Sensores para Drones

Nov 21, 2023

La estabilidad del vuelo de los drones ya es impresionante; entonces ¿por qué mejorarlo más? Una de las aplicaciones para las que se han propuesto los drones es la inspección de la integridad estructural de estructuras a las que es difícil llegar para los humanos: puentes altos, por ejemplo, tuberías remotas o torres de telefonía móvil. La capacidad de detectar, digamos, una pequeña grieta o un conector flojo depende de mantenerse lo suficientemente quieto en vuelo.

Muchas aplicaciones nuevas tendrán mayores requisitos de seguridad. Los drones utilizados para entregas residenciales no pueden extraviarse ni fallar en vuelo. Lo mismo ocurrirá a medida que los drones se utilicen cada vez más en interiores (para monitorear líneas o tuberías en una fábrica automatizada, por ejemplo), o en lugares donde podrían estar constantemente en estrecha proximidad con los humanos (en almacenes, por ejemplo). La precisión, la exactitud y la confiabilidad serán prioridades más importantes en el futuro.

Los drones continúan volviéndose más útiles a medida que son cada vez más capaces y más seguros, y serán más capaces y más seguros a medida que integren más sensores, más tipos diferentes de sensores y más sensores con mejores características de rendimiento.

Con ese fin, la cartera de sensores unificados de TDK para drones incluye:

Los sensores TDK destacan por su precisión, exactitud y fiabilidad. Respaldamos nuestra cartera de sensores para drones con una amplia gama de microcontroladores compatibles y controladores de motores integrados, y también con un soporte de software incomparable.

TDK es el proveedor líder de IMU para drones. Las IMU combinan un acelerómetro de 3 ejes y un giroscopio de 3 ejes para proporcionar a los drones los datos necesarios para mantener un vuelo estable y usarse para navegación a estima en fusión con otros sistemas como el GPS. Como se trata de funciones críticas, un solo dron puede incorporar múltiples IMU para mayor precisión y redundancia.

Esto es importante por varias razones. Las IMU se pueden utilizar como respaldo para otros sistemas de navegación en los que los drones tienden a depender (por ejemplo, GPS) en caso de que se bloqueen, interrumpan o fallen por completo. También hay aplicaciones en las que servicios como el GPS simplemente no están disponibles; Las minas son un buen ejemplo.

TDK continúa innovando, complementando nuestra línea de IMU de consumo con una variedad de sensores y módulos de grado industrial que llevan el rendimiento y la confiabilidad al siguiente nivel. La nueva línea está dirigida a robótica, agricultura y aplicaciones de precisión de alta gama.

TDK ha desarrollado una experiencia inigualable en el suministro de capacidades de estabilización de imagen para teléfonos inteligentes. Esas tecnologías son fácilmente aplicables a los drones.

La Estabilización Electrónica de Imagen (EIS) compensa el movimiento en el software utilizando datos IMU; El enfoque consiste en capturar datos de imágenes y luego aplicar técnicas de software para compensar cualquier distorsión causada por el movimiento de la cámara. La estabilización de imagen óptica (OIS) compensa el movimiento en el hardware; el enfoque consiste en analizar el movimiento experimentado por la cámara y luego manipular físicamente la lente para compensar el movimiento. Las técnicas se pueden utilizar en conjunto.

OIS/EIS es otra capacidad basada en sensores que puede tener dos propósitos. En primer lugar, es otro insumo que se puede utilizar para la estabilidad del vuelo, ya que los drones utilizan la localización basada en la visión y la evitación de obstáculos. Por supuesto, los drones ganaron popularidad como cámaras aéreas tanto para fotografías como para vídeos. Los software IMU y OIS/EIS pueden convertir cualquier dron en un fotógrafo de alta resolución.

Los sensores de presión de TDK miden con precisión los cambios de presión barométrica. Los sensores de presión se utilizan desde hace mucho tiempo en la aviación comercial para ayudar a determinar la altitud; Los drones pueden usarlos para el mismo propósito. Cuando se utilizan junto con IMU, los sensores de presión pueden contribuir a la estabilidad del dron ayudando con el control de la altitud.

A medida que los drones se vuelven más comunes, su vuelo está cada vez más sujeto a regulación. Muchos reguladores, incluida la FAA, establecen límites de vuelo.

Los micrófonos MEMS de alto rendimiento de TDK brindan un amplio rango dinámico y baja potencia para permitir que incluso los drones más ruidosos finalmente capturen datos de audio claros. Una potente matriz de micrófonos puede ayudar a capturar firmas de audio y proporcionar soluciones sólidas, como eliminación de ruido de hélice, cancelación activa de ruido (ANC) y audio/vídeo de alta definición de las cámaras.

Debería ser posible utilizar micrófonos para el autodiagnóstico de los drones. Las deficiencias motoras suelen tener firmas sonoras únicas. A medida que los drones se vuelven más sofisticados (y más caros), la capacidad de detectar un problema incipiente para poder corregirlo antes de que provoque una falla del sistema podría ser justificable.

Y la integración de micrófonos siempre ha sugerido la posibilidad de control por voz. Esta característica está cada vez más cerca de que los fabricantes de drones consideren opciones de interfaz más fáciles de usar, como el comando de voz, y a medida que TDK mejora el micrófono MEMS y las tecnologías ANC.

Los sensores ultrasónicos de tiempo de vuelo (ToF) de TDK se basan en un MEMS PMUT (transductor ultrasónico micromaquinado piezoeléctrico). Estos sensores son capaces de detectar objetos desde 10 centímetros hasta 5 metros. Un dron equipado con nuestros sensores ToF podría detectar objetos para poder alejarse de ellos. Evitar colisiones será fundamental no solo para evitar daños a los drones, sino también para garantizar la seguridad de las personas y los objetos cercanos. Un sensor ToF apuntando hacia abajo podría usarse no solo para estos fines, sino también para ayudar en aterrizajes automáticos y de precisión. La tecnología ultrasónica ToF de TDK también puede detectar con precisión la naturaleza de la superficie en la que está a punto de aterrizar. Más concretamente, puede ayudar a los drones a evitar “aterrizar” en el agua, un problema común.

El sensor de temperatura TDK admite el control de temperatura de los devanados del motor eléctrico para drones. Los sensores miden el aumento de temperatura en funcionamiento y detectan posibles sobretemperaturas. Esto garantiza operaciones seguras del dron para una mayor vida útil de la batería y el motor eléctrico mediante una gestión térmica optimizada. Como control de temperatura redundante, además del cálculo de temperatura convencional basado en la potencia, se puede controlar el funcionamiento y el descenso del dron. El diámetro pequeño de nuestra serie G541 proporciona un tiempo de respuesta rápido y temperaturas de funcionamiento de hasta 260 °C.

TDK continúa innovando en tecnología de sensores. Por ejemplo, estamos explorando el uso de magnetómetros para drones. Obviamente, los magnetómetros son útiles para determinar la orientación. Los teléfonos inteligentes utilizan magnetómetros en la fusión de sensores para detectar la posición; esa capacidad podría adoptarse fácilmente en drones. Por otra parte, las revoluciones de un motor se pueden detectar con mucha precisión con un magnetómetro. ¿Por qué es eso útil? Los drones navegan ajustando las velocidades de sus rotores entre sí. Una forma de mejorar la precisión del vuelo de los drones sería ejercer un control más preciso de los motores del drone, y eso dependería de una detección más precisa de la velocidad del motor.

Ése es sólo un ejemplo. Los drones están mejorando, en términos de su rendimiento esencial y en términos de las cosas que pueden hacer. TDK lo permite todo con nuestra tecnología de sensores.