ES2564085B1 - Vehículo aéreo biomimético y zoosemiótico dirigido por piloto autómático - Google Patents

Abstract

Vehículo aéreo biomimético y zoosemiótico dirigido por piloto autómático.#El objeto de la presente invención es 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.#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 ambientalmente protegidas.

Description

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VEHlCULO aereo biomimetico y zoosemiotico dirigido por piloto

automAtico

descripcion

SECTOR Y OBJETO DE LA INVENCION

La presente invention se encuadra en el sector de los dispositivos voladores para aplicaciones tales como ahuyentar animales.

Especlficamente, constituye el objeto de la presente invencion un vehlculo aereo biomimetico y zoosemiotico que incorpora sensores y medios para detectar y ahuyentar animales, siendo su principal caracterlstica el que esta dotado de un piloto automatico programable.

Constituye igualmente un objeto de la presente invencion el uso de este vehlculo en aplicaciones como el control de determinadas plagas, as! como la inspection de zonas ambientalmente 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 interes economico o para su conservation. Los animales rehuyen las situaciones que perciben como un riesgo para su vida y poder reproducir los estlmulos que perciben como amenazante constituye un metodo efectivo para ahuyentarlos. La invencion trata de escenificar los mismos actos que se dan en la naturaleza para conseguir reacciones previsibles en los animales con vehlculos aereos biomimeticos que imiten su zoosemiotica pura y descriptiva: visual, acustica, tactil y qulmica, mediante el estudio de la zoologla, robotica, biomecanica, mecatronica y aeronautica para mimetizarse con el entorno, atraer, o ahuyentar animales. Con la mimetizacion se consigue no invadir los habitats naturales y realizar estudios veraces sobre el comportamiento animal y persecuciones discretas con importantes aplicaciones de investigation y policiales. Atraer y/o tranquilizar animales resulta interesante en estudios zoologicos, por ejemplo, para la captura y toma de muestras biologicas de individuos de especies amenazadas y otras aplicaciones como la ganaderla, un vehlculo con la apariencia biomimetica y comportamiento zoosemiotico es capaz de

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atraer individuos de la misma u otras especies hacia las zonas de captura u observation. Cada especie, en cada momento, puede requerir vehiculos aereos no tripulados biomimeticos distintos. Para ahuyentar se eligen maquetas del orden Falconiformes, Accipitriformes o Estrigiformes y la familia, genero y especie que mas teman los animales. Tambien puede ser efectivo en algunos casos mimetizar el vehiculo aereo como cualquier animal, aunque no sea volador.

Los pilotos automaticos comerciales disponibles no tienen capacidad de hacer movimientos zoosemioticos ya que estan pensados para realizar una navegacion sencilla hacia una serie de puntos de paso que previamente se han programado desde una estacion de control por un operador del sistema y no esta previsto que desde un ordenador, gobernado por los sensores del propio vehiculo, pueda realizarse un control autonomo del vuelo ni imitar movimientos biomecanicos propios de animales voladores y colaborar con otras utilidades que simplifican, abaratan trabajos relacionados y costes de production en procesos de: estudio, control, investigation, seguridad, medio ambiente, zoologia, agricultura, apicultura, ganaderia y pesca. La FAO considera que el control integrado de plagas puede suponer un ahorro del 30% de agua y el 60% de energia. Es posible incluso incrementar los rendimientos hasta seis veces, segun demuestran los ensayos con maiz realizados recientemente en Africa meridional, con rendimientos medios de las explotaciones que aplicaban este tipo de tecnicas en 57 paises de bajos ingresos aumentaron en casi un 80 por ciento.

Como antecedentes de la invention 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 aguila para proteger los cultivos agricolas. Utiliza un controlador para accionar un motor de un pequeno 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 aguila o halcon para repeler plagas de aves empleando su agudeza visual y auditiva con ojos chispeantes, cola movil 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 aguila que flota en el cielo con medios parlantes.

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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 area.

5) Documento de modelo de utilidad CN 2626860, publicado el 21 de julio de 2004, que muestra el empleo de tecnicas de aeromodelismo por control remoto para dispersar los pajaros en los aeropuertos, reproduciendo sonidos, ultrasonidos y luces.

