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Um Helimodelo no XV Simpósio Multidisciplinar

8 de September de 2009

Esse é mais um daqueles posts Off-Topic que não tem nada a ver com nada. Ou quase nada. Acho que a maioria de vocês já esta cansada de saber que este é meu último ano da universidade e que este ano estou todo enrolado com nosso Trabalho de Graduação (TG). Quem acompanha meu Twitter tem uma idéia de como isso tem tomado meu tempo. Você pode estar se perguntando: “O que faz este projeto?”. Em uma palavra: “Nada”. Estamos trabalhando a mais de um ano desenvolvendo hardware, firmware, driver, software e controle para que o projeto não faça nada. Na verdade, o objetivo é que não aconteça nada com um helimodelo em voo. Tá, tudo bem, desde o começo agora.

Era uma vez um helimodelo

Alguns de vocês já sabem que além de programador retardado, também tento gastar o tempo que não tenho como helimodelista. Um helimodelo é um helicóptero em escala reduzida, equipado com motor à combustão ou mesmo elétrico. Com as funcionalidades de um helicóptero convencional, é capaz de realizar voos com as mesmas características e liberdade de movimentos. Na verdade, quanto à capacidade de voo, um helimodelo pode fazer mais que um helicóptero real. Não é incomum ver um helimodelo voando de cabeça para baixo.


Um helimodelo é controlado por um sistema de rádio controle que determina os movimentos de servomotores instalados na aeronave. Cada servo tem seu papel específico dentro do helimodelo. Um controla o acelerador, outro a inclinação das pás do rotor de cauda e assim por diante.

É fácil controlar um helimodelo?

Não mesmo. O rádio controle possui dois sticks, e assim, são 4 os movimentos que você deve comandar ao mesmo tempo, isso além das chaves adicionais. O grande problema é que para ganhar os reflexos necessários para fazer a correção leva um certo tempo de treino. Acredite, você não vai querer um helimodelo voando desgovernado perto de você. Além do risco de se ferir, é quase certo que o helimodelo acertará algo e se dividirá em vários pedaços. Posso dizer que este não é um equipamento barato e cada queda pode significar centenas de reais para colocar tudo para funcionar novamente. Para começar com esse hobby normalmente utilizamos um simulador.


Um simulador é muito parecido com um vídeo-game. Com ele você recebe um joystick especial que é uma réplica de um rádio controle, mas que faz interface USB com seu computador. Você utiliza tal joystick para controlar um helimodelo na tela do seu computador. Assim, a cada queda que o modelo sofrer, basta apertar um botão de reset no próprio controle para que você possa tentar novamente. Quando eu estava começando no hobby, todos me indicaram um simulador até que comprei um. Fiquei pensando: “Que dificil que nada… Pra cima de mim? Só se for pra esses coroas. Tenho mais de vinte anos de vídeo-game nas costas”. Quando comecei a brincar com o simulador ví que não era tão fácil assim. Dezenas e dezenas de quedas. Os simuladores são realmente um excelente início. Eles conseguem reproduzir com grandes detalhes o comportamento de um modelo.


Depois do simulador, você normalmente faz aulas de voo. E para isso você contrata um instrutor. Mas o que pode fazer um instrutor além de lhe desejar boa sorte? O que acontece é que rádios controles podem ser ligados por um cabo de treinamento. Esse cabo permite que o instrutor possa controlar o helimodelo, e com o mudar de uma chave, o controle passa para a mão do aluno. Se o aluno perder o controle sobre o modelo, o instrutor pode tomar o controle de volta e evitar que seu helimodelo novinho se transforme num monte de lixo.

Legal, mas e o projeto?

Nosso projeto tem como objetivo controlar um helimodelo em voo de forma a estabilizá-lo. Por isso digo que nosso projeto vai fazer nada. Houve professor que ainda disse: “Caramba! Vocês vão fazer tudo isso para fazer um helicóptero ficar parado?”. Se você é um helimodelista, sabe que manter o helimodelo parado é o primeiro desafio de um piloto. Mesmo em ambientes sem vento, estabilizar um helimodelo requer uma boa quantidade de experiência. Nosso objetivo final seria descrever um plano de voo simples onde ele decole, estabilize no ar, faça alguns movimentos e finalmente pouse. Não queremos dar um passo maior que a perna. Vamos ver o que conseguimos até o dia da apresentação.

