Implementação de um Quadrotor como Plataforma de Desenvolvimento para Algoritmos de Controle

Este trabalho visa a implementação de um objeto voador não-tripulado, em formato miniatura, com quatro rotores como plataforma de desenvolvimento, como parte de uma pesquisa mais abrangente. O objetivo final, ainda por ser alcançado, é chegar a um veículo voador miniatura com o máximo grau de autonomia de decisões baseadas no sensoreamento a bordo e poder computacional embarcados, estratégia do controle inteligente, e tarefa a cumprir. Tal implemetação, até o momento, consiste em uma máquina eletro-mecânica de baixo custo, cuja parte eletrônica a bordo, um microcontrolador de 8 bits, acelerômetros e giroscópios do tipo MEMS, permite a implementação de um controlador de voo genérico para automatizar a sua estabilização em torno dos eixos X, Y e Z. Tem vasta gama de aplicações como: inspeções aéreas em diversos ambientes, como linhas de transmissão elétrica, detecção de foragidos da polícia, monitoramento de plantações e rebanhos, bem como tomadas de filmagens para as indústrias cinematográfica e imobiliária. Testes realizados com o protótipo até agora sugerem a implementação bem sucedida de um controlador de estabilização de voo

Quadricóptero com auto estabilização e controlo remoto

O trabalho apresentado nesta Dissertação, descreve o estudo, projeto e implementação de uma aeronave de voo vertical vulgarmente denominada de quadricóptero. Em particular, a dissertação apresenta os aspetos inerentes à sua construção, desde a da plataforma mecânica, transmissão de dados por radiofrequência entre utilizador e plataforma voadora, circuitos de comando propulsor, assim como a sua dinâmica e controlo de voo, fundamentais para obter um voo estável e robusto. Os materiais foram encolhidos criteriosamente de forma a obter um peso final o mais baixo possível e ao mesmo tempo uma elevada resistência a forças mecânicas. Tratando-se de uma aeronave, este é um dos fatores mais relevantes para todo o processo construtivo. Utilizou-se uma estrutura de plástico e fibra de vidro para alojar os seus constituintes, entre eles, motores, placa de controlo, módulo de sensores, bateria, módulo de rádio, variadores de velocidade e cabos elétricos de ligação. O trabalho apresentado descreve as fases de desenvolvimento de projeto, quer ao nível do hardware necessário para interligação e controlo de todos os componentes, assim como o software de gestão e controlo da plataforma e do comando rádio. Estudou-se o comportamento e a dinâmica da aeronave. Os sinais necessários para a sua estabilização foram obtidos através de acelerómetro e giroscópio digital. Para a estabilização de voo aplicaram-se técnicas de controlo digital baseado em controladores PID discretos, usando microcontrolador DSPIC da Microchip. A sintonia dos controladores PID foi feita recorrendo ao método de Ziegler Nichols também conhecido por método da sensibilidade limite. Após a conclusão das várias etapas do projeto, obteve-se uma aeronave com capacidade de voar, bastante estável e de fácil pilotagem, com a possibilidade de ser usada nos diferentes cenários de aplicação para este tipo de veículos

Desenvolvimento de uma Aeronave VTOL de Baixo Custo do Tipo Quadrirotor

Resumo- Neste trabalho aborda-se o desenvolvimento e construção de uma aeronave de decolagem e pouso vertical (VTOL, do inglês Vertical Take-off and Landing) do tipo quadrirotor. Esta topologia se destaca pelas propriedades de manobrabilidade, e é comumente utilizada em aplicações como monitoramento, inspeção remota, mapeamento, entre outras. Para a construção do frame optou-se pela utilização de materiais de baixo custo, objetivando a popularização deste tipo de tecnologia. Resultados são apresentados com intuito de demonstrar o funcionamento do dispositivo construído

