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Document type: Trabalho de Conclusão de Curso
Access type: Acesso Aberto
Title: Desenvolvimento de controle autônomo para execução de manobras acrobáticas em drones Crazyflie utilizando processos gaussianos
Author: Crochela, Marcio Alexandre Julieti
First Advisor: Ramos, Daniel Costa
First member of the Committee: Coelho, Júlio Cezar
Second member of the Committee: Brandão, Guilherme Lopes de Figueiredo
Summary: O presente trabalho aborda o desenvolvimento de uma estratégia de controle autônomo para a execução de manobras acrobáticas complexas em nano drones, especificamente a manobra de giro completo para trás no modelo Crazyflie. O objetivo principal do estudo consiste em reproduzir e validar um algoritmo de otimização bayesiana, utilizando modelos substitutos de processos gaussianos, para planejar e executar a acrobacia em um ambiente de simulação de alta fidelidade, empregando controladores clássicos apenas para a estabilização básica de voo. A metodologia adota uma abordagem de aprendizado de máquina onde a manobra é segmentada em cinco fases dinâmicas sequenciais de atuação motora. O ambiente virtual permite que o algoritmo explore e aprenda as incertezas aerodinâmicas por meio de tentativas iterativas. O sistema ajusta autonomamente os tempos de atuação e a força dos motores com base em uma função de custo que avalia a precisão espacial e a estabilidade da recuperação, comparando os achados com um modelo matemático analítico resolvido separadamente. Os resultados demonstram a convergência bem-sucedida do algoritmo de otimização após sete mil iterações de voo, identificando os parâmetros exatos para cada etapa do movimento. A simulação comprova que o veículo executa o giro de trezentos e sessenta graus contido dentro das restrições espaciais estabelecidas, compensando as perdas de sustentação e a turbulência caótica sem a necessidade de modelagem matemática exaustiva das forças de arrasto. Imediatamente após o giro, o controle estabilizador retoma a autoridade mecânica com sucesso, amortecendo a queda livre. Conclui-se que a inteligência artificial, fundamentada em métodos probabilísticos estatísticos, supera as limitações físicas dos modelos lineares tradicionais em cenários de voo agressivos. A arquitetura de controle híbrida desenvolvida mostra-se segura, robusta e eficaz, validando integralmente a viabilidade de transferir futuramente os parâmetros matemáticos otimizados para testes no hardware físico da aeronave.
Abstract: The present work addresses the development of an autonomous control strategy for executing complex aerobatic maneuvers in nano drones, specifically the full backward rotation maneuver in the Crazyflie model. The main objective of the study consists of reproducing and validating a Bayesian optimization algorithm, using Gaussian process surrogate models, to plan and execute the aerobatic maneuver in a high-fidelity simulation environment, employing classic controllers only for basic flight stabilization. The methodology adopts a machine learning approach where the maneuver is segmented into five sequential dynamic phases of motor actuation. The virtual environment allows the algorithm to explore and learn aerodynamic uncertainties through iterative attempts. The system autonomously adjusts actuation times and motor thrust based on a cost function that evaluates spatial precision and recovery stability, comparing the findings with an analytical mathematical model solved separately. The results demonstrate the successful convergence of the optimization algorithm after seven thousand flight iterations, identifying the exact parameters for each stage of the movement. The simulation proves that the vehicle executes the three hundred and sixty-degree rotation contained within the established spatial constraints, compensating for lift losses and chaotic turbulence without the need for exhaustive mathematical modeling of drag forces. Immediately after the rotation, the stabilizing control successfully resumes mechanical authority, dampening the free fall. It is concluded that artificial intelligence, based on statistical probabilistic methods, overcomes the physical limitations of traditional linear models in aggressive flight scenarios. The developed hybrid control architecture proves to be safe, robust, and effective, fully validating the feasibility of subsequently transferring the optimized mathematical parameters for testing on the physical hardware of the aircraft.
Keywords: Controle autônomo
Drones
Processos gaussianos
Otimização Bayesiana
Manobras acrobáticas
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Quote: CROCHELA, Marcio Alexandre Julieti. Desenvolvimento de controle autônomo para execução de manobras acrobáticas em drones Crazyflie utilizando processos gaussianos. 2026. 67 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/50448
Date of defense: 6-Aug-2026
Appears in Collections:TCC - Engenharia Eletrônica e de Telecomunicações (Patos de Minas)

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