Sensori e sistemi di navigazione

GPS, IMU, barometri e sensori a ultrasuoni sono solo alcuni degli strumenti che permettono al drone di orientarsi e mantenere la stabilità. Analizziamo come questi sistemi lavorano insieme per fornire un controllo preciso e una navigazione affidabile. Impara a interpretare i dati dei sensori per diagnosticare eventuali problemi.

MODULO IMU

IMU è l’acronimo di Inertial Measurement Unit, ovvero unità di misurazione inerziale. Questo dispositivo rappresenta un componente tecnologicamente avanzato e indispensabile per il corretto funzionamento dei droni moderni, svolgendo un ruolo centrale per il controllo e la stabilità in volo.

E’ a tutti gli effetti il cuore pulsante del vostro drone, perchè è in grado di capirne i movimenti, sia lineari (movimenti di traslazione e verticali), sia rotazionali (beccheggio, imbardata e rollio). In sostanza, l’IMU si comporta come una sorta di “traduttore” per i movimenti del drone, rilevando ogni variazione e trasmettendo queste informazioni al computer di bordo per assicurare un volo fluido e controllato.

L’unità inerziale viene utilizzata dal computer di bordo (detto anche Flight Controller) per correggere i movimenti indesiderati del drone e mantenerlo stabile. Serve anche a controllare l’inclinazione massima per evitare che ci si trovi ad affrontare una picchiata o un ribaltamento durante una manovra azzardata. Grazie a questa funzione, l’IMU consente al drone di rimanere in assetto e di reagire prontamente alle condizioni di volo, garantendo sicurezza e precisione anche in situazioni potenzialmente critiche.

Per chi vuole effettuare riprese, è essenziale che il drone sia estremamente stabile e facile da controllare: la stabilità è compito dell’IMU. Un drone instabile può compromettere la qualità delle riprese, generando immagini mosse o imprecise, mentre una IMU ben calibrata assicura una fluidità visiva impeccabile, rendendo il dispositivo un partner ideale per fotografi e videomaker professionisti e non solo.

In caso l’IMU non sia calibrata correttamente, il flight controller  riceverà dati errati relativi all’assetto del drone rendendo il pilotaggio più difficile. Questo potrebbe tradursi in movimenti anomali o in una gestione poco intuitiva del drone, mettendo a rischio non solo il dispositivo, ma anche la sicurezza delle operazioni di volo.

Un esempio? Se l’IMU restituisce i valori di ‘drone livellato’ mentre questo  è inclinato di un grado a sinistra, il computer di bordo regolerà i motori per mantenere il drone inclinato di un grado a sinistra, pensando che sia livellato. Questo quindi traslerà a sinistra e l’unica soluzione possibile per fermarlo è quella di intervenire sui comandi. Una situazione del genere non solo complica le manovre, ma potrebbe rapidamente portare a incidenti o danni se non affrontata con prontezza.

Se siete alle prime esperienze, la cosa potrebbe essere frustrante… Per un pilota alle prime armi, queste difficoltà possono rappresentare un ostacolo notevole, riducendo il piacere del volo e aumentando il rischio di commettere errori durante la guida.

Non scriverò un’ulteriore tutorial su come calibrare la IMU, ci sono decine di ottime pagine e video che spiegano come fare; sottolineo solo tre accortezze da usare durante la calibrazione:

• il drone deve essere su un piano perfettamente orizzontale, così da garantire una rilevazione accurata dei parametri di calibrazione
• il drone non dev’essere mosso fino alla fine dell’operazione per evitare interferenze che possano alterare i risultati del processo
• il drone dev’essere più freddo possibile, la calibrazione di una IMU calda può portare a parametri errati, compromettendo l’intera operazione e influendo negativamente sulle prestazioni del drone

MODULO GPS

Grazie alla tecnologia GPS avanzata, questi dispositivi permettono di monitorare la posizione esatta del drone in tempo reale, rendendoli ideali per esplorazioni, riprese aeree e missioni di ricerca.

Il segnale GPS serve a determinare solo la posizione del drone mentre la bussola serve a determinare il suo orientamento.

Un altro elemento fondamentale è la presenza di sensori aggiuntivi, come quelli di altitudine e velocità, che lavorano in sinergia con il GPS per assicurare un volo stabile e preciso. Questi sensori aiutano a mantenere l'altezza desiderata, garantendo riprese di qualità e maggiore sicurezza durante le operazioni in ambienti complessi o difficili.

GIMBAL

Un gimbal è un sistema di supporto (un tipo di stabilizzatore) che consente alla fotocamera di muoversi in tre direzioni diverse, da cui il termine gimbal a 3 assi. La maggior parte dei droni moderni ha gimbal a 3 assi, che sono alimentati da motori brushless.Ci sono anche a due assi o addirittura ad un asse . Oltre a migliorare la stabilità delle immagini, i gimbal permettono di catturare riprese fluide anche in condizioni di movimento intenso, rendendoli ideali per videografi professionisti e appassionati. Inoltre, molti modelli offrono funzionalità avanzate come il tracciamento automatico dei soggetti e la possibilità di programmare movimenti personalizzati, ampliando le possibilità creative per ogni progetto audiovisivo.

MODULO ESC

’Electronic Speed Controller (ESC) è un componente di importanza cruciale per garantire il corretto funzionamento e le prestazioni ottimali di un drone multirotore. La sua funzione principale è quella di stabilire una connessione diretta tra il controllore di volo e i motori, permettendo una regolazione precisa e dinamica della velocità di rotazione dei motori stessi. Ogni singolo motore è dotato di un ESC dedicato, in quanto, in un sistema di volo multirotore, ciascun motore opera a regimi di rotazione che possono essere significativamente differenti rispetto a quelli degli altri, in base alle esigenze di volo e alla stabilità complessiva del drone.

SENSORI LIDAR

Come si integra il LiDAR con altre tecnologie avanzate?

Il sistema LiDAR lavora spesso in combinazione con altre tecnologie, come radar, telecamere e intelligenza artificiale, per garantire una panoramica più completa e affidabile dell'ambiente circostante. Questa integrazione permette ai veicoli di elaborare una quantità significativa di dati in tempo reale, migliorando la precisione nel rilevamento degli ostacoli e nelle decisioni autonome. Inoltre, l'uso sinergico di queste tecnologie minimizza il rischio di errori, rendendo i sistemi di prevenzione delle collisioni ancora più sicuri ed efficienti.

SENSORI ULTRASUONI

 Quando incontra un oggetto, esso viene riflesso e raggiunge il sensore ultrasonico in forma di eco. Il sensore a ultrasuoni calcola quindi internamente la distanza dell'oggetto riflettente in base al margine di tempo compreso tra la trasmissione dell'impulso acustico e la ricezione del segnale d'eco.

Il grande vantaggio è  che i sensori ad ultrasuoni lavorano benissimo su superfici specchiata e lucide come acqua o pannelli solari.  Il colore, la trasparenza o la lucentezza dell'oggetto non sono determinanti, diversamente dai sensori ottici, al fine del rilevamento. L'ampio raggio di emissione permette ai sensori di rilevare con affidabilità anche oggetti a reticolo.