierto y un ordenador de placa reducida cuando convenga, que multiplican la capacidad de computación para operar algoritmos complejos de visión artificial que, junto a los sensores de a bordo, modifican la trayectoria de la aeronave mientras ejecuta secuencias de movimientos y activa dispositivos que aumentan el desconcierto en la plaga. Este innovador diseño, capaz de responder a estímulos externos y perseguir objetivos dinámicos, toma sus propias decisiones y fiscaliza el cumplimiento de la misión, volando de forma autónoma y constante, analizando, confiando y respondiendo a su entorno con eficacia y seguridad. Constituye igualmente un objeto de la presente invención el uso de este vehículo en aplicaciones como el control de determinadas plagas, así como la inspección de zonas protegidas. ESTADO DE LA TECNICA
Las concentraciones de animales salvajes pueden representar un riesgo para los cultivos, explotaciones ganaderas y para la salud de los humanos y otros animales de interés económico o para su conservación. Los animales rehúyen las situaciones que perciben como un riesgo para su vida y poder reproducir los estímulos que perciben como amenazante constituye un método efectivo para ahuyentarlos. La invención trata de escenificar los mismos actos que se dan en la naturaleza para conseguir reacciones previsibles en los animales con vehículos aéreos biomiméticos que imiten su zoosemiótica pura y descriptiva: visual, acústica, táctil y química, mediante el estudio de la zoología, robótica, biomecánica, mecatrónica y aeronáutica para mimetizarse con el entorno, atraer, o ahuyentar animales. Con la mimetización se consigue no invadir los hábitats naturales y realizar estudios veraces sobre el comportamiento animal y persecuciones discretas con importantes aplicaciones de investigación. Atraer y/o tranquilizar animales resulta interesante en estudios zoológicos, por ejemplo, para la captura y toma de muestras biológicas de individuos de especies amenazadas y otras aplicaciones como la ganadería, un vehículo con la apariencia biomimética y comportamiento zoosemiótico es capaz de atraer individuos de la misma u otras especies hacia las zonas de captura u observación. Cada especie, en cada momento, puede requerir vehículos aéreos no tripulados biomiméticos distintos. Los pilotos automáticos comerciales disponibles no tienen capacidad de hacer movimientos zoosemióticos ya que están pensados para realizar una navegación sencilla hacia una serie de puntos de paso satelitales que previamente se han programado desde una estación de control por un operador del sistema y no está previsto que desde un ordenador, gobernado por los sensores del propio vehículo, pueda realizarse un control autónomo del vuelo ni imitar movimientos biomecánicos propios de animales voladores y colaborar con otras utilidades que simplifican, abaratan trabajos relacionados y costes de producción en procesos de: estudio, control, investigación, seguridad, medio ambiente, zoología, agricultura, apicultura, ganadería y pesca. Los vehículos aéreos no tripulados (Remotely Piloteó Aircrafí Systems, RPA) son una herramienta eficaz para ahuyentar animales cuando imitan las formas y movimientos de su depredador natural o para atraer a individuos de su propia especie y/o compatibles con sus hábitats. Como antecedentes de la invención cabe destacar los siguientes:
1) documento de patente CN 101627752, publicado el 20 de enero de 2010 el cual muestra un dispositivo volador no tripulado que simula a un águila para proteger los cultivos agrícolas. Utiliza un controlador para accionar un motor de un pequeño turbo- ventilador que impulsa el dispositivo que una vez en el aire, es controlado por un mando a distancia.
2) Documento de patente JP 2003304795, publicado el 28 de octubre de 2003, el cual muestra un dispositivo que simula un águila o halcón para repeler plagas de aves empleando su agudeza visual y auditiva con ojos chispeantes, cola móvil y unos altavoces que emiten sonidos de rapaces.
3) Modelo de utilidad CN 201563537, publicado el 1 de septiembre de 2010, que describe un tipo de águila que flota en el cielo con medios parlantes.
4) Documento de patente US 2005224636, publicado el 13 de octubre de 2005, el cual muestra una cometa con forma de ave rapaz que, al llegar a una determinada altura da vueltas sobre un área.
5) Documento de modelo de utilidad CN 2626860, publicado el 21 de julio de 2004, que muestra el empleo de técnicas de aeromodelismo por control remoto para dispersar los pájaros en los aeropuertos, reproduciendo sonidos, ultrasonidos y luces. Estos documentos imitan la forma externa de las aves rapaces para ahuyentar a otras aves. Algunos intentan imitar sus sonidos y sus vuelos accionando manualmente un dispositivo o con técnicas de control a distancia. Pero ninguno intenta simular su zoosemiótica para atraer a otros animales, mimetizarse con su hábitat o aumentar el miedo, pues no basta la simple presencia de la rapaz pasando por unas coordenadas satelitales. Un falconiforme, más especializado en campo abierto, desarrolla un vuelo circular a determinada altura con las alas extendidas. Si imita un accipitriforme, más oportunista y especializado en zonas boscosas, su ataque se situará por detrás o por debajo de la presa. Los movimientos ayudan a identificar con claridad y precisión la amenaza que representa la especie reproducida por el vehículo aéreo o a un compañero de su especie.
Más recientemente, se han desarrollado nuevos drones:
6) La solicitud de patente española P2012010169 hacer referencia a un aeromodelo radio-controlado reproductor de la figura de un ave rapaz para cetrería electrónica y control aviar, el cual se constituye a partir de una maqueta de aeromodelismo que reproduce con la mayor exactitud posible la figura natural de un ave rapaz en pleno vuelo de reconocimiento de su territorio de caza. Entre las rapaces a reproducir figuran, según el tipo de aves a combatir, el águila Harris, el azor y el gavilán hembra en época de reproducción para combatir el gorrión, el jilguero y en general aves pequeñas, el halcón para palomas, tórtolas, mirlos, estorninos, para los conejos, ratas, topos, el búho real y el águila imperial o real. Un motor eléctrico de muy bajo nivel acústico y alta eficiencia, silencioso, controlado por radio frecuencia manualmente por un piloto, mediante piloto automático o por una combinación de ambos despega, se dirige a los puntos de paso establecidos para ejecutar la misión y aterriza. Las hélices son retráctiles para facilitar el planeo y ahorrar batería. Incorpora una cámara de alta definición que hace posible que el piloto pueda ver en tiempo real lo que la aeronave "ve", lo cual se consigue gracias a un sistema FPV instalado en la zona frontal o ventral del aeromodelo, pudiendo aprovechar el vuelo, además de ver la evolución de la plaga, para fines de seguridad tales como vigilar los accesos a la finca o prevenir robos, sabotajes. Puede incorporar un mecanismo sonoro que se activará o no, con sonidos de dolor, miedo y pánico propios de las crías y pollos de la especie a combatir. El piloto automático se utiliza en vuelo nocturno o diurno. A través de cámara de alta definición o de visión artificial se puede perseguir e incluso atacar algún espécimen con objeto de aumentar el miedo de la plaga aviar. La incorporación de sensores de gases tóxicos, radioactivos, cámara fotográfica, infrarroja, térmica o radar amplía sus aplicaciones a confección de mapas geológicos, trabajos medioambientales, agrícolas, forestales, zoológicos, localización de animales.