Para detectar os movimentos do helimodelo, nós instalamos alguns sensores no helimodelo, os dados dos sensores são reunidos por um microcontrolador que está instalado numa placa também a bordo do helimodelo. Depois de reunidos, os dados são enviados à uma outra placa em solo através de um módulo ZigBee. Na foto abaixo pode-se ver nossa plaquinha. Essa placa em solo é um kit da Atmel que tem suporte a diversas interfaces, sendo a USB uma delas. Assim, escrevemos o firmware e o driver USB para fazer com que tais leituras agora fossem recebidas pelo nosso software de controle.


Para fazer o controle, utilizaremos o novo Toolkit de lógica Fuzzy que está disponível no novo LabVIEW 2009 da National Instruments. Para quem não conhece, o LabVIEW é uma das principais ferramentas de controle utilizadas pela engenharia moderna. É possível fazer programas de controle apenas desenhando e arrastando componentes sobre a tela, pode parecer contraditório um desenvolvedor de baixo nível dizer isso, mas toda essa abstração nos dá tempo para dedicar às coisas que realmente precisam de tempo. A ferramenta também dispõe de interfaces de I/O permitindo trabalhar com sensores e atuadores diretamente sobre o meio eletrônico.

Uma outra informação interessante é que o Toolkit de PID e Lógica Fuzzy foi completamente re-escrito e reformulado com a ajuda de um brasileiro. Isso mesmo, Bruno Cesar (na foto ao lado) trabalha na National Instruments Brasil e foi um dos responsáveis por esse desenvolvimento. Acha isso conhecidência? Então o que você me diria ao saber que ele também se formou na Universidade São Judas Tadeu? Bruno esteve semana passada no campus da Mooca dando uma palestra sobre o novo módulo de lógica Fuzzy. Isso nos deu mais certeza de que a lógica Fuzzy é a ideal para nosso problema de controle, já que ela é perfeita para lidar com problemas complexos onde não se tem o modelo matemático que descreva o comportamento de um helimodelo. A lógica Fuzzy se baseia na experiência de um operador para atuar sobre os controles. É bem interessante.

O LabVIEW também nos permite que façamos chamadas à DLLs. Essa foi uma maneira simples que conseguimos para fazer com os dados que estavam no driver chagar ao software de controle. Assim, criamos uma DLL que abstraísse muitas das complicações de se interagir com um dispositivo USB. O LabVIEW apenas chama funções do tipo LeAmostra() que já retorna o dado pronto para o uso. Todo aquele código com CreateFile() e DeviceIoControl() ficou por conta da DLL, além de outras funções auxiliares.

Agora vocês podem estar se perguntando: “Mas como o LabVIEW vai atuar sobre o helimodelo?”. Lembra daquele cabo de treinamento? Nossa placa USB vai receber as ações de controle do LabVIEW através da mesma DLL. Para fazer com que tais comandos sejam aplicados sobre o helimodelo, fizemos com que nossa placa USB se comporte como um rádio controle, que utilizará o cabo de treinamento para aplicar o controle sobre o helimodelo. Obviamente ainda teremos um piloto segurando o rádio no papel de instrutor, principalmente para evitar acidentes, onde um mal funcionamento de nosso projeto poderia transformar meu helimodelo num monte de lixo.

O Simpósio Multidisciplinar

Desde que comecei a escrever sobre o projeto neste blog, algumas pessoas ficaram curiosas e disseram: “Me avise quando houver alguma apresentação”. Bom, esta é a sua chance de dar uma olhada em alguns projetos. Nosso projeto foi aceito para ter um espaço neste evento que vai acontecer de 18 a 25 de setembro na Universidade São Judas Tadeu. Serão várias apresentações curtas de 15 cada. Os projetos ainda não estão terminados, e dessa forma, você ainda não verá nenhum helimodelo voando sozinho por lá, mas estaremos com nosso equipamento dispostos a responder algumas perguntas. O simpósio é aberto à visitação pública. Não é necessário ser aluno para participar, basta se inscrever gratuitamente no site da universidade e pronto. Se quiser discutir um pouco sobre sensores, microcontroladores, firmwares, drivers, controle ou ainda helimodelismo, mesmo que durante um café, é só aparecer.

Bom, é isso aí. Já escrevi demais. Agora preciso voltar ao meu projeto.
Até mais!