A Vision-Based Navigation System for Perching Aircraft

This is the final version of the article. Available from Springer via the DOI in this record.This paper presents the investigation of the use of position-sensing diode (PSD) - a light source direction sensor - for designing a vision-based navigation system for a perching aircraft. Aircraft perching maneuvers mimic bird’s landing by climbing for touching down with low velocity or negligible impact. They are optimized to reduce their spatial requirements, like altitude gain or trajectory length. Due to disturbances and uncertainties, real-time perching is realized by tracking the optimal trajectories. As the performance of the controllers depends on the accuracy of estimated aircraft state, the use of PSD measurements as observations in the state estimation model is proposed to achieve precise landing. The performance and the suitability of this navigation system are investigated through numerical simulations. An optimal perching trajectory is computed by minimizing the trajectory length. Accelerations, angular-rates and PSD readings are determined from this trajectory and then added with experimentally obtained noise to create simulated sensor measurements. The initial state of the optimal perching trajectory is perturbed, and by assuming zero biases, extended Kalman filter is implemented for aircraft state estimation. It is shown that the errors between estimated and actual aircraft states reduce along the trajectory, validating the proposed navigation system

Diseño e implementación de un sistema de gestión de la energía eléctrica en un prototipo de vehículo eléctrico

En este documento se plantea un método de control para gestionar la energía de un prototipo de vehiculo eléctrico, optimizando la energía consumida por los motores en un recorrido predeterminado del que se conocen sus características mas importantes. De igual forma se establece un método de medición, adecuación y procesamiento de señal que determinan el estado en tiempo real del prototipo a través de un recorrido, las variables medidas: son posición, orientación y estado de las baterías. Se realiza un modelamiento matemático del prototipo, buscando disminuir la complejidad de este sin perder la fiabilidad en el comportamiento de sus variables de estado. Con el modelo matemático se plantea un método de control. El método usado para optimizar la energía es el principio de mínimo de Pontryagin. Con la implementación de este método podemos calcular las señales de alimentación óptima de los motores para recorrer el trayecto programado, cumpliendo las condiciones preestablesidas. Con el fin de conocer los estados del prototipo se establecen métodos numéricos de estimación de datos como filtros Kalman. Para la medición de voltajes se usó un circuito de muestreo y retención, el cual envía el voltaje medido a un conversor análogo-digital en el microcontrolador. En la orientación, se utilizó un giroscopio fusionado con un magnetómetro. Para medir la posición se implementa una simulación en tiempo real, que utiliza el modelo del prototipo en espacio de estados y los voltajes entregados a los motores en cada instante de tiempo, junto con la medida del ángulo recorrido. También se describe el hardware implementado para: medir las variables, gestionar la energía y mantener la comunicación inalámbrica entre el computador y el prototipo. El hardware principalmente se compone de un microcontrolador 18F2550 que gestiona la información, procesa los datos enviados desde la IMU y controla los motores a través del PWM disponible en su diseño de fábrica; una IMU GY85 que mide las variables requeridas para calcular el desplazamiento angular y modulos XBee para intercambiar información entre el computador y el prototipo de manera inalámbrica. Por la versatilidad y programación sencilla en Matlab, se desarrolla una interfaz de usuario donde se controla la configuración del hardware. Además, se programa las características del recorrido y se muestran datos de las variables medidas como: las distancias recorridas en cada eje, el voltaje de la batería y el voltaje entregado a cada uno de los motores, el ángulo de orientación del prototipo, un gráfico de la posición del prototipo en el plano y otras opciones como: calibración dinámica y estática del vehículo, número de muestras para la calibración, velocidad de transmisión, gráficos de voltajes y corrientes en los motores y el botón para acceder a la ventana para cear la trayectoria deseada