7) La solicitud de patente P201430615 describe un vehículo aéreo biomimético y zoosemiótico que comprende un fuselaje, el cual incorpora:
- al menos un motor eléctrico alimentado por baterías recargables y sistemas de retroalimentación
- hélice y un rotor acoplado al eje de salida del motor eléctrico
- servomotores para los mecanismos de accionamiento de las partes móviles del vehículo aéreo, incluyendo timones de profundidad y timón de dirección.
- sistemas de disparo accionados por servomotores
- micrófonos y medios parlantes
- cámara fotográfica, de visión y grabación, térmica y/o termográfica e infrarroja y además comprende un piloto automático configurable en código abierto con tarjetas de control y relés conectado a una base de control en tierra, así como módulos inerciales que incorporan:
- brújula digital
- giroscopios
- magnetómetros
- unidades de medición inercial - barómetro
- telemetría
- compás digital
así como sonar y medios para la medida de la presión.
El vehículo mimetiza preferentemente falconiformes, accipitriformes o estrigiformes. En sucesivos modos de realización preferente de la invención,
los servomotores accionan los mecanismos de alas y cola si el vehículo es de ala fija o el plato cíclico si el vehículo es un helicóptero del tipo monorrotor, birrotor, entrelazado o coaxial, en tándem multirrotor, aeróstato u ornitóptero.
El piloto automático configurable está basado en una placa, la cual incorpora un microcontrolador de 32 bits y tarjetas de comunicación. Un módulo satelital del Sistema de Navegación Global por Satélite permite al vehículo navegar por puntos de paso predefinidos.
Los medios de medida de la presión incluidos en el vehículo aéreo se seleccionan entre anemómetros de presión o tubo Pitot. Opcionalmente, el vehículo aéreo incluye al menos uno de los siguientes dispositivos:
- placas solares
- radiobaliza
- cámara de control estabilizada
- sistema de comunicación por radiofrecuencia
- control de obturador
- control mediante "joystick"
- enlace de vídeo programable en pantalla en vivo
- cono del motor con espejos cuando se utiliza para ahuyentar
- dispositivo de ondas ultrasónicas y/o láser
- sensores volumétricos y de calor
así como medios para la iluminación de los contornos, formas y tinturas que favorezcan la mimetización, la repulsión o la atracción.
El manejo de estos vehículos requiere de personal especializado o de pilotos automáticos que realicen vuelos continuos y repetitivos. Están pensados para realizar vuelos seguros y estabilizados en unos puntos de paso satelitales y, para activar el miedo se requiere poner la aeronave al límite de su seguridad, escenificando ataques similares al de su depredador.
Resulta imprescindible superar estos mecanismos de seguridad e introducir modificaciones tecnológicas con funciones para las que no han sido diseñados.
Asimismo, deben tenerse en cuenta otras consideraciones tales como no superar la masa máxima al despegue de la legislación actual más restrictiva (2 Kg.) para facilitar la universalización de la tecnología y ajustaría, tanto a la legislación de los países europeos que han regulado esta actividad (como España en su Real Decreto-ley 8/2014, de 4 de julio sobre aeronaves civiles pilotadas por control remoto), como al dictamen de drones publicado el 24 de Junio del 2015 por el Grupo de Trabajo Artículo 29 (GT29) que se presenta como una hoja de ruta para los legisladores europeos e incluso, a la norma aprobada el 2 de Abril del 2015 en Chile (primera edición de la norma DAN 151), que es pionera en regular el uso de RPAS en Latinoamérica.
EXPLICACION DE LA INVENCION
En un primer aspecto, constituye un objeto de la presente invención un vehículo aéreo biomimético y zoosemiótico, con alas mórficas o no, dirigido por piloto automático, que pueden ser del tipo: aeróstato, de ala fija, de ala rotatoria (en cualquiera de sus variedades: helicóptero, coaxial, multirrotor y autogiro), de despegue y aterrizaje vertical o VTOL (Vertical Take-Off and Landing), ornitoptero y falso ornitoptero y que comprende:
- Fuselaje con estructura anatómica típica animal.
- Motor/es eléctricos de propulsión.
- Sistemas de vuelo para aeróstato, ala fija, ala rotatoria y VTOL
- Sistemas de vuelo para ornitoptero y falso ornitoptero.
- Sistema de alimentación que se selecciona entre baterías recargables, pila de combustible o ambas simultáneamente.
- Fuente de alimentación redundante por si falla la fuente original y la secundaria.
- Sistemas de retroal i mentación, preferentemente placas solares, ladrón de Julios, motor Bedini y/o de imanes.
- Base de carga portátil, mimetizada o no.
- Sistema retráctil de conexión para estación de carga portátil. - Unidad de Medición Inercial (IMU, Inertial Measurement Unif), compuesta por módulos inerciales que incluyen: brújula digital, giroscopios, magnetómetros, acelerómetros, compás digital y telemetría.
- Sistema de posicionamiento global por satélite configurable (GNSS, Global Navigation Satellite System).
- Tarjetas de control, servomotores y relés, para mecanismos de disparo y accionamiento de partes móviles
- Anemómetro digital.
- Barómetro.
- Sensor de presión diferencial.
- Sensores de distancia
- Sensor de humedad y temperatura relativa.
- Sensor de radioactividad, químicos, humo y gases MQX.
- Sensores ópticos
- Micrófono, amplificador y altavoces
- Sonar (Sound Navigation And Ranging).
- Módulo de comunicaciones que incluye transmisor y receptor de video analógico, antena de polarización circular y módulos de conexión inalámbrica.
- Ordenador de placa reducida o placa única SBC (Single Board Computer).
- Placa Arduino.
- Placa de expansión l/O (PiFace Digital).
- Sistema de iluminación estroboscópica por leds (chip-on-board)
- Tarjeta RFID [Radio Frequency Identification) activa o pasiva.
- Radiobaliza.
- Dispositivos láser.
- Bomba de presión.
- Depósito de expulsión y/o espolvoreador/removedor.
- Fumigador químico.
- Sistema retráctil de conexión para estación de carga portátil.
Las características que diferencian el objeto de la presente invención de los dispositivos del estado de la técnica son:
- El sistema de posicionamiento satelital es del tipo "Real Time Kinematic". - Alas mórficas: plumas rectrices y cola, plumas primarias y patagio accionables mediante servomotores o relés.
