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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-7466-8255
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Simultaneous localization and mapping techniques using a nano quadcopter
Alternate title (s): Técnicas de localização e mapeamento simultâneos usando um nano quadricóptero
Author: Ribeiro, Laura
First Advisor: Lima, Gabriela Vieira
First coorientator: Morais, Aniel Silva de
First member of the Committee: Ramos, Daniel Costa
Second member of the Committee: Lima, Danielli Araújo
Summary: A Localização e Mapeamento Simultâneos (SLAM) é um desafio crítico na robótica móvel autônoma. Um dos maiores desafios da engenharia é criar soluções que sejam aplicáveis no mundo real, lidando com incertezas, forças e possibilidades. Assim, a referente pesquisa navega por esses mares. Dessa forma, este projeto visa a implementação de um sistema utilizando um nano quadricóptero com voo autônomo e sensores laser capazes de localização e mapeamento simultâneos. Além disso, uma das ambições da pesquisa é apresentar diversas técnicas para métodos de reconstrução de mapas 2D e 3D, usando um sistema open-source (software livre), escrito na linguagem de programação Python. Para esse fim, empregando materiais desenvolvidos pela empresa Bitcraze, o sistema é composto pelo Cazyflie 2.1, nano quadricóptero, e dois sensores para aprimorar a capacidade do drone, sendo o Multi-ranger (para medidas), e o Flow-Deck v2 (para a pose). Ademais, foram desenvolvidos mapas dos ambientes, sendo que o mapa 3D utiliza a nuvem de pontos e o mapa 2D com a grade de ocupação, usando técnicas distintas. Ainda, para o desenvolvimento dos métodos, os algoritmos dos mapas 3D e 2D, as bibliotecas que foram utilizadas são a Open3D, VisPy e Matplotlib. Os resultados foram obtidos por meio de experimentos conduzidos em ambientes físicos, sendo cenários diferentes, onde aplica-se duas estratégias de voos em quatro deles, Cenários 1 ao 4, e dois sendo casos individuais, Níveis e Visualização em Tempo Real. Todos os métodos e as soluções desenvolvidas operam de maneira satisfatória e eficiente, com suas respectivas características e desempenho.
Abstract: Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) is a critical challenge in autonomous mobile robotics. One of the biggest challenges in engineering is to create solutions that are applicable in the real world, dealing with uncertainties, forces, and possibilities. This research navigates these seas. Therefore, this project aims to implement a system using a nano quadcopter with autonomous flight and laser sensors capable of simultaneous localization and mapping. The research aspires to present diverse techniques for solving SLAM, covering methods for reconstructing 2D and 3D maps using an open-source system with Python programming language. To this end, employing materials developed by the Bitcraze company, the system is composed of the Crazyflie 2.1 nano quadcopter and two expansion decks to enhance the drone's capabilities, Multi-ranger Deck (measurement) and the Flow Deck v2 (pose). Furthermore, it was developed a 3D map of the environment using the point cloud, and a 2D map with the occupancy grid, using distinct techniques. For the development of the methods, the 3D map and 2D map algorithms, the libraries used are Open3D, VisPy, and Matplotlib. Accomplishing the results through experiments conducted in physical environments, with diverse scenarios, four of which applied to the two strategies of flights, Scenario 1 to 4, and two of which were individual cases, Levels, and Real-Time Visualization. All the methods and solutions developed operate satisfactorily and run efficiently, with their respective characteristics and performances.
Keywords: SLAM
SLAM
Nano Quadricóptero
Nano Quadcopter
Sensor LiDAR
LiDAR sensor
Nuvem de Pontos
Point Cloud
Grade de Ocupação
Occupancy Grid
Crazyflie
Crazyflie
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Subject: Engenharia elétrica
Engenharia simultânea
Robótica
Sensoriamento remoto
Language: eng
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Quote: RIBEIRO, Laura. Simultaneous localization and mapping techniques using a nano quadcopter. 2024. 105 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.219.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2024.219
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41459
Date of defense: 15-Mar-2024
Sustainable Development Goals SDGs: ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Elétrica

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