Controle, telemetria e instrumentação de um automodelo

Abstract

Este trabalho tem o intuito construir, instalar e testar uma plataforma de telemetria, instrumentação e controle em um automodelo off-road de escala 1:10com o intuito de estabelecer uma base de estudos futuros de autoguiagem e assistividade veicular pelos alunos da Universidade de Brasília (UnB). O veículo utilizado é originalmente acionado por controle remoto de radiofrequência com um chassi inspirado em modelos realísticos. Assim, o estudo é iniciado por uma fundamentação mostrando teoria e cálculos de modelos veiculares cinemáticos e dinâmicos simplificados para calcular a trajetória do veículo, assim como uma introdução ao funcionamento de componentes eletromecânicos e mecatrônicos utilizados no projeto como servomotores, sensores IMU, infravermelhos, ultrassônicos, magnetômetros, motores DC e microcontroladores adicionando uma breve explicação de sistemas de controle PID, métodos de prototipagem rápida e sistemas embarcados. Após isso é descrito o processo de implementação da plataforma com conexões eletrônicas, modelagem 3D, impressão 3D e fixação de todos os componentes do projeto, assim como a criação de um odômetro/velocímetro utilizando um sensor infravermelho, além de uma seção onde é feita a medição das características mecânicas principais do automodelo para a utilização dos modelos cinemáticos. Depois de obter a plataforma montada, é descrito uma série de testes realizados para validar o projeto, como ensaios de funcionamento dos sensores magnetômetro, e giroscópio do IMU, odômetro, assim como testes para realizar a calibração de sistemas PID para controlar o direcional e a velocidade do veículo. Ademais é feito um teste de performance comparando a obtenção de posição angular por um magnetômetro e por um acelerômetro. E por fim, é relatado também o teste de validação final do projeto, onde foi feito o cálculo de uma trajetória simples simulada na plataforma MATLAB levando em consideração o modelo simplificado cinemático da bicicleta e as características mecânicas do veículo de forma que seus ângulos de giro a cada instante foram exportados para o controlador seguir e assim realizar uma comparação entre a trajetória real e a simulada.