- Los dispositivos láser son cañones y espirógrafos
- Se aplica fibra óptica para resaltar colores y zonas anatómicas.
El vehículo aéreo adicionalmente incluye:
- pistola de agua
- pistola de pompas de jabón
- lanzador pirotécnico
En sucesivos modos preferentes de realización de la invención se describen algunas configuraciones de todos estos elementos: - Cuando en la alimentación se utilizan pilas de combustible, se seleccionan las de membrana polimérica de intercambio protónico.
- Los sistemas de retroalimentación se seleccionan entre placas solares, ladrón de Julios, motor Bedini o de imanes.
- Los sensores de distancia se seleccionan entre ultrasónicos, de infrarrojos y láser o combinaciones de los mismos.
En un modo especialmente preferente de realización de la invención, el módulo de medición de distancia de luz pulsada láser es Lidar-Lite (Light Detection and Ranging). - Los sensores ópticos pueden ser: de visión monocular y/o esteroscópica, FPV (First Person View), térmica o infrarroja, ultravioleta, video y fotografía.
- Los espirógrafos con led láser pueden ser:
- de dos motores con dos engranajes que generan dos movimientos sobre sí mismos en un eje cartesiano estacionario conformando círculos y figuras de Lissajous.
- de un motor que hace girar un engranaje al que va conectado el láser que genera un haz perpendicular al vehículo.
- El cañón láser consta de dos espejos vibrados para conseguir multitud de puntos.
- El vehículo dispone de un sistema retráctil para las plumas primarias y el patagio, plumas rectrices laterales o cola, consistente en un cable tensor entubado, conectado a ambas alas, que discurre por el borde de ataque y se conecta a un servomotor que vence el muelle tensor de las plumas primarias y el muelle extensor del patagio, así como el de las plumas rectrices. Constituye igualmente un objeto de la presente invención su uso para ahuyentar animales. Se eligen para ello, maquetas del orden Falconiformes, Accipitriformes o Estrigiformes y la familia, género y especie que más teman. También son efectivos, en algunos casos, mimetizar RPAS (Remote Pilote Aircrafí Systems) de cualquier animal, aunque no sea volador. Esta invención tiene ventajas con respecto a los dispositivos comerciales disponibles: desplazamiento y simulación de ataques reales y típicos de cada especie, modificando incluso su anatomía, y combinando la lectura de señales satelitales con las del microprocesador y los sensores.
El vehículo aéreo puede operarse con capacidad de persecución y navegación por punto satelitales o bien con capacidad de persecución y navegación autónoma.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Figuras 1 : Configuraciones del vehículo aéreo
a) ala fija; b) ala rotatoria coaxial; c) y d) tipo VTOL (despegue y aterrizaje vertical)
Figura 2: Vehículo aéreo del tipo falso ornitóptero
a) vista general del dron; b); c); d) y e) tipo de movimiento donde se puede observar la posición del cuello y patas
Figura 3: Representación de las alas mórficas del vehículo aéreo
a) vista general de las plumas primarias y patagio, plumas rectrices y cola; b) vista más precisa de cómo funciona la cola Figuras 4: Dispositivos láser
a) cañón láser; b) Espirógrafo láser de un motor; c) Espirógrafo láser de dos motores
Figura 5: Pistola de pompas de jabón Figuras 6: Lanzador pirotécnico a) de gravedad; b) para cohetes
Figuras 7: Configuración de las palas de las hélices con pequeñas muescas y valles interdentales para facilitar la penetración en el aire.
a) muescas y valles interdentales para facilitar la penetración en el aire
b) círculos de poliolefina expandida
c) sistema de cortinillas
d) vehículo aéreo con persianas o cortinillas Figura 8: Gavilán de ala rotatoria del tipo trirrotor MODO DE REALIZACION DE LA INVENCION Características comunes a todos los diversos tipos de vehículos
En la descripción de modo de operación que sigue, se expresarán en cursiva y en inglés las órdenes de ejecución del piloto automático, tales como: manual_control_setpoint, altitude_estiamtor_ekf u otros. El sistema se desarrolla en un software de código abierto con acceso al código fuente, donde se crean los programas y hacen modificaciones para los dispositivos interactivos que permiten la lectura y control de cualquier sensor, interruptor o actuador físico con una arquitectura modular y dividida en dos partes: la del sistema operativo con la aplicación propia del piloto automático y el control de sensores con bucles superpuestos para su realimentación. El piloto automático (modelo Pixhawk de la empresa 3D Robotics) incorpora: microprocesador ARM Cortex M4® avanzado de 32 bits del STM32F427, 168 KB de RAM a 256 Mhz, 2 Mb de memoria Flash, tecnología de sensor de ST Microelectrónica®, un sistema operativo en tiempo real NuttX. IMU (Inertial Measurement Unif), módulos inerciales que incorporan: brújula digital, giroscopios, magnetómetros, acelerómetros, compás digital y telemetría, Estas unidades de procesamiento con capacidad para multi-hilo (multithreading) con soporte en hardware, un entorno de programación Unix/Linux y nuevas funciones como la programación de vuelo y misiones en un lenguaje Lúa scripting, con una capa de conductor PX4 personalizada que facilita la integración de cualquier actuador físico a través de un controlador de puertos y dispositivos en serie UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), I2C (Inter-lntegrated Circuit) y CAN (Controller Area Network), 14 salidas PWM a servos (6 auxiliares de alta potencia que se configuran en BRD_PWM_COUNT), sensor de velocidad digital, magnetómetro externo (ST Micro LSM303D de 3 ejes de 14 bits), un giroscopio (ST L3GD20 de 3 ejes de 16 bits) y un acelerómetro/giroscopio de tres ejes integrado en el mismo silicio (Invensense MPU 6000) con procesador digital de movimiento a bordo (DMP) capaz de procesar algoritmos complejos de MotionFusion y acceder a magnetómetros y sensores externos sin intervención del procesador a través del bus I2C. El sensor de flujo óptico (PX4-FLOW, para el que se crea un driver y archivo fuente), junto a los sensores inerciales, la combinación de medidas de los giroscopios, la información visual de las cámaras y, asistido por el resto de sensores si fuere necesario, también pueden desempeñar el cumplimiento de la misión. Además, incorpora: OSD (On Screen Display), tarjetas de control y relés conectado a una base de control en tierra (CGS, Control Ground Station), GPS-RTK {Real Time Kinematic) configurable, de código abierto, que utiliza la cinemática en tiempo real y cuyo primer paso será adquirir la señal PPS (Precise Positioning Service) y coordinar el tiempo con el reloj del sistema nuttx, además de identificar y admitir todos los periféricos automáticamente gracias a su entrada de señal PPM (Pulse Position Modulation) que conecta los canales por un cable de entrada del receptor de la emisora.