Estos documentos imitan la forma externa de las aves rapaces para provocar la tatanofobia. Algunos intentan imitar el sonido y el vuelo de las aves rapaces accionando manualmente un dispositivo o con tecnicas de control a distancia. Pero ninguna habla de simular su zoosemiotica para atraer a otros animales, mimetizarse con su habitat o aumentar el miedo, pues no basta la simple presencia de la rapaz pasando por unas coordenadas satelitales. Un falconiforme, mas especializado en campo abierto, desarrolla un vuelo circular a determinada altura con las alas extendidas. Si imita un accipitriforme, mas oportunista y especializado en zonas boscosas, su ataque se situara por detras o ligeramente por debajo de la presa. Los movimientos ayudan a los animales a identificar con claridad y precision la amenaza que representa la especie reproducida por el vehlculo aereo o a un companero de su especie.

El vehlculo aereo objeto de la presente invencion tiene ventajas con respecto a los comerciales incapaces de llevar a cabo funciones de vuelo, desplazamiento y simulacion de ataques reales tlpicos de cada especie, combinando la lectura de senales satelitales con las del microprocesador y los sensores. Es una herramienta muy util para colaborar en la agricultura compatible con la conservation del medio ambiente pues su uso no solo evita la depredation animal sino la contamination de otras zonas, cuando transportan en sus patas, picos, pelos y plumas, insectos, parasitos, hongos y patogenos.

EXPLICACION DE LA INVENCION

En un primer aspecto, constituye un objeto de la presente invencion un vehlculo aereo biomimetico y zoosemiotico que comprende un fuselaje (1), el cual incorpora:

- al menos un motor electrico alimentado por baterlas recargables (10) y sistemas de retroalimentacion (9)

- helice y un rotor acoplado al eje de salida del motor electrico

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- servomotores para los mecanismos de accionamiento de las partes moviles del vehlculo aereo, incluyendo timones de profundidad (3) y timon de direction (13).

- sistemas de disparo accionados por un servomotores

- microfonos y medios parlantes

- camara fotografica de vision y grabacion, termica y/o termografica e infrarroja (7)

y ademas comprende un piloto automatico configurable (2) en codigo abierto con tarjetas de control y reles (6) conectado a una base de control en tierra (8), asl como modulos inerciales que incorporan:

- brujula digital

- giroscopios

- magnetometros

- unidades de medicion inercial

- barometro

- telemetrla

- compas digital

asl como sonar y medios para la medida de la presion.

El vehlculo mimetiza preferentemente falconiformes, accipitriformes o estrigiformes.

En sucesivos modos de realization preferente de la invention, los servomotores accionan los mecanismos de alas y cola si el vehlculo es de ala fija o el plato clclico y alerones para el giro clclico si el vehlculo es un helicoptero del tipo monorrotor, birrotor, entrelazado o coaxial, en tandem multirrotor, aerostato u ornitoptero.

En un modo de realizacion preferente del vehlculo objeto de la invencion, el piloto automatico configurable esta basado en una placa, la cual incorpora un microcontrolador de 32 bits y tarjetas de comunicacion.

Un modulo satelital del Sistema de Navegacion Global por Satelite permite al vehlculo navegar por puntos de paso predefinidos.

Los medios de medida de la presion incluidos en el vehlculo aereo se seleccionan entre anemometros de presion o tubos Pitot.

Opcionalmente, el vehlculo aereo incluye al menos uno de los siguientes dispositivos:

- placas solares (11)

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- radiobaliza (12)

- camara de control estabilizada

- sistema de comunicacion por radiofrecuencia

- control de obturador

- control mediante "joystick”

- enlace de video programable en pantalla en vivo

- cono del motor con espejos cuando se utiliza para ahuyentar

- dispositivo de ondas ultrasonicas y/o laser (7)

- sensores volumetricos y de calor (4),

asl como medios para la iluminacion (5) de los contornos, formas y tinturas que favorezcan la mimetizacion, la repulsion o la atraccion.

Constituye otro objeto de la presente invention el uso del vehlculo aereo para las siguientes aplicaciones:

- ahuyentar, atraer o mimetizarse con especies anlmales, especialmente en campos de cultivo.

- inspection de zonas protegidas, especialmente tendidos electricos y subestaciones.

