IL CUORE DI UN DRONE: Centralina di volo e IMU

Pubblicato : 06/04/2017 10:58:38
Categorie : Recensioni

Nel mondo di oggi, sempre più costantemente ci troviamo a vederci svolazzare allegramente, sopra la nostra testa, dei droni. Apparentemente può sembrare un meccanismo molto semplice, ma cosa avviene realmente all’interno di queste macchine? Scopriamolo insieme.

Esternamente ci salteranno subito all’occhio le parti esposte del mezzo, che stiamo prendendo in esame, ossia i motori che, vorticosamente, trasferiscono la loro forza a delle eliche vincendo così la forza di gravità e consentendogli di staccarsi da terra.

Ma è effettivamente tutto così semplice?! La risposta è no, all’interno del nostro simpatico mezzo aereo, mentre noi semplicemente lo stiamo guardando, nel tempo di un battito di ciglia, possono già essere stati fatti numerosi controlli e correzioni di assetto.

Un drone di per sé deve essere considerato a tutti gli effetti una macchina cieca, che percepisce il mondo che lo circonda semplicemente con dei sensori (GPS, accelerometri, giroscopi, barometro ecc…) i quali, elaborano una serie molto lunga di valori, giudicano cosa sia meglio fare per farla rimanere ferma, immobile e stabile a mezz’aria in attesa dei nostri comandi. 

Eseguiti tutti questi “controlli incrociati”, la centralina di volo (sarebbe più opportuno chiamarla Flight Controller) invia degli impulsi a delle schede (in gergo tecnico ESC, Electronic Speed Controller o più semplicemente regolatore) poste solitamente dentro i bracci (come nel caso dei DJI Phantom) oppure in prossimità del motore stesso (rimanendo esposte, come nel caso dei vecchi telai F450 o F550).

Una volta che i regolatori hanno rielaborato il segnale, aumentano o diminuiscono, ed al tempo stesso controllano, il numero di giri dei motori generando una ascesa o una discesa, oppure un semplice spostamento nello spazio della macchina. 

dji-imu-centralina-di-volo

Prendiamo attentamente in esame, ora, una parte fondamentale per l’orientamento del drone, la IMU (Inertial Measurement Unit).

L’IMU è una parte della centralina di volo, che racchiude al suo interno alcuni sensori quali accelerometri (uno o più a seconda del modello), giroscopi (uno o più a seconda del modello), un barometro e un termometro. Vediamo quali sono le loro funzioni in dettaglio. 

  • Accelerometro – misura le accelerazioni G della macchina, percependo gli spostamenti che avvengono lungo le tre direzioni
  • Giroscopio -  in questo caso non viene misurata una accelerazione lineare, bensì una velocità angolare, quindi percepisce le rotazioni del drone su se stesso
  • Barometro – misura le variazioni di pressione applicate alla macchina, permettendo alla F.C. di capire se sta cadendo nel vuoto oppure se sta salendo di quota.
  • Termometro – misura la temperatura della F.C, e, nel tempo, le sue variazioni. 

Data l’importanza non indifferente per il drone di questa piattaforma detta in gergo “inerziale”, qualora noterai il drone “driftare”, ossia spostarsi in maniera autonoma e lieve verso una direzione, anche non dando nessun tipo di input dalla radio, posso suggerirti di fare una calibrazione IMU tramite l’applicazione. Troverai questo comando semplicemente toccando nella parte centrale alta dello schermo dell’applicazione. 

dji-calibrazione-imu

E’ necessario, per avere un dato più affidabile possibile, effettuare la calibrazione IMU su una superficie ben livellata, con batterie cariche al 100%, non toccandolo durante l’intero processo (impiegherà circa 10 minuti di tempo) e soprattutto con il drone appena acceso, quindi “a freddo”.

Vi chiederete il motivo…la soluzione è molto semplice. Il drone registra la temperatura al momento della calibrazione, pertanto, ad una successiva accensione, laddove la IMU sia più fredda (rispetto alla temperatura di calibrazione) il pilota dovrà attendere qualche istante affinché il sistema torni alla temperatura di esercizio e fornisca il giusto consenso alla F.C.

Qualora il drone venga invece calibrato su una superficie non perfettamente piana, potrebbe non essere in grado di correggere gli spostamenti dovuti ad un elemento di disturbo, soprattutto in caso di forte vento.

dji-drone-nel-caso-di-forte-vento

Voglio fare una precisazione: tutte le macchine volanti coadiuvate da un sistema GPS per il controllo della posizione, non hanno mai un hovering accurato al 100%, pertanto il nostro scopo principale sarà quello di trovare un giusto compromesso.

Anche gli altri sensori contenuti nella IMU possono essere finemente settati sempre con la calibrazione e potrà risultarti utile quando, nel caso di errore IMU, avrai un drone non perfettamente in grado di mantenere un suo assetto di volo stabile. 

Alcuni prodotti DJI (vedi Phantom 4, Phantom 4 Pro e Mavic ad esempio) hanno una doppia piattaforma inerziale, pertanto un altro consiglio che posso darti è quello di avere uno status al 100% su entrambe le schede. 

dji-i-sensori-nella-imu

Alla prossima lezione ragazzi!

R. Ginebri

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