Uso de Drone autônomo para auxílio na comprovação de alarmes

Com o advento das tecnologias, estão crescendo as possibilidades de utilização dos Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs), pois tornaram-se mais acessíveis e fáceis de usar, além de fornecerem maior segurança quando aplicados a situações que anteriormente exigiam a utilização de aeronaves tripuladas. À medida que a tecnologia de voos autônomos evoluir, os VANTs poderão realizar tarefas cada vez mais complexas, possibilitando respostas rápidas e precisas a desafios da humanidade, como segurança pública, mudanças climáticas e desastres ambientais. O objetivo deste trabalho consiste na construção de um VANT do tipo drone que possua a capacidade de realizar voos autônomos, fornecendo meios de verificar e validar incidentes expostos através do disparo de alarmes, apresentando dados e imagens para o utilizador. O uso de drones justifica-se no auxílio do trabalho de equipes de verificação, que passam a ser acionadas somente nos casos onde os incidentes forem confirmados. Para atingir os objetivos, foi realizada uma análise das tecnologias disponíveis no mercado através da pesquisa de referencial teórico, juntamente com o desenvolvimento de um protótipo de drone e um software de monitoramento e controle. Ao final do trabalho, concluiu-se que a solução proposta possui um grande potencial, possibilitando ganho de agilidade e praticidade na verificação de alarmes disparados

Estudo de algoritmos de visão computacional para identificação e rastreamento de linhas de transmissão de energia elétrica com multirotores

A rede de transmissão de energia elétrica brasileira requer inspeção e manutenção preventiva regular para garantir o seu fornecimento aos consumidores. As companhias transmissoras realizam inspeções regulares para identificar anomalias na rede de transmissão, como defeitos nos cabos, trincas nos isoladores e estruturas próximos da rede, como árvores, entre outros. Estas inspeções podem ser feitas por profissionais com uso de binóculos ou através de helicópteros tripulados contendo um conjunto de sensores, tais como câmeras infravermelho para detectar pontos de alto aquecimento, entre outros sensores. O interesse no uso de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) para realizar inspeções em linhas de transmissão têm crescido nos últimos anos, devido ao baixo custo e aumento na segurança, se comparado com as inspeções realizadas com helicópteros tripulados. Com essa tecnologia, o VANT pode ser controlado via rádiocontrole por um piloto ou de forma semi-automática, com uma missão pré-programada no piloto embarcado da aeronave. Uma das grandes dificuldades em se realizar vôos autônomos está na dependência do sistema GPS (Global Positioning System) para obtenção da posição do VANT. O erro na medida da posição informada pelo GPS pode afetar o desenvolvimento da missão. Este trabalho visa desenvolver uma técnica de processamento de imagens em tempo real para realizara identificação e rastreamento das linhas de transmissão e desta forma determinar a sua posição relativa ao VANT. Sem conhecer exatamente a posição do VANT e das linhas de transmissão, mas sabendo a posição relativa entre os dois, pode ser possível corrigir a trajetória do VANT através de comandos enviados para o piloto automático da aeronave. O projeto foi desenvolvido sobre o framework ROS (Robot Operating System) e o processamento de imagens foi realizado utilizando a biblioteca OpenCV. Para avaliar o desempenho da solução, criou-se um cenário virtual no simulador de robôs Gazebo, onde foi possível processar as imagens geradas por um multirotor durante uma missão de inspeção

Aplicação do algoritmo TLD para identificação e rastreio de veículos em imagens capturadas por aeronaves não-tripuladas

Monografia (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Engenharia Eletrônica, 2013.Este trabalho apresenta uma aplicação do algoritmo TLD em uma plataforma aérea para auxiliar em rastreamento de automóveis. Neste trabalho foi realizado um levantamento histórico do uso de veículos aéreos não tripulados (VANTs), o surgimento de sistemas embarcados, o uso de processamento de imagem e a apresentação do algoritmo utilizado. A motivação e o desenvolvimento são apresentados de forma a deixar o leitor mais próximo do assunto que está sendo exposto, uma vez que a utilização dos componentes (multimotor e algoritmo de rastreamento) é recente e vem crescendo largamente com o uso de VANTs. O software OpenTLD foi aplicado para atender a solução, apresentando-se os resultados dos experimentos realizados a fim de avaliar o sistema que foi integrado. ______________________________________________________________________________ ABSTRACTThis work presents an application of the algorithm TLD in an aerial platform to assist in automobile tracking. This work presents a historical survey of the use of unmanned aerial vehicles (UAVs), the emergence of embedded systems, using image processing and presentation of the algorithm used was performed. The motivation and development are presented in order to let the reader closer to the subject that is being built, since the use of components (multi-motor and tracking algorithm) is recent and growing widely with the use of UAVs. The software OpenTLD was applied to fit the solution and present the results of the experiments conducted to evaluate the system that has been integrated