BREVE DESCRICPCION DE LAS FIGURAS

Figura 1: Representation esquematica de una forma de realization del vehlculo aereo biomimetico y zoosemiotico en la cual:

1. -Fuselaje

2. - Piloto automatico

3. - Timones de profundidad

4. - Sensores volumetricos y de calor

5. - Sistema de iluminacion externa

6. - Tarjetas de control y reles

7. - Laser, sensores, camara fotografica, de video, infrarroja y/o termica

8. - Base de control en tierra

9. - Sistemas de retroalimentacion

10. - Baterla

11. - Placas solares

12. - Radiobaliza

13. - Timon de direccion

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Figura 2: Algunas representaciones biomimeticas que puede adoptar el vehlcuio aereo. DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

La invention representa la figura y zoosemiotica tlpica de cualquier animal volador, mediante un vehlculo aereo biomimetico con la intention de: mimetizarse con el entorno, atraer animales, ahuyentarlos y con aplicaciones en agricultura de precision y seguridad.

Cuando la aeronave tiene forma de rapaz, su presencia es suficiente para ahuyentar a otros vertebrados, pero su efectividad aumenta al reproducir los movimientos tlpicos del ataque de las rapaces. El miedo aumenta con un dispositivo con el que reproduce los sonidos de agonla, auxilio y/o dolor de la especie a combatir. El microprocesador acepta diversos paquetes digitalizados de interpretacion para simular estas escenas. La invencion tiene en cuenta la sensibilidad espectral de cada especie a distintas longitudes de onda. Esta cualidad es utilizada por el dispositivo para atraer, molestar, danar y/o atacar con las luces estroboscopicas, los reflejos lumlnicos y/o el laser. La qulmica juega un papel fundamental en animales como los mamlferos e invertebrados y les provoca una repulsion o atraccion que les tranquiliza, confunde o combaten. El disparo de cualquier dispositivo evita el acomodamiento visual y el riesgo de habituation ante la presencia continuada de la amenaza. El fuselaje incorpora, al menos, un motor electrico alimentado por baterlas recargables en cuyo eje de salida se acopla un rotor, servomotores para los mecanismos de accionamiento de alas y cola si es de ala fija y/o aerostato, servomotores para el plato clclico si es un helicoptero en cualquiera de sus variedades: monorrotor, birrotor, entrelazado o coaxial, en tandem y multirrotor o una combination de ornitoptero y ala fija o ala rotatoria para mejorar la perception visual y aerostato donde la propia presion del gas mantiene la estructura biomimetica. Sistema de disparo accionado por un servomotor. Los microfonos y altavoces permiten comunicarse directamente desde la aeronave, grabar y/o emitir sonidos.

Puede incorporar camara fotografica, de vision y grabacion, cromatografica, termica e infrarroja para inspeccionar zonas de diflcil acceso, detecta intrusiones animales en total oscuridad y bajo cualquier condition meteorologica. La vision multiespectral supone ampliar la respuesta de las camaras a los espectros ultravioleta e infrarrojo, detectando formas y problemas que pueden pasar inadvertidos, especialmente cuando se reduce la luminosidad. El funcionamiento del vehlculo aereo objeto de la presente invencion para ahuyentar aves granlvoras de un campo de girasol serla el siguiente:

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1. - Cuando se activa manualmente una mision o se detecta un amenaza por medios tales como radar u otros sensores, el vehiculo despega y se dirige al primer punto de paso configurado.

2. - Se introduce el software de navegacion para activar acelerometros, magnetometros, compas y demas actuadores digitales y mecanicos como servomotores y propulsion.

3. - Al llegar al punto satelital, el piloto puede iniciar o no la simulation de un ataque activando un paquete algoritmico de estabilizacion zoosemiotico espedfico durante el tiempo programado. Despues se dirige hacia el siguiente punto de paso y asi sucesivamente. Tambien se puede programar su zoosemiotica durante toda la trayectoria entre los dos puntos satelitales. Estos movimientos, exigen un mayor consumo energetico.

4. - Admite datos de otros sensores colocados en tierra y puede activar cualquier dispositivo o actuador fisico para aumentar el miedo.

5. - Finalizada la mision, aterriza y espera el siguiente disparo, mientras, carga las baterias. En una configuration opcional, el vehiculo podria volver a despegar o provocar la salida de otro vehiculo.