Las comunicaciones se basan en protocolos de transporte TCP (Transmission-Control- Protocol), aportando la confirmación y fiabilidad necesaria entre el protocolo de IP (Internet Protocol) y la aplicación para garantizar una comunicación libre de errores, segura y UDP (User Datagram Protocol) que envía información sin conexión previa para la transmisión de audio y vídeo en tiempo real, cuando no es posible realizar retransmisiones por los retardos que se tiene en estos casos porque el sistema está conectado a Internet mediante el Protocolo de Configuración Dinámica de Hosts de la IP para IPv6 (DHCPv6) y con su enlace de radio actúan como agentes de retransmisión de DHCP (o DHCP Relay Agent). La capa de red y la capa de aplicación se interconectan mediante un Interfaz de Programación de Aplicaciones (API) para obtener un sistema fluido de comunicación.
Además, si dispone de FPV, transmisor y receptor de video analógico con antena de polarización circular y módulos de conexión inalámbrica de 2,4 Ghz, 900 Mhz o 433 Mhz, en función del diseño biomimético y las misiones. El firmware permite activar o desactivar los componentes del hardware instalados como el sonar. La comunicación entre la controladora de vuelo y la SBC se hace a través del protocolo MavLink (Micro Air Vehicle Link) que le ordena a la primera mientras que a su vez ésta puede ser controlada desde la CGS y sus desplazamientos pueden ser programados y vistos en entornos Mapping como Google Earth.
Cuando sea necesario un mayor realismo en el ataque, dispone de un sistema retráctil de cola y alas mórficas tanto para las plumas primarias y el patagio como para las plumas rectrices y la cola, consistente en un cable tensor conectado y entubado que las conectan por el borde de ataque y el fuselaje respectivamente, a un servomotor con potencia suficiente como para vencer el muelle tensor de las plumas primarias, el muelle extensor del patagio y el de las plumas rectrices laterales que se embuten en la central. La múltiple combinación de estos dispositivos mórficos, alerones, alteraciones de potencia propulsora y mecanismos de disparo mencionados, se ejecutan una vez reunidos los datos del modo de vuelo, orientación actual y solicitada o, cuando mc_att_control emite los cálculos de orientación y aceleración que envía a la propulsión y a actuator_controls, para que active las sentencias: video y/o fotografía, lanzamiento de paracaídas (CHUTE_ENABLED, CHUTE_TYPE, CHUTE_SERVO_ y CHUTE_ALT_MIN), fumigación (SPRA Y_ENABLE) , tren de aterrizaje retráctil (LGR_ SER VO_RTRA C T y LGR_SER VO_DEPLO Y) , en los puntos de paso deseados y accione los mecanismos que mejoren la percepción del inicio de un ataque, aumenten la tensión, miedo, pánico o, atracción. Para que el aeromodelo mueva la cabeza, sus servos se conectan a DO_SET_SERVO (excepto si es de ala fija y se incorpora en el pico el sistema de propulsión, en cuyo caso esta orden actúa sobre los servos de alerones y/u otro dispositivo). En su interior se ubica la cabeza caliente (gimbal) donde se puede instalar: las cámaras, cañón y/o el espirógrafo láser, en cuyo caso se conecta a DO_SET_RELA Y y en DO_REPEAT_SERVO se establece el número de servo y el tiempo de activación, en DO_CONTROL_VIDEO se activan el cañón y/o espirógrafo láser y/o sonido. La fibra óptica, fumigador, expulsor/espolvoreador, pistola de agua y de pompas de jabón, los activa SPRAY_ENABLE. La orden DO_DIGICAM_CONTROL que se puede utilizar para activar una sola vez cada vez que se la reclama, frena y/o anula un motor para simular una acrobacia de persecución a la vez que se coordina para retraer las plumas primarias y/o patagio (en naves de ala fija se configura para acelerar, cortar el servo de un alerón y activar dispositivos). Para que la pistola de agua, lanzador de cohetes, cañón y/o espirógrafo láser, apunten a un lugar determinado hasta el siguiente punto de paso, se utiliza DO_SET_ROI y DO_MOUNT_CONTROL. Las combinaciones son múltiples.
Para ahorrar energía hasta el disparo de un evento asincrona e independientemente del código que se esté leyendo y solucionar problemas de temporización y lectura del codificador rotatorio sin perder un pulso, se utilizan las interrupciones de la placa (que se deshabilitan con la orden detachlnterrupf) que provocan un reseteado continuo cuando el contador llega a cero y se usa para regular el tiempo de un evento, como por ejemplo: para evadir obstáculos sin tener que parar el sistema para medir continuamente las distancias o cuando ejecuta un largo código y aparece la interrupción. El programa volverá al código asociado y continuará por la parte que estaba ejecutando cuando apareció la interrupción (aunque pierda el tiempo de ejecución de las funciones delay o millis, si bien, siempre podrá utilizar la función delay Microseconds). Se evita así que el código devuelva un valor utilizando void (setup ó loop) e indicando al compilador que no guarde el valor de la variable, implementando una variable volátil que le obliga a actualizarse en la memoria. Para evitar falsos disparos sin incrementar los dispositivos que aumenten el consumo, el espacio y el peso, se añade al software un retraso de milisegundos en el tiempo de respuesta.
Según el diseño, también se introduce una variable lógica en ciertos dispositivos para que unas veces los abra y otros los cierre. Para no introducir de nuevo los códigos mientras se ejecuta la interrupción y evitar la recalibración de sensores al iniciar setup, se memoriza el dato en un byte que relega sus bits para ubicarlo como el de más peso y, a través de USART (Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transmitter), se establece una comunicación (síncrona o asincrona) que es guardada en la EEPROM.h cuando monta Arduino. Para pedir esta información, se crea una variable con valor 0, y se guarda en otra auxiliar con una orden OR. Sus bits, apartados hacia la izquierda y almacenados en la posición deseada son limpiados con otra acción lógica OR. Para testar interrupciones de sensores que no entregan 0 ó 1 (high/low) como los de temperatura y humedad, y conseguir que se disparen después de cada medida, se elige el pin de conexión y se conecta al del sensor en paralelo con la base de un transistor BJT (bipolar junction ^ηείε^ή cuyo emisor común se protege con una resistencia, de modo que actúa como alimentador, controlador e interruptor eléctrico de servos y motores cuando se necesiten valores mayores que los proporcionados por el sistema. Esta configuración también se puede utilizar para alterar medidas y comunicar datos erróneos de los sensores para provocar rectificaciones bruscas del piloto al considerar que la nave está en peligro. Adicionalmente y según el vehículo y la misión, se puede integrar una placa de expansión l/O (PiFace Digital) que se conectará al GPIO Socket (General Purpose Input/Output, Entrada/Salida de Propósito General) de la placa RPi para conocer el estado del interruptor o sensor, escribiendo su propia sentencia para que tome la decisión adecuada.