Longitudinal flight control with a variable span morphing wing

The present study focuses on the design of a longitudinal flight controller for an unmanned aircraft equipped with dissymmetric variable-span system (VSMW or Variable-Span Morphing Wing). Its primary role consists in the longitudinal flight stabilization of the aeroplane while in levelled cruise flight, although, it was designed to offer longitudinal flight stabilization for other flight phases as well, such as e.g. take-off and landing. The stabilization algorithm relies on the most up-to-date developments in the state-of-the-art LQR and Batz-Kleinman controller techniques to stabilize the aircraft on its intended longitudinal attitude upon any small atmospheric disturbances inflicted. It was designed for the experimental UAV prototype Olharapo equipped with the VSMW, so it can automatically adjust the VSMW overall wingspan in accordance with the flight speed and stabilize the aircraft in the desired attitude, although, its modular concept allows it to be used for different configurations of the aircraft or even for a different aircraft. The development, simulation and testing of the algorithm were done using the MATLAB® software and the aircraft’s stability and control derivatives previously obtained using the XFLR5® software. Minor adaptations of the flight dynamics equations were performed to allow the compatibilization with the VSMW. The required implementation of imposed flight qualities was also performed to ensure proper scaling the controller weight matrix for optimal values. Finally, the algorithm was tested using three different methods: Classic Disturbances Simulation, Sinusoidal Pitch Variation Test Response and Random Pitch Variation Test Response.O presente trabalho consiste na projeção, programação e teste de um controlador de voo longitudinal destinado a uma aeronave não-tripulada equipada com um sistema de variação dissimétrica da envergadura das asas (conhecido como VSMW, asa dissimétrica ou asa telescópica). Este trabalho tem como principal objetivo desenvolver um controlador capaz de assegurar a estabilidade longitudinal da aeronave em voo nivelado a velocidade de cruzeiro, contudo, este foi também projetado para providenciar essa mesma estabilidade noutras fases de voo tais como a aterragem ou a descolagem. O algoritmo de estabilização baseia-se nas mais sofisticadas técnicas de controlo de voo atualmente disponíveis, mais concretamente LQR e Batz-Kleinman, para estabilizar a aeronave na atitude pretendida aquando da ocorrência de quaisquer pequenas perturbações atmosféricas que afetem a aeronave durante o voo. A aeronave a que se destina trata-se de um protótipo designado de Olharapo equipado com uma asa telescópica que permite ajustar a envergadura total das asas de acordo com a velocidade de voo. No entanto, o conceito modular da estrutura do programa permite que o controlador possa ser utilizado para diferentes configurações da mesma aeronave, ou até mesmo com uma aeronave totalmente diferente. Tanto o desenvolvimento como as simulações e testes do algoritmo foram efetuados com recurso ao software MATLAB® , tendo as necessárias derivadas de estabilidade e controlo iniciais sido providenciadas pelo software XFLR5® . As equações de voo foram devidamente adaptadas para permitirem uma compatibilização com o sistema da asa telescópica e a sua integração nos métodos de controlo LQR e Batz-Kleinman. As qualidades de voo da aeronave foram devidamente definidas e impostas ao controlador para garantir a afinação da matriz de ponderação para valores ótimos. Por fim, o algoritmo foi sujeito a três tipos de testes e simulações: Simulação Clássica por meio de Imposição de Perturbações Atmosféricas, Teste de Resposta a uma Variação Sinusoidal do Ângulo de Arfagem, e Teste de Reposta a uma Variação Aleatória do Ângulo de Arfagem