MODO DE REALIZACION DE LA INVENCION

En un modo de realization particular, el vehiculo aereo objeto de la invention incorpora un piloto automatico programable basado en una placa Arduino con un microcontrolador CortexM3 de ARM (Advanced Rise Machines) cuyos modulos inerciales pueden integrar diferentes tipos de sensores, como el sonar LV MaxSonar EZ-1 de MaxBotics con salidas en serie y analogicas que son las que se utilizan por motivos de latencia, con una pulgada de resolution y un alcance de 6 metros.

Su disparo puede activar cualquier dispositivo. Brujula digital, giroscopios para realizar giros y piruetas definidas y creibles, magnetometros, Unidades de Medicion Inercial (IMU), barometro, telemetria en general y compas digital, sensores de orientation (que combinan el acelerometro y el magnetometro con la lectura de los campos gravitatorios y magneticos terrestres) y anemometro de presion o tubo Pitot. Los acelerometros junto a los sensores de ultrasonidos y/o laser miden la altitud hasta unos 9 metros, a partir de la cual intervienen los

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sensores de presion de silicio que dan una precision centimetrica y ayudan a estabilizar la aeronave.

Las tarjetas de comunicacion del piloto automatico estan basadas en el transceptor FT232R con microcontrolador ATmega8U2. El vehlculo incluye un modulo satelital del Sistema de Navegacion Global por Satelite (GNSS) que permite navegar por los puntos de paso. Incorpora radiobaliza, vuelta a casa por fallo vital del sistema (FailSafe), despegue y aterrizaje autonomo, camara de control y estabilizacion de tres ejes, control de obturador, sistema de comunicacion por radiofrecuencia, control mediante joystick, enlace de video programable en pantalla en vivo, visibilidad mediante graficos en programas de aplicacion de los sistemas de information geografica destinados a mostrar y editar cartografla en entornos web mapping como Google Earth desde donde se pueden disenar los puntos de paso y los vuelos.

Se ha modificado el codigo de la base de control y ficheros como el ACME del acelerometro para los puntos de paso, anadiendo funciones y comportamientos propios con un software de control en eclipse que controla sensores, motores y aceleraciones y se han introducido paquetes digitalizados y configurados de cada especie.

El microprocesador regula el cumplimiento en cada punto de paso satelital de la mision preestablecida en la plataforma de desarrollo con un software de codigo abierto, donde se crean los programas para los dispositivos que permiten la lectura y control de cualquier sensor o actuador flsico con una arquitectura robusta y un control de sensores con bucles superpuestos para su realimentacion. Su programacion en Arduino y el lenguaje basado en Wiring permite su ampliation a traves de librerlas de C++ en un entorno de programacion basado en Processing. El puerto de entrada I2C (Inter-Integrated Circuit), caracterizado por tener dos llneas de informacion: una para la transmision de datos y otra para el reloj, permite construir matrices de sensores, programar rutas en 3D y comandos de mision.

El control de los servomotores se efectua por hardware, algoritmos y filtros avanzados basados en matrices de cosenos directrices que mejoran el sensor de fusion de datos como el Premerlani-Bizard robust direction cosine matrix estimator que, para transformarlo en un filtro Kalman, mas pesado, utiliza una matriz de rotation o matriz de cosenos directores que describe la orientation de un sistema de coordenadas con respecto al otro. La transformation contraria se realiza con la inversa de la matriz de rotacion, que resulta ser identica a la matriz transpuesta, de modo que al ser una matriz ortogonal y relacionarse con

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los angulos de Euler, cambia conforme a la orientacion del vehlculo aereo. La integration numerica se consigue haciendo sucesivas multiplicaciones con las medidas aportadas por el giroscopio en milisegundos. Como los errores numericos del producto vectorial del vector de referencia con el de la matriz de cosenos directores son acumulativos en el tiempo, la matriz va perdiendo una ortogonalidad que hay que corregir volviendo a escalar sus filas para que sean vectores de magnitud 1 y retomar la medida del giroscopio para anular los errores anadidos al offset, que desaparecen con la integral, con la toma de otra medida de orientacion sin offset como la del GPS (cuando es un vehlculo de ala fija para obtener la guinada) y magnetometros de tres ejes (para vehlculos de despegue vertical).