Entre los mecanismos diseñados para aumentar el miedo están:
1.- la fibra óptica para resaltar colores y zonas anatómicas. 2.- cañón láser (ver fig.4a), que consta de dos espejos vibrados por dos motores cuya velocidad determina la homogeneidad del haz.
3. - Se han diseñado dos tipos de espirógrafo láser (fig.4b y 4c): el primero, consta de dos motores con dos engranajes que generan dos movimientos sobre sí mismos en un eje cartesiano estacionario generando innumerables círculos y las figuras de Lissajous. El segundo es un motor que hace girar el láser que conforma un haz perpendicular a la aeronave.
4. - La pistola de agua, basada en el principio de Pascal, se compone de una cámara de comprensión con un gatillo que presiona un servo.
5. - pistola de pompas de jabón (fig.5), se compone de un servomotor que mueve una palanca para hacer la primera pompa y activa el motor con un ventilador que genera una corriente de aire regulado y de pompas constantes, cuando pasa por delante de un aro ranurado que se mantiene mojado con el líquido gracias a una pequeña bomba conectada al otro extremo del motor, que lo extrae del depósito y que queda aislado y precintado cuando se rosca al fuselaje.
6. - Para el lanzamiento pirotécnico (fig.6a y 6b), se ha diseñado un ignidor eléctrico de 12 voltios basado en el Efecto Joule con una resistencia que, empujado lentamente por un servo, toca unas conexiones metálicas que inician la mecha. Cuando se retira, libera la trampilla de salida provocando la caída. Se cierra bruscamente cuando el ignidor supera una pestaña que hace de fin de carrera. Mientras, cae y se sitúa el siguiente petardo en la recámara. Para el lanzamiento de cohetes pirotécnicos se ha diseñado un tambor que gira por un engranaje conectado a un servomotor en cada vaivén del ignidor
Para aprovechar los vuelos mientras se ahuyentan animales y realizar otras funciones propias de la agricultura, se han diseñado:
1. - Depósito de expulsión y/o espolvoreador para lanzar repelentes, atrayentes, hacer pequeñas resiembras, fumigación biológica, química, riego, abono y se compone de una tolva y una boca amplia para la carga rápida que gira sobre sí misma y que funciona, o por gravedad o por aire forzado, con un orificio regulador de sección variable que determina la cantidad de sólidos y/o invertebrados a distribuir de un modo suave y constante.
2. - Para la fumigación química dispone de un motor eléctrico pulverizador centrífugo con cabezal rotativo.
3. - Sistema de iluminación estroboscópica por leds (chip-on-board) para ambientes no cooperativos.
Implementación de placa Arduino
Si se implementa una placa Arduino, se ejecuta Phyton (sudo apt-get install python- serial) con la librería PySerial y Arduino se convierte en la parte sensorial respondiendo con serial, writeln al estado del sensor, mientras que la RPi distribuye las direcciones. Cuando el diseño requiere la incorporación de un módulo concentrador de expansión del puerto serie de E/S, se amplían el número de interfaces de comunicación de bajada accesibles desde un host, ya que posee doble puerto USB con convertidor de interfaces UART/245FIFO/SPI/I2C/JTAG/GPIO, permitiendo la conexión y ampliación de dispositivos en paquetes zoosemióticos digitalizados y agrupados en la librería creada al efecto. En ciertos prototipos, se han implementado y configurado una placa Arduino Uno con una tarjeta de relés de ocho salidas (modelo 1280-2560 ARM PIC). Para ahorrar energía hasta el disparo de un evento asincrona e independientemente del código que se esté leyendo y solucionar problemas de temporización y lectura del codificador rotatorio sin perder un pulso, se utilizan las interrupciones de la placa para que el programa vuelva al código asociado y continúe por la parte que estaba ejecutando cuando apareció la interrupción (aunque pierda el tiempo de ejecución de las funciones delay o millis, si bien, siempre podrá utilizar la función delay Microseconds). Se evita que el código devuelva un valor utilizando void (setup ó loop) e indique al compilador que no guarde el valor de la variable, implementando una variable volátil que le obliga a actualizarse en la memoria. Para evitar falsos disparos sin incrementar los dispositivos que aumenten el consumo, el espacio y el peso, se añade al software un retraso de milisegundos en el tiempo de respuesta. Según el diseño, también se introduce una variable lógica en ciertos dispositivos para que unas veces los abra y otros los cierre. Para no introducir de nuevo los códigos mientras se ejecuta la interrupción y evitar la recalibración de sensores al iniciar setup, se memoriza el dato en un byte que relega sus bits para ubicarlo como el de más peso y, a través de USART (Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and Transm/ffe ), se establece una comunicación (síncrona o asincrona) que es guardada en la EEPROM.h de Arduino. Para pedir esta información, se crea una variable con valor 0, y se guarda en otra auxiliar con una orden OR. Sus bits, apartados hacia la izquierda y almacenados en la posición deseada son limpiados con otra acción lógica OR. Para testar interrupciones de sensores como los de temperatura y humedad que no entregan 0 ó 1 (highAow), y conseguir que se disparen después de cada medida, se elige el pin de conexión y se conecta al del sensor en paralelo con la base de un transistor BJT (bipolar junction ^ηείε^ή cuyo emisor común se protege con una resistencia para actuar como alimentador, controlador e interruptor eléctrico de servos y motores cuando se necesiten cargas mayores. Esta configuración también se puede utilizar para alterar medidas y comunicar datos erróneos de los sensores para provocar rectificaciones bruscas del Pixhawk al considerar que la nave está en peligro. En las aeronaves que, por exceso de sensores falten pines de conexión, se pueden utilizar, y no solamente, uno o más circuitos síncronos 74HC595.
En una configuración zoosemiótica básica, se conecta a una de las sentencias cualquier actuador físico a la salida de un dispositivo asincrono (como Arduino), mientras se ejecuta sucesivamente una acción en cada salto de reloj. Insonorización de la propulsión
Cuando sea necesario reducir el zumbido de los motores (Fig.7a, b, c y d), especialmente en RPAs de ala rotatoria, las palas de las hélices se han dentado con pequeñas muescas y valles interdentales para facilitar la penetración en el aire y se ha fabricado de poliolefina expandida (EPO) en el intradós, una serie de círculos concéntricos para que los motores solo sean visibles desde su verticalidad. En otros casos, se han fabricado unas láminas, persianas o rejillas, que permanecen cerradas por su contrapeso cuando los motores no están activados, aumentando el planeo y reduciendo la fricción. Para evitar la lluvia, dispone en el extradós de un sombrerete sobredimensionado.
