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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-5810-8351
Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Planejamento de trajetórias para quadricópteros em tarefas de perseguição
Alternate title (s): Trajectory planning for quadcopter pursuit games
Author: Lima, Gabriela Vieira
First Advisor: Morais, Aniel Silva de
First coorientator: Lopes, Luís Cláudio Oliveira
First member of the Committee: Ramos, Daniel Costa
Second member of the Committee: Mattioli, Aline Fernanda Bianco
Third member of the Committee: Oliveira, Neusa Maria Franco de
Summary: Em uma busca pela realização de tarefas cada vez mais complexas e com alto desempenho, os sistemas autônomos e multiagentes têm despertado o interesse de pesquisadores da área de robótica móvel. Neste contexto, este projeto abrange um sistema autônomo, de tal forma que uma aeronave não tripulada ou um enxame possa realizar operações de perseguição em ambiente tridimensional. Aplicações potenciais deste projeto incluem vigilância e rastreamento em espaços urbanos e ambientes naturais. O sistema supervisório, implementado em uma estação terrestre, é responsável pelo planejamento de trajetórias viáveis para o processo de perseguição. O algoritmo empregado corresponde aos campos potenciais artificiais, sendo que a rota traçada deve garantir que não haja colisões com os obstáculos no espaço de trabalho e nem entre os agentes. Com o intuito de viabilizar o rastreamento das trajetórias, cada aeronave dispõe de uma estrutura de controle em cascata implementada no firmware e de um sistema de comunicação via rádio. As aeronaves utilizadas nos experimentos correspondem ao nano quadricóptero Crazyflie 2.0, que devido às suas dimensões reduzidas é ideal para voos próximos de humanos e operações em ambiente indoor. Este quadricóptero dispõe de uma unidade de medição inercial (IMU), que aliado a um sistema de posicionamento local, possibilita estabelecer a sua posição e orientação no espaço tridimensional. Com base nas estratégias adotadas, foi possível obter soluções para problemas de perseguição em diferentes cenários, sendo considerados ambientes convexos e limitados, operações cooperativas e análises em ambientes estáticos e dinâmicos. Para os ensaios experimentais, o ambiente e seus obstáculos foram previamente mapeados, já que as aeronaves não dispõem de sensores de mapeamento online.
Abstract: In order to accomplish increasingly complex tasks with higher performance, the autonomous and multi-agent systems have aroused the interest of researchers of the area of mobile robotics. In this context, this project develops an autonomous system, in such a way that an unmanned aircraft or a swarm can perform pursuit operations in a three-dimensional environment. Potential applications include surveillance and tracking in urban and natural environments. The supervisory system, implemented at a ground station, is responsible for planning viable trajectories for the pursuit process. The algorithm employed corresponds to the potential fields, and the designed route must ensure that there are no collisions with the obstacles in the workspace or between the agents. In order to enable trajectory tracking, each aircraft has a cascade control structure implemented in the firmware and a radio communication system. The aircrafts used in the experiments corresponds to Crazyflie 2.0 nano quadrotor, which due to its small size, is ideal for flights close to humans and indoor operations. This quadrotor has an inertial measurement unit (IMU), which combined with a local positioning system, makes it possible to estimate its position and orientation in three-dimensional space. Based on the strategies adopted, it was possible to obtain solutions to pursuit problems in different scenarios, considering convex and limited environments, cooperative operations and analysis in static and dynamic environments. For the experimental tests, the environment and its obstacles were previously mapped, as the aircraft do not have online mapping sensors.
Keywords: Quadricóptero
Quadrotor
Perseguição
Pursuit
Campos potenciais artificiais
Artificial potential field
Sistema de controle
Control system
Crazyflie 2.0
Crazyflie 2.0
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Quote: LIMA, Gabriela Vieira. Planejamento de trajetórias para quadricópteros em tarefas de perseguição. 2019. 115 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2019. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2019.2536.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2019.2536
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/27532
Date of defense: 27-Nov-2019
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