El control de los angulos de guinada, alabeo y cabeceo, ordena la estabilizacion y la navegacion. Los dos ultimos son supervisados por dos controladores con componentes proporcional y derivativo, e independientes de la guinada que es controlada ademas con la action integral del algoritmo de calculo del control por realimentacion. Sus analisis determinan las ganancias independientes de cada controlador para establecer velocidades y/o position de los servomotores en cada punto satelital, segun sus algoritmos zoosemioticos. Existen tantas alternativas de programacion como vehlculos biomimeticos, sensores y misiones. Para que el vehlculo aereo se mueva con cierta ligereza y despierte el miedo cuando se utiliza para ahuyentar, necesita que el procesador trabaje a la maxima frecuencia para obtener una aceleracion que mejore su zoosemiotica. Al introducir el sketch (boceto) mediante la tarjeta de comunicacion para controlar el vehlculo se reciben las cadenas con formato del programa. Esta operation tambien se puede hacer en vuelo aunque esta supeditada al alcance del WiFi que tambien exige un mayor consumo energetico. Despues de la funcion setup se inicia un programa sketch que se emplea para iniciar variables, establecer el estado de los pins e inicializar librerias. Esta funcion se ejecuta una sola vez despues de conectar la placa a la fuente de alimentacion. Luego, el algoritmo loop se ejecuta consecutivamente una vez por ciclo, pudiendo utilizar las estructuras de control para definir los periodos de ejecucion deseados, implementando un completo planificador que selecciona el codigo a ejecutar en cada ciclo, permitiendole al programa variar y responder. En el interior de esta funcion se ubica el algoritmo para controlar de forma activa la placa de Arduino. El metodo loop estructura la ejecucion de la entrada en diferentes metodos y funciones que, limitadas por la memoria, a veces ha exigido una codification optimizada y exigente frente a un codigo legible. Mediante la libreria Libcompass y tras abrir el Sistema de Desarrollo Integrado (IDE: Integrated Development Environment) el GetHeadingSerial devuelve por el puerto serie el angulo del sensor respecto del norte y CalibrateCompass permite calibrar el sensor. Despues de subir este sketch mide

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los campos magneticos de alrededor y se calibra para obviarlos respecto al terrestre. Esta calibration hay que hacerla cuando todos los componentes estan ubicados en su lugar definitivo para no crear perturbaciones magneticas ni medidas incorrectas provenientes, por ejemplo, de los motores. Instalada la librerla y efectuado el conexionado y la alimentation aparece en la pantalla grafica el dato del sensor que se utilizara para recibir por serie el angulo y solicitar a compass.GetHeading.

Una vez calibrado se establece el firmware, verifican los valores y configuran el sistema de emision, los modos de vuelo, los algoritmos de calculo del PID (proporcional, integral y derivativo) y las misiones con sus puntos de paso. Las variables que se envlan, cada pocos milisegundos, en cada paquete solicitado por la estacion de tierra para actualizar las etiquetas de la pantalla son: latitud, longitud y altitud actual del vehlculo, numero de satelites que observa el GPS, 3 angulos de orientation de la IMU y distancia al punto de destino. El vehlculo se dirige hacia ese punto definido por la latitud, la longitud y la altitud usando la information proporcionada por el GPS y manteniendo una trayectoria en llnea recta. Existe un margen configurable alrededor del punto de paso donde se considera que la aeronave se encuentra y que tambien puede ser utilizado para introducir algoritmos zoosemioticos ejecutables sin que suponga un avance hacia el siguiente punto de paso. Como en cualquier otro caso, este radio de action modificable, permite activar en los vuelos circulares una simple tarjeta de rele que corta un servomotor durante algunos segundos, para provocar caldas y perdidas de control momentaneas, emitiendo sonidos que significara para algunos animales, el inicio y el exito de los ataques.

Esta configuration se programa con una altura suficiente para no poner en riesgo el vehlculo aereo. Establecer trayectorias zoosemioticas entre los puntos de paso exige un mayor coste energetico y computacional que un vuelo normalizado. La IMU proporciona la latitud, longitud y el angulo de guinada, que corresponde con la direction del vehlculo, medido como el angulo que forma con respecto a la direction norte comprendido entre 0° y 360°, donde 90° corresponde con la direction este y 270° la direction oeste. De modo que, para que la ecuacion arcotangente devuelva un angulo que englobe toda la circunferencia habra que tener en cuenta los signos del numerador y denominador. Esta funcion del compilador atan2, se utiliza para el diseno zoosemiotico.

