Uma das principais justificativas para a recente popularização dos VANTs no meio civil, desde seu uso recreativo até nas aplicações comerciais, é provavelmente a popularização dos sistemas de piloto automático (do inglês autopilot system). Tal dispositivo, atualmente comercializado junto com os veículos, possui como função principal auxiliar o operador do VANT em sua pilotagem, tornando-a intuitiva através de voos estáveis. Até pouco tempo atrás esse tipo de tecnologia era mais restrita (CHAO; CAO; CHEN, 2010), o que tornava a pilotagem de aeromodelos uma atividade que exigia mais treinamento dos pilotos do que hoje em dia. Na Figura 4, estão alguns exemplos de VANTs atualmente comercializados com esse tipo de tecnologia.
Em (CHAO; CAO; CHEN, 2010), os autores apresentam um estudo sobre as características comuns aos sistemas de piloto automático usados em VANTs de pequeno porte, classificando-os como a parte central do veículo que é constituída de sensores diversos (câmeras de vídeo, GPS, sensores inerciais, bússolas e outros), unidades centrais de processamento (microcontrolador, microprocessador ou outros) e alguns algoritmos compondo um firmware projetado para realizar funções denominadas de baixo nível. Exemplos dessas funções são o comando dos atuadores do veículo, tratamento de dados sensoriais brutos e gerenciamento das comunicações de rede com estações de comando
Figura 4 – Exemplos de modelos comerciais de VANTs de pás rotativas com piloto automático, representados por sua marca e modelo.
Fonte: Adaptado de (ASCTEC,2016;PARROT,2016;ERLEROBOTICS,2016;DJI,2016a).
solo. Nesse contexto, uma das principais funções do piloto automático é a estabilização da atitude (orientações) do veículo, mantendo-a em equilíbrio através de laços de controle que se modificam apenas para responder aos comando externos de um operador humano.
Em (SULLIVAN,2006), o autor destaca que estudos sobre este tipo de tecnologia não são recentes, demonstrando que há registros sobre mecanismos de navegação automática para mísseis datados de 1918, introduzidos por pesquisas militares que usavam sensores giroscópicos para realimentar o controle da propulsão dos mísseis, com finalidade de realizar uma trajetória desejada. Décadas mais tarde, com o advento dos semicondutores e da microeletrônica, tais equipamentos evoluíram muito, principalmente em termos de miniaturização e eficiência computacional, até chegar na atualidade com aparelhos que compõem os VANTs modernos. Na Figura 5, apresentam-se alguns modelos de piloto automático conhecidos.
Todos os exemplos da Figura 5têm a mesma finalidade, que é auxiliar o operador
Figura 5 – Exemplos de modelos comerciais de piloto automático para VANTs. Fonte: Adaptado de (ARDUPILOT,2016;ERLEROBOTICS,2016).
do veículo a controlar seus movimentos, através de comandos simples e intuitivos originados em um rádio transmissor ou aparelho similar. Portanto, a diferença está na qualidade dos sensores e componentes eletrônicos usados na fabricação, das funcionalidades para ambien- tes interiores, exteriores ou ambos, do acesso ao código fonte, do seu custo de aquisição e de outras peculiaridades de cada fabricante (CHAO; CAO; CHEN, 2010). Destaca-se que este formato é similar a uma arquitetura bastante utilizada em robôs terrestres como, por exemplo, o Pioneer P3-DX e o Pioneer 3-AT (MOBILEROBOTS,2006;BRANDÃO,2008;
MARTINS, 2009), nos quais sinais de velocidade linear e angular (comandos de alto nível) podem ser usados para definir os movimentos do veículo, sem demasiada preocupação do operador sobre como os controladores de baixo nível movimentam as rodas do robô.
No caso específico dos VANTs, alguns modelos comerciais de piloto automático modernos utilizam pilhas de código aberto para controlar suas funções de baixo nível. Por exemplo, o piloto automático Pixhawk (MEIER, 2016a), é um equipamento que possui sensores e microprocessadores reunidos em uma placa eletrônica e que aceita códigos diferentes, tais como o PX4 (MEIER, 2016b) ou ArduPilot (ARDUPILOT,2016), para funcionar como piloto automático. Dessa forma, esse tipo de aparelho é preparado para abstrair da categoria de veículo utilizada, podendo ser reconfigurada para diversos modelos diferentes, tais como multirrotores (tri, quadri, hexa e octacópteros), helicópteros, aviões e outros. Na Figura 6 há uma ilustração dos tipos de veículos suportados pelo equipamento citado.
Assim, uma vez configurado, o piloto automático se responsabiliza pelas funções de baixo nível do veículo, que no caso específico dos VANTs de pás rotativas, significa realizar procedimentos de decolagem, pouso, controle da atitude e alguns movimentos adicionais do veículo. O resultado mais importante disso é um esquema padronizado de pilotagem para todos os veículos multirrotores e helicópteros, conforme resumido na Tabela 1. Assim, o operador passa a comandar o VANT no espaço usando apenas quatro comandos.
Figura 6 – Tipos de veículos configuráveis com o ArduPilot. Fonte: (ARDUPILOT,2016).
Tabela 1 – Esquema geral de pilotagem de VANTs de pás rotativas equipados com piloto auto- mático.
Comando de Controle VANT Função Executada
Propulsão vertical: utilizada para ganhar ou perder al-
titude, conforme indicação na imagem. Tal movimento é executado com velocidade linear vertical controlada pelo piloto automático. Usualmente há um parâmetro de con- figuração para velocidade vertical máxima que é atingida. O veículo mantém sua altitude se o potenciômetro estiver no meio do trajeto.
Guinada: utilizada para controle de leme, ou orientação
de guinada em sentido horário e anti-horário, conforme in- dicação da imagem. Tal movimento é executado com velo- cidade angular controlada pelo piloto automático. Usual- mente há um parâmetro de configuração para velocidade angular máxima que é atingida. O veículo mantém sua orientação se o potenciômetro estiver no meio do trajeto.
Rolagem: utilizada para controlar ângulo de rolagem.
Tal movimento é executado com posição angular contro- lada pelo piloto automático. Usualmente há um parâme- tro de configuração para o ângulo de inclinação máximo que é atingido. O veículo mantém esta orientação em 0o se o potenciômetro estiver no meio do trajeto. Esta incli- nação ocasiona movimento lateral do veículo.
Arfagem: utilizada para controlar ângulo de arfagem.
Tal movimento é executado com posição angular contro- lada pelo piloto automático. Usualmente há um parâme- tro de configuração para o ângulo de inclinação máximo que é atingido. O veículo mantém esta orientação em 0o se o potenciômetro estiver no meio do trajeto. Esta incli- nação ocasiona movimento longitudinal do veículo.
Fonte: Adaptado de (DJI,2016b).