Dispositivo o sensor de tierra Para el combate de plagas difíciles y aumentar la seguridad de la finca, se ha ideado un dispositivo fijo colocado en tierra, mimetizado o no, que puede iniciar o interrumpir la misión del RPA cuando su presencia es solicitada mediante MavLink (en cuyos ficheros xml del RPA, se estructuran, empaquetan e inician algunas de las acciones zoosemióticas). Para realizar esta llamada, el MavLink de la RPi del sensor de tierra, envía las coordenadas (WAYPOINT_SET_CURRENT) y el RPA contesta a la CGS con WAYPOINT_CURRENT. Aunque el formato del archivo del waypoint no pertenece a MavLink, sí es utilizado por Mission Planner, por lo que se tienen en cuenta los espacios entre números y los campos (<Tab>, "\ t"). Las coordenadas llegan al commander que a su vez las comunica a home_position que las asume como coordenadas de su misión. Después, diseña la ruta con navigator y éste informa a position_setpoint_triplet mientras que el controlador de posición estudia la aceleración necesaria para mantener la altitud, guiñada y cabeceo para que se dirija al sensor por position_setpoint_triplet. Personado el RPA y, tras un tiempo de espera establecido, con activación o no de dispositivos de repulsión (o atracción), aterriza (mc_pos_control) y/o continua su misión. Esta solicitud se hace de forma remota por el interfaz bi-direccional inalámbrico (X£>ee Pro 900 HP y software XCTU), que posee un transceptor dual, antena integral SMA y un adaptador inteligente conectado al puerto USB de la RPi, logrando una reducción en el consumo de energía cuando la función inalámbrica está en reposo o inactiva (Sllep Mode). La información se envía en Unicast y no en Broadcast, para obtener un acuse de recibo de la señal de confirmación ACK (Acknowledgemenf). En todo caso, se envía dos veces con un retraso de tiempo para asegurar su recepción. De todos los datos recibidos, el sistema busca el del GPS (id=24 -GPS_RAW_INT) que proporciona la posición en tiempo real que, al ser procesada por pymavlink, facilita la programación al decodificar los mensajes recibidos. Este sensor, también es utilizado como puesto avanzado de observación, alarma y/o como elemento reforzador de la atracción o el miedo ante la presencia de su depredador y se sitúa estratégicamente en la zona para permanecer largas temporadas de espera a la intemperie. Para cultivos semicubiertos, dispone de imanes para una sujeción rápida en las estructuras metálicas. Se ha fabricado en fibra de vidrio, resina y poliuretano para mantener su aislamiento térmico y resistir la humedad. Además de las baterías, amplificador y altavoces, puede incorporar según las misiones: una base de carga portátil conectada a la red eléctrica y/o sistemas de realimentación (placas solares, motor Stirling, Bedini y ladrón de Julios), micrófonos, cañón láser, espirógrafo láser, pistola de agua y/o de pompas de jabón, y sensores: láser, térmico o infrarrojo y/o ultrasónico, radiactivo, de temperatura y humedad, de químicos, humo y gases MQX y, ópticos (cámaras de: visión, térmica, ultravioleta, de video y fotografía). Tarjetas RFID (Radio Frequency I De ntifi catión) así como salidas de carga para añadir cualquier otro dispositivo de disparo. Los parámetros se guardan en la memoria RAM, micro SD o en el disco duro o EEPROM de la RPi que dispara los relés pertinentes cuando se acerca una amenaza o el RPA entra en el radio de acción de sus sensores y/o el emisor se acopla con su tarjeta RFID.
Se han diseñado varias formas de configuración en atención al tipo de dron y misión encomendada:
1.- Primer diseño biomimético: falso ornitóptero.
Se trata (ver Fig. 2a, b, c, d y e) de un aeromodelo biomimético de ala rotatoria que garantiza y coordina la sustentación, sea por conexión mecánica, sea por motor eléctrico, con los movimientos alares para obtener la función estética, aunque no propulsora, y transmitir el mínimo esfuerzo alar al resto del cuerpo para conseguir unos movimientos suaves, flexibles y creíbles. Se ha optado por una motorización eléctrica independiente cuyo sistema de engranajes consta de un piñón unido al motor que conexiona con dos ruedas pertenecientes a cada una de las alas. Su velocidad está coordinada con la establecida por el piloto automático que, sin intención restrictiva, se ha conectado en paralelo con la propulsión y reducido la corriente con una tarjeta de control a la que se puede añadir un circuito rampa acelerador/desacelerador o, utilizando la biblioteca Stepper.h de Arduino para controlar el motor. Si fuere necesario, se instala un transistor NPN en colector abierto para proporcionar más corriente que la que ofrece Arduino. Para simular el movimiento característico del cuello en vuelo de aves como las grullas y cigüeñas, la cabeza, unida a un muelle tensor, se fija a una varilla que a su vez se embute en un tubo rígido de mayor diámetro al resto del fuselaje, que a su vez se introduce en un plástico semiflexible que simula las vértebras cervicales. Cuando las alas bajan, los engranajes, que disponen de un saliente o cresta por una cara, empujan un embolo que alarga la cabeza, tensa el cable de acero que mantiene la curva de las vértebras y libera suavemente de la presión cuando las alas comienzan a subir, encogiendo de nuevo el cuello pero manteniendo recta la cabeza. Mientras, por la otra cara de los engranajes, los salientes o crestas empujan una varilla que bajan ligeramente la cola y patas.
2. -Segundo diseño biomimético. Activación de paquetes zoosemióticos de modo preventivo, por los sensores o, combinando ambos diseños. Este diseño se puede montar sobre cualquier tipo de aeromodelo (ver Fig. 1 a, b, c y d) por ejemplo gavilán.
Cuando se introduce el firmware (Mission Planner) en la tarjeta controladora del piloto automático, se calibran la brújula y los reguladores de velocidad electrónicos (Electronic Speed Controllers, ESC ó CES) para que giren los motores a la velocidad solicitada por el Pixhawk, se establecen los valores mínimos y máximos de PWM (pulse-width modulation) que envía el controlador de vuelo. En algunos casos, son estos reguladores los que se modifican para hacer las piruetas (MOT_SPIN_ARMED). El piloto permite combinar datos de la IMU y el GPS con otros sensores de velocidad para calcular una posición fiable utilizando un Filtro Kalman EFK (Extended Kalman Filter) que estudia los errores de los sensores, integra los datos angulares de la IMU para calcular su posición y las aceleraciones para calcular la velocidad. Este diseño trabaja en modo Mission y permite ejecutar los paquetes zoosemióticos:
1.- de forma preventiva en los puntos de paso establecidos.
2.- cuando lo indican los sensores y 3.- combinando ambos diseños.