Para comenzar el codigo, se implementan los drivers de los motores de propulsion y servomotores, instalando un control de position, velocidad y aceleracion, que utiliza una rampa de aceleracion con un perfil S-profile en el arranque para que algunos movimientos

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sean mas suaves, naturales y eviten la fatiga de materiales. El control de velocidad puede llegar a generar pulsos maximos de 25 khz y el control de posicion funciona a 1 khz. Las modificaciones que se hacen en la aplicacion de prueba se trasladan al codigo final que se carga, como cuando un motor no gira en el sentido adecuado y se modifica el codigo delfine INVERT_X_ASIS. Otra forma de programacion consiste en utilizar el dispositivo de disparo de encendido/apagado de video para la simulation de movimientos carenciados por tiempo determinado y/o el dispositivo de la camara fotografica para activar los paquetes de algoritmos zoosemioticos en los puntos de paso establecidos hasta la llnea de codigo pertinente, grabando incluso un evento en el LOG que muestre las coordenadas en las que fueron realizados.

Para conseguir que el codigo sea mas aslncrono, se evita usar la funcion delay que detiene la ejecucion del codigo haciendo una parada slncrona. El piloto automatico ejecuta con cierta frecuencia, segun los casos, un llamamiento a varias subfunciones por lo que no se debe parar sino que, en cada ejecucion de APM (Advanced Power Management) solicita en que estado se encuentra la camara y, en funcion de esto actuar sobre el delay. Es decir, para no realizar paradas se define el estado en el que esta durante un tiempo determinado, tras el cual pasa a otro estado. Se crea una clase denominada APM_ataque, que representa el dispositivo. Esta clase es la que hace todo lo que tenga que ver con la simulacion de ataques. Con ello, se alsla al maximo su funcionamiento del codigo original de APM. Cuando se utiliza el sistema de disparo de la camara fotografica que ya incorpora el piloto para iniciar las escenificaciones, un atributo de la clase representa el estado de la camara: apagada, encendiendose, apagandose, encendida. Dentro de la clase, se definen los tiempos como constantes. Si se utiliza otra version de otro piloto en la que los tiempos sean diferentes, solo hay que retocar este atributo.

En el programa principal de Ardupilot, cuando se desee encender el dispositivo se hace una llamada a una funcion de la clase que comprueba que la variable de estado toma el valor “apagada”, de lo contrario se saldra del punto de paso. En caso de que el valor de la variable sea “apagada”, cambia el valor de la variable a “encendiendose”, y continua la ejecucion. La funcion se ejecuta siempre en el programa principal comprobando si el estado de la camara es diferente a “apagada”. Si es asl, hay que comprobar si ha transcurrido el tiempo necesario para pasar al siguiente estado y, en caso afirmativo, actuar sobre el rele, cambiar el valor de la variable de estado y continuar la ejecucion. En este caso, el tiempo entre foto y foto, es decir, entre un paquete zoosemiotico y otro, es de unos 8 segundos.

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En esta programacion no se controla con exactitud cuando se ha terminado de tomar la foto y por tanto, el fin de la mision, pues no define cuando se esta encendiendo que es justo cuando han pasado los 2 segundos necesarios para pulsar el boton de encendido o, apagando (static void take_picture y one button mode), cuando pasan los 2.5 segundos necesarios para el apagado. Por eso, si se desea mostrar alguna zoosemiotica en ese punto de paso, hay que empezar el proceso antes y calcular cuando debe empezar para que, despues de 4.5 segundos, el vehlculo este dentro del punto de paso. Cuando ejecuta este sketch el piloto se queda varios segundos en espera mientras el rele en cuestion continua activado. En definitiva, para evitar la funcion relay, se crea un subrutina dentro de la funcion void_loop y sus respectivas funciones y sentencias o se trabaja con la funcion PORTL|=B00000100 y PORTLA=B00000100. Para primar el numero de pasos de los motores sobre su duracion sin que el sistema se bloquee y poder trabajar con otras funciones, se evita la instruction delay(1000) usando la funcion loop y desde aqul, controlar el valor de una variable establecida de modo que al ordenar la activation se requieran los milisegundos con milis y se almacenen en una variable previamente establecida en el setup. Desde loop se observa como se trabaja con el resto del codigo pero la diferencia entre el tiempo actual y los almacenados al inicio (que seran superiores a 1000) permite cambiar el estado de esa funcion. Otra forma de programacion mas practica consiste en tomar fotos continuamente, es decir, el dispositivo mantiene constantemente activados los dispositivos zoosemioticos, mientras, se puede enviar a la salida live por video inalambrico la information georeferenciada incrustada a traves del On Screen Display y observar en tiempo real en que lugar la plaga es mayor para la toma de decisiones posteriores. Este diseno obliga a tomar datos continuos de la navegacion. Para no tocar la programacion en el piloto, se instala el controlador de Texas Instruments MSP430 que permite infinidad de combinaciones, un consumo casi nulo y ampliaciones mediantes sus entradas. Entre sus programaciones posee activaciones con lapsos de tiempo que oscilan entre 1, 2, 5, 10, 30 o 60 segundos. Este diseno puede estar condicionado a la activacion de otros sensores como los de presencia. Por ultimo, la versatilidad de la plataforma permite anadir una placa de control Arduino Pro Mini con el chip 328 con 16 puertos digitales de los cuales 6 se pueden utilizar como PWM (pulse-width modulation) que, para evitar las interferencias por radiofrecuencia tlpicas de estos circuitos, se instala cerca de la carga y se filtra la fuente de alimentation. Las demas tambien pueden ser configuradas como salidas PWM mediante hardware incorporado en el microcontrolador y realizar la conversion a pulsos PWM en el resto de pines.