Projeto de um display holográfico volumétrico rotativo

Este trabalho descreve o desenvolvimento de um display gráfico rotativo que destoa através dos princípios de funcionamento dos displays convencionais pelo seu arranjo mecânico. Toda a exibição das imagens desenvolvida a partir deste trabalho é gerada através de múltiplas linhas de LEDs, empilhadas sobre o eixo de giro, acoplado a um motor e a um mecanismo de transferência de energia. Este mecanismo girando acima da persistência da retina humana e piscando de forma controlada, gera a ilusão de uma imagem tridimensional formada no ar. A exibição das imagens se dá na parte interna do cilindro transcrito pela rotação das barras de LED. Para o controle é utilizado um microcontrolador ARM Cortex-M3, que através do barramento SPI comunica-se com drivers que controlam 24 LEDs RGB existentes em cada um dos 8 níveis de exibição. O projeto prevê a interpretação de arquivos tridimensionais no formato IGES, que são convertidos através de um software e são lidos de um cartão SD embarcado na placa de controle. O display apresenta em até 8 cores as projeções volumétricas simulando 30.072 pixels a cada rotação, girando 20 voltas por segundo.This study aims the development of a rotating graphic display that clashes conventional displays for its mechanical arrangement. All the images exhibition developed from this work are generated by multiple rows of LEDs stacked on a rotating shaft coupled to a motor and an energy transfer mechanism. This mechanism spinning up the human’s retina persistence and flashing in a controlled manner creates the illusion of a three-dimensional image formed in the air. The display of images occurs inside the cylinder transcribed by the rotation of the LED bars. For the control is used a microcontroller ARM Cortex-M3, which through the SPI bus communicates with drivers that control 24 RGB LEDs existing in each of the 8 levels of display. The project involves the parsing of three-dimensional files in IGES format, which are converted through a software and are read from an SD card embedded on the control board. The display shows up to 8 colors volumetric projections simulating 30,072 pixels each rotation, turning 20 revolutions per second

Gestão de resíduos de pirotecnia

Mestrado em Engenharia do AmbienteA atividade industrial carateriza-se por consumir recursos naturais sob a forma de materiais e energia. Neste âmbito a indústria é também responsável pela produção de resíduos. Alguns dos quais com manifesto interesse para o mercado, outros com especiais caraterísticas de perigosidade ou de impacte ambiental, exigindo por isso procedimentos de gestão apropriados. No âmbito deste trabalho foi desenvolvido um modelo de gestão de resíduos de pirotecnia, com o objetivo de proceder à sua implementação nas empresas do setor. Para tal, procedeu-se à análise da atividade, desde a fase de produção de artifícios pirotécnicos nas instalações fabris até à produção de espetáculos, para identificação das fases de produção de resíduos. O objetivo do modelo de gestão proposto é o de garantir uma adequada gestão de resíduos do ponto de vista da proteção do ambiente e da segurança dos colaboradores e servir de ferramenta para a minimização da quantidade de resíduos gerados e para a melhoria do desempenho das atividades industriais na área da pirotecnia servindo ainda como uma ferramenta no controlo da atividade. O modelo de gestão de resíduos proposto permite a otimização das condições de segurança a que deve respeitar a gestão de resíduos, de modo a dar cumprimento à legislação vigente. No âmbito deste trabalho é ainda proposto um conjunto de indicadores para a atividade de produção de artigos pirotécnicos e de produção de espetáculos.The industrial activity is characterized by the consumption of natural resources as materials and energy. The industrial sector is also responsible for the production of large quantities of waste, some of them with remarkable interest for the market and other with hazardous properties that needs special management procedures. Within this work, it was developed a model for the waste management fireworks, with the purpose of to be implement by the pyrotechnic companies. For this, it was preceded to the analysis of activity from the production phase of the fireworks products in the manufacturing facilities to the production of pyrotechnic events, in order to identify the different types and quantities of waste. The purpose of the present model waste management is crucial to ensure proper management of waste from the point of view of environmental protection and safety of employees and serves as a tool for minimizing the amount of waste generated and improve the performance of the fireworks industrial activity and it’s a tool in business controlling. The waste management model allows the optimization of the safety conditions that must respect waste management to fulfill all the applicable law. This model assumed the study of the activity and the legislation governing the activity, since no data are available and that the manufacturing processes there are diversified and complex. Within this work it was developed indicators for the fireworks production activity and production shows

Utilização de sensores bioelétricos em modelos de redes de Petri IOPT - Aplicação ao controlo de um quadricóptero

Até hoje, o uso de eletroencefalogramas, eletromiogramas e eletro-oculogramas foram direcionados para auxiliar, aumentar ou reparar a ação cognitiva humana ou as suas funções sensoriais ou motoras, mantendo-se um distanciamento em relação às restantes aplicações onde estas tecnologias po-dem ser potencialmente utilizadas. Nesta dissertação foi implementado um controlador especificado através de um modelo de redes de Petri IOPT aplicado ao controlo de um quadricópte-ro, utilizando um conjunto de sinais bioelétricos obtidos de um capacete EPOC, fabricado pela Emotiv. Foi desenvolvida uma biblioteca de funções de aquisição e processamento dos sinais bioelétricos