Las órdenes de control se reciben, o por un enlace en el módulo PX4IO, o por un enlace MavLink porque utiliza librerías personalizables en los sistemas de a bordo y dispositivos de tierra mediante una comunicación bidireccional con un escaso coste computacional. En ambos casos, manual_control_setpoint aprueba los datos de orientación, que no pasan directamente a los motores hasta estudiar la orientación actual, para evitar cambios bruscos que puedan provocar vuelos inestables. Es aquí donde interviene attitude_estimator_ekf que edita los datos actuales de roll (alabeo), pitch (cabeceo) y yaw (guiñada) en vehicle_attitude para que sean utilizados por mc_att_control que, para calcular su orientación, reclama los datos de los sensores y attitude_estimator_ekf se subscribe a sensor_combined y es aquí donde sensors aparece con su abanico de medidas calculadamente modificadas (para que interprete que está en riesgo) o no, de los sensores conectados al piloto. Para ello, se ha creado una aplicación propia (rc.txt para la motorización) con algunos controladores PID que no utilizan aplicaciones del comando navigator o, se actúa en el código fuente (_app), en vehicle_attitude_inpur_rc y orbes_sensor_combined que recibe la información de los sensores y los edita para que los active el comando PWM (/dev/ pwm_output), y utiliza /dev/px4fmu ó /dev/px4io, dependiendo de las salidas que se deseen utilizar (mientras se añade UMF mode_pwm). Para ejecutar las órdenes desde /app, se interviene con MavLink y actualizan comandos en rc.txt (como ttyACMO). En otros diseños, se utiliza el interfaz de control de cámara para fotografía aérea 3DR CCB (The 3DR Camera Control Board) y su protocolo PTP (Picture Transfer Protocol), se preparan en MavLink los canales y sus estados, cuyos códigos (cam_ctrl_state.shot) se establece en 1 para dispararlo a 0 y los disparos en los puntos de paso con los eventos zoosemióticos digitalizados (MAVILINK_MSG_ID_DIGICAM_CONTROL), aprovechando sentencias como: cam_ctrl_state.Session, cam_ctrl_state.zoom_pos, cam_ctrl_state.focus_lock , y, cam_ctrl_state.Shot, que activan o desactivan: dispositivos, servos, motores y sonidos, según sea la misión.
3.- Tercer diseño biomimético: navegación y persecución por puntos satelitales (waypoint).
Al igual que en el caso anterior, este diseño se puede montar sobre cualquier tipo de aeromodelo (ver Fig. 1a, b, c y d), por ejemplo gavilán. En este modo de operación, el GPS-RTK, que tiene una elevada tasa de refresco, se ha configurado para entregar una sentencia a una velocidad determinada, mientras que los dos canales de comunicación entre la SBC y piloto separan la información (uno para las entradas de localización del puerto del GPS del piloto y el otro para el intercambio de los datos de la telemetría y planeamiento de la misión que va al puerto USB). Es decir, que se utilizan dos cables de comunicación; uno para el GPS que se comunica con el protocolo NMEA y el otro para la telemetría que se comunica con el protocolo MavLink (que no se compila en el RPA sino que se agrega mavlink/include en la lista de includes, que suele ocurrir en su Makefile). A diferencia de los modelos anteriores, se inicia una persecución propiamente dicha al estimar la posición de la amenaza y volar al punto satelital diseñado más cercano, cuando aquella aparece en el sensor óptico, y se introducen los algoritmos que calculan su posición y orientación respecto al animal hasta completar la matriz de rotación y desde allí reconsiderar su posición en función del objetivo. Aquí, los sensores son los responsables del cambio de guiñada hacia los puntos de paso más cercanos cuando se introducen los datos en el GPS-RTK, evitando: por un lado una navegación errática al conocer su posición y dirección, y por otro, la activación preventiva aleatoria e indiscriminada de los paquetes algorítmicos zoosemióticos de los diseños anteriores como el del láser, cuyo consumo puede superar los 2 amperios.
Los sensores y los algoritmos del sensor óptico, son los que alertan de la amenaza y los responsables de cumplir con éxito la persecución cuando se acerca a la celda con mayor gradiente de masa, informando de su posición de un modo legible al firmware del piloto que se convierte entonces en un dispositivo periférico, mientras que el protocolo MavLink extrae información sobre la telemetría, y el planificador de misión de la SBC. Tras obtener los paquetes necesarios en sudo apt-get install python-pip y sudo apt-get install python-opencv python-wxgtk, la aplicación MavProxy realiza llamadas a la carpeta select.py e inicia su ejecución con mavproxy.py (que a la vez controla su desarrollo desde la CGS), que se activa automáticamente al iniciar la SBC, porque se ha creado un screen en el archivo re. local y un script (mavlnlt.scr) en el controlador de vuelo para evitar su reconfiguración en cada misión. El protocolo NMEA aprovecha las coordenadas del sistema, los datos de altitud y, con el resto de sensores, crea sentencias de texto legible ASCII (de 37 bytes) que alimentan el GPS a un ritmo constante y siempre que exista una amenaza detectada por aquellos, proporcionando un punto de paso con un byte binario de estado. Cada vez que el piloto recibe la sentencia para aplicar el EKF, se utiliza esta señal que recupera la información de las coordenadas tridimensionales más cercanas mediante el comando MAV_CMD_DO_SET_HOME, e inicia una persecución al dirigirse a uno de los puntos de paso más cercanos al objetivo, mientras que la inyección continua del protocolo NMEA bloquea la señal del siguiente punto de paso. La adaptación de estas coordenadas a las del NMEA, provoca un desplazamiento a un punto de paso que el piloto considera dentro de la misión. Desaparecida la amenaza se desbloquea la misión con el envío de los siguientes puntos de paso de modo que, cuantos más se diseñen, más precisa será la persecución. Si los sensores siguen detectando la amenaza, el proceso se repetirá con la activación de los paquetes zoosemióticos y/o continuará por el siguiente y más próximo punto de paso en el que se encuentre para no regresar porque prioriza los parámetros de longitud primero y latitud después. El sistema memoriza en su tarjeta microSD (Secure Digital), RAM o en el disco duro o EEPROM, las coordenadas donde se detecte mayor número de disparos de los sensores. Esta información permitirá conocer mejor la amenaza y optimizar futuras misiones.
4.- Cuarto diseño biomimético: gavilán trirrotor.