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Para el diseno correcto de un algoritmo de navegacion es necesario conocer la orientacion que aporta la brujula digital de tres ejes HMC5843 que se comunica a traves de las dos llneas I2C de la placa y sus dos entradas analogicas. Se conectan los sensores de infrarrojos y/o de ultrasonidos. Si son necesarias mas entradas se utiliza un multiplexor analogico (como el MC14051) que amplla ocho llneas mas. Como la plataforma tiene dificultades para la depuracion de codigos se implementa un sistema complementario de mensajes de depuracion tanto para poder realizar pruebas unitarias, como para depurar codigos en casos de comportamientos anomalos. Se han optimizado codigos para mejorar los timers y otros mecanismos especlficos del hardware, se han instalado planificadores para controlar y limitar el tiempo de ejecucion de cada rutina y se ha modificado la forma de modularizar y estructurar el codigo para optimizar tanto el rendimiento como el uso de la memoria.

Para el archivo del GPS se crean algoritmos basados en la obtencion de la posicion actual y el calculo de la distancia que en vez de usar la trigonometrla se utiliza un metodo que relaciona las coordenadas de latitud y longitud de ambos puntos con el radio de la tierra basado en la formula de Haversine. La arquitectura del software esta sujeta a la estructura general de un programa desplegable en la plataforma Arduino que debe contar con dos procedimientos a modo de punto de entrada (entry point) que se reclaman automaticamente por el planificador del framework. A partir de loop el resto del codigo se puede modularizar y estructurar como se desee. Tras el setup se inicializan los registros y variables de cada driver y se ejecutan los posibles procedimientos de calibrado de los sensores analogicos y protocolos de initialization necesarios. Para gestionar los recursos y controlar la ejecucion de cada modulo software, se implemento un planificador en el procedimiento loop que realiza las llamadas al resto de los modulos como los drivers de entrada/salida encargados de comunicarse con los sensores de diferentes maneras, as! como de proveer una interfaz de acceso a los valores recibidos de los sensores y/o escritura (del tipo get/set) de los valores de salida hacia los motores, de manera que el resto de modulos pueda comunicarse con todos los dispositivos de entrada/salida sin preocuparse del protocolo o tecnologla usada por el driver.

Incorpora bobinas resonantes con antenas de captation de campos magneticos, interferencias radioelectricas y ruido electromagnetico (energy-harvesting) que actuan como un transformador. Esta senal senoidal, de la misma frecuencia que la generada, se rectifica para conseguir una senal continua utilizando diodos de germanio. Conectando otro receptor con los bucles de la bobina enrollados en sentido contrario a la primera, imita un rectificador

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de onda completa que, junto a una resistencia y un condensador hace un filtro eficaz con unas perdidas mlnimas. Esta amplification es efectiva conectando en serie hasta cinco dobladores de voltaje que van recibiendo la senal alterna del condensador, amplificada en cada etapa de modo que al quinto ya no genera ningun voltaje e incluso pierde tension por los diodos. Los rizados superpuestos acaban generando una senal continua. Esta energla junto a la de las celulas solares, el motor Bedini y/o motor Stirling, son amplificadas por el ladron de Joules (Joules Thief) para aumentar la autonomla de las baterlas.

