Projeto e desenvolvimento do hardware e software

A presente dissertação de mestrado enquadra-se na continuação do projeto europeu Swarm of Biomimetic Underwater Vehicles. Na anterior etapa do projeto, ao nível nacional, foi construído e desenvolvido um veículo biomimético “mãe” apelidado Petinga. A segunda etapa do projeto, em fase de submissão, pretende desenvolver um swarm que contenha outros veículos, com menores capacidades operacionais e de mais baixo custo e que permitam a execução de missões de forma cooperativa. Um desses veículos será o protótipo descrito ao longo desta dissertação. Desta forma será possível utilizar um cardume de veículos biomiméticos em missões operacionais da Marinha Portuguesa, tais como Intelligence, Surveillance and Reconnaissance, Mine Counter Measures, Anti-Submarine Warfare, investigações hidrógrafas e oceanógrafas, entre outras. Nesse contexto, pretende-se construir mais veículos biomiméticos, de baixo custo, que permitam a execução de missões de forma cooperativa. Neste trabalho pretende-se construir o primeiro protótipo para um desses veículos, nas seguintes áreas: escolha de sensores, sistemas de comunicações e sistema de processamento; concepção da arquitectura de software que equipará o veículo bem como definição do middleware a utilizar; elaboração de drivers para os sensores e sistemas de comunicações que equipam o veículo; e integração e testes. O primeiro protótipo é um veículo biomimético de subsuperfície (em inglês Biomimetic Underwater Vehicle) chamado Tobias. Foi construído para ser utilizado na costa portuguesa a uma profundidade máxima de 10 metros, com uma autonomia de 2 horas e com comunicação acústica, WiFi e Global System for Mobile Communications. Com perfil biomimético, possui uma cauda, constituída por dois servos e duas barbatanas dorsais que são atuadas por um servo cada uma. Para controlo da flutuabilidade será utilizado um sistema de bexiga artificial. Ao nível dos sensores deverá ser equipado com um sonar frontal para evitar obstáculos, uma câmara, um sensor inercial, um sensor de pressão, um recetor Global Navigation Satellite System. Como unidade de comando e controlo utilizar-se-à a placa Jetson Nano que correrá o software. A framework adotada para desenvolvimento do software do veículo será o Robot Operating System.This Master’s dissertation is part of the continuation of the European project Swarm of Biomimetic Underwater Vehicles. In the previous stage of the project, on the Portuguese side, was built and developed a biomimetic vehicle “mother” nicknamed Petinga. The second stage of the project, in submission phase, intends to develop a swarm that contains other vehicles, with lower operational capacities and lower cost, that allow the execution of missions in a cooperative way. One of these vehicles will be the prototype described throughout this dissertation. This way it will be possible to use a biomimetic vehicles in operational missions of the Portuguese Navy, such as Intelligence, Surveillance and Reconnaissance, Mine Counter Measures, Anti- Submarine Warfare, hydrographic and oceanographic research, among others. In this context, it is intended to build more biomimetic vehicles, at low cost, that allow the execution of missions in a cooperative way. This work will deal with the construction of the first prototype for one of those vehicles, in the following areas: choice of sensors, communication systems and processing system; design of the software architecture that will equip the vehicle as well as definition of the middleware to be used; elaboration of drivers for the sensors and communication systems that equip the vehicle; integration and tests. The first prototype is a Biomimetic Underwater Vehicle (BUV) called Tobias. It was built to be used on the Portuguese coast at a maximum depth of 10m, with an autonomy of 2h and with acoustic communication, Wireless Fidelity and Global System for Mobile Communications. With a biomimetic profile, it has a tail, consisting of two servos, and two dorsal fins that are actuated by one servos each. For buoyancy control an artificial bladder system will be used. In sensory terms it will have to be equipped with a front sonar to avoid obstacles, a camera, an inertial sensor, a pressure sensor, an Global Navigation Satellite System receiver. As a command and control unit, the software will run the Jetson Nano board. The framework adopted to develop the vehicle software will be the Robot Operating System