Sin intención restrictiva, se ha fabricado para cultivos cubiertos y semicubiertos (como los de frutas del bosque y uva de mesa y el combate de plagas aviares en la Península Ibérica), un gavilán de ala rotatoria del tipo trirrotor (fig. 8), alimentado por baterías de litio y polímeros que se recarga cuando aterriza en una estación de carga portátil (modelo Skysense). Para combatir con éxito estas especies en este cultivo, incorpora a bordo una tecnología suficiente. A saber: sistema sonoro (amplificador con altavoces) y espirógrafo láser. Para garantizar el vuelo dentro de estos túneles de plástico y cuando no se disponga de una señal satelital de calidad, además de la precisión que ofrece el piloto automático con el GPS-RTK (marca Piksi), se ha diseñado un sistema anticolisión basado en el algoritmo desarrollado por Chee (para sensores de ultrasonidos) y Zhong (para sensores de infrarrojos), de modo que el RPA dispondrá de cuatro infrarrojos (uno en cada lateral), cuyas medidas serán continuamente cruzadas y enviadas al Pixhawk. Si se detecta un obstáculo en un lateral a una distancia de seguridad definida, se compara con la medida del otro lateral. Esta diferencia de tensión es analizada por la SBC (marca Raspberry Pi 2), que envía una orden mediante MavLink al Pixhawk para alejarse del obstáculo o mantener la posición un tiempo determinado cuando el sensor frontal detecta un obstáculo, continuando después con la misión. Incorpora un módulo de medición de distancia de luz pulsada láser Lidar-Lite (Light Detection and Ranging) para mantener una altura más precisa cuando entra dentro de los túneles ya que en estos cultivos se combinan tanto la plantación en el suelo como en maceta. Se crean los drivers del comportamiento animal, la activación de sus dispositivos (/src/drivers/zoo) y se introduce en el archivo fuente (zoo.cpp). Para evitar que la SBC interprete la información recibida por la controladora como información de login, se deshabilita el acceso al sistema por el puerto serie, se modifica sudo nano /etc/inittab y el safety del piloto automático ubicado en el firmware de PX4IO para evitar su armado manual.
En un multirrotor hay que tener en cuenta el ángulo de guiñada para no romper ni el diseño ni el vuelo aviar. Por eso, su configuración se hace en modo Point to Next Waypoint (MIS_YAWMODE 1) para que siempre apunte la cabeza del pájaro hacia el siguiente punto de paso (nose ¡rí) y no adopte posturas de vuelo incorrectas.
Para mantener el miedo a campo abierto cuando el RPA sale de los túneles de plástico y alejar los intrusos de la zona, se ha conectado el sonido y el espirógrafo láser a las sentencias de la cámara utilizando la función CAM_TRIGG_DIST (que es la distancia en metros entre disparos y DO_SET_CAM_TRIGG_DIST que permite habilitarlo en vuelo) y el comando CAM_TRIG_TYPE del obturador de la cámara (cuyo tiempo se regula en CAM_DURATION) que permite utilizar la salida a relé o a PWM (que establece el valor del servo en CAM_SERVO_ON y CAM_SERVO_OFF) dependiendo del consumo del dispositivo conectado. Se ha creado para la estación de carga, un sistema de seguridad retráctil para las conexiones, cuyo servomotor es activado por la sentencia del tren de aterrizaje (LGR_ SERVO_RTRACT y L GR_ SER VO_DEPLO Y) .

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico que comprende
- fuselaje con estructura anatómica típica animal
- motores eléctricos de propulsión
- sistemas de vuelo para aeróstato, ala fija, ala rotatoria, VTOL, ornitoptero o falso ornitoptero
- sistema de alimentación que se selecciona entre baterías recargables, pila de combustible o ambos simultáneamente
- fuente de alimentación redundante
- sistemas de retroalimentación
- base de carga portátil, mimetizada o no
- sistema retráctil de conexión para estación de carga portátil
- unidad de medición inercial compuesta por módulos inerciales que incluyen brújula digital, giroscopios, magnetómetros, acelerómetros, compás digital y telemetría.
- sistema de posicionamiento global por satélite configurable
- tarjetas de control, servomotores y relés para mecanismos de disparo y accionamiento de partes móviles
- anemómetro digital
- barómetro
- sensor de presión diferencial
- sensores de distancia
- sensor de temperatura y humedad relativa
sensor de radioactividad, químicos, humo y gases MQX
- sensores ópticos
- micrófono, amplificador y altavoces
- sonar
- módulo de comunicaciones, que incluye transmisor y receptor de video analógico, antena de polarización circular y módulos de conexión inalámbrica.
- ordenador de placa reducida o placa única
- placa Arduino
- placa de expansión l/O
- sistema de iluminación estroboscópica por leds
- tarjeta RFID activa o pasiva
- radiobaliza - dispositivos láser
- bomba de presión
- depósito de expulsión y/o espolvoreador/removedor
- fumigador químico
- sistema retráctil de conexión para estación de carga portátil,
caracterizado porque
- el sistema de posicionamiento global (GPS) es del tipo "Real Time Kinematic"
- las plumas rectrices y cola, las plumas primarias y patagio son accionables mediante servomotores o relés
- los dispositivos láser son cañones y espirógrafos
- se aplica fibra óptica para resaltar colores y zonas anatómicas
y porque adicionalmente incluye
- pistola de agua
- pistola de pompas de jabón
- lanzador pirotécnico
2. - Vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico según la reivindicación 1 , caracterizado porque cuando en la alimentación se utilizan pilas de combustible, se seleccionan las de membrana polimérica de intercambio protónico.
3. - Vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico según la reivindicaciones 1 o 2, donde los sistemas de retroal i mentación se seleccionan entre placas solares, ladrón de Julios, motor Bedini o de imanes.
4.- Vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los sensores de distancia se seleccionan entre ultrasónicos, de infrarrojos y láser o combinaciones de los mismos.
5. - Vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico según la reivindicación 4, caracterizado porque el sensor de distancia es un sensor láser Lidar-Lite.
6. - Vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los sensores ópticos son de visión monocular y/o esteroscópica, FPV, térmicos o infrarrojo, ultravioleta, video y fotografía.
7. - Vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los espirógrafos con led láser son de dos motores con dos engranajes que generan dos movimientos sobre sí mismos en un eje cartesiano estacionario conformando círculos y figuras de Lissajous.
8. - Vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde los espirógrafos con led láser son de un motor que hace girar un engranaje al que va conectado el láser que genera un haz perpendicular al vehículo.
9. - Vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde el cañón láser consta de dos espejos vibrados para conseguir multitud de puntos.
10. - Vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde el vehículo dispone de un sistema retráctil para las plumas primarias y el patagio, plumas rectrices laterales o cola consistente en un cable tensor entubado, conectado a ambas alas, que discurre por el borde de ataque y se conecta a un servomotor que vence el muelle tensor de las plumas primarias y el muelle extensor del patagio, así como el de las plumas rectrices.
11. - Uso de un vehículo aéreo no tripulado biomimético y zoosemiótico según se define en las reivindicaciones 1 a 10 para ahuyentar animales.
12. - Uso según la reivindicación 1 1 , donde el vehículo mimetiza aves del orden Falconiformes, Accipitriformes o Estrigiformes
13. - Uso según las reivindicaciones 1 1 o 12, donde el vehículo se opera con capacidad de persecución y navegación por puntos satelitales.
14. - Uso según las reivindicaciones 12 o 13, donde el vehículo se opera con capacidad de persecución y navegación autónoma.
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