La configuration del piloto automatico admite los datos de otros sensores de vision o atencion colocados en tierra o el reconocimiento de voz que permite intervenir en el vuelo mediante ordenes verbales que pueden ser encriptadas para que no se pueda pilotar por personal no autorizado.

En aplicaciones de inspection de tendidos electricos, el vehlculo incluye una a camara ultravioleta de efecto corona que busca la presencia de contaminantes en las cadenas de aislamiento de las llneas y de un lavado poco efectivo en las mismas, campanas de las cadenas en cortocircuito, danos en conductores, tornillerla, herrajes, conexiones flojas de los componentes y verification de reparaciones realizadas. Con la camara termografica e hiperespectral se detectan fotones emitidos por calor para prevenir fallas electricas optimizando el mantenimiento y paros no programados.

Para la transmision de video, el vehlculo incorpora una camara que trabaja en frecuencias de 5.8 GHz, eliminando las interferencias sobre el enlace de control y un amplificador de fidelidad inalambrica (WiFi), IEEE 802.11b de 1000 mW de potencia de salida que permite extender aplicaciones durante varios kilometros como el FPV (First-person view).

Claims (11)

1. 5

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   REIVINDICACIONES

   1. - Vehlcuio aereo biomimetico y zoosemiotico que comprende un fuselaje (1), el cual incorpora:

   - al menos un motor electrico alimentado por baterlas recargables (10) y sistemas de retroalimentacion (9)

   - helice y un rotor acoplado al eje de salida del motor electrico

   - servomotores para los mecanismos de accionamiento de las partes moviles del vehlculo aereo, incluyendo timones de profundidad (3) y timon de direction (13)

   - sistemas de disparo accionados por servomotores

   - microfonos y medios parlantes

   - camara fotografica, de vision y grabacion, termica y/o termografica e infrarroja (7) caracterizado porque comprende un piloto automatico (2) configurable en codigo abierto con tarjetas de control y reles (6) conectado a una base de control en tierra (8), asl como modulos inerciales que incorporan:

   - brujula digital

   - giroscopios

   - magnetometros

   - unidades de medicion inercial

   - barometro

   - telemetrla

   - compas digital

   asl como sonar y medios para la medida de la presion.
2. 2. - Vehlculo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque mimetiza falconiformes, accipitriformes o estrigiformes.
3. 3. - Vehlculo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los servomotores accionan los mecanismos de alas y cola si el vehlculo es de ala fija.
4. 4. - Vehlculo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los servomotores accionan el plato clclico y alerones para el giro clclico si el vehlculo es un helicoptero del tipo monorrotor, birrotor, entrelazado o coaxial, en tandem, multirrotor, aerostato u ornitoptero.

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5. 5. - Vehlcuio segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el piloto automatico configurable esta basado en una piaca, la cuai incorpora un microcontrolador de 32 bits y tarjetas de comunicacion.
6. 6. - Vehlculo segun la reivindicacion 5, caracterizado porque incluye un modulo satelital del Sistema de Navegacion Global por Satelite que permite navegar por puntos de paso predefinidos.
7. 7. - Vehlculo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los medios de medida de la presion se seleccionan entre anemometros de presion o tubo Pitot.
8. 8. - Vehlculo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque incluye adicionalmente al menos uno de los siguientes dispositivos:

   - placas solares (11)

   - radiobaliza (12)

   - camara de control estabilizada

   - sistema de comunicacion por radiofrecuencia

   - control de obturador

   - control mediante "joystick”

   - enlace de video programable en pantalla en vivo

   - cono del motor con espejos cuando se utiliza para ahuyentar

   - dispositivos de ondas ultrasonicas y/o laser (7)

   - sensores volumetricos y de calor (4)
9. 9. - Vehlculo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque incluye medios para la iluminacion (5) de los contornos, formas y tinturas que favorezcan la mimetizacion, la atraccion o la repulsion.
10. 10. - Uso de un vehlculo segun se define en las reivindicaciones 1 a 9, para ahuyentar especies animales, atraerlas o mimetizarse.
11. 11. - Uso de un vehlculo segun se define en las reivindicaciones 1 a 9 para la inspection de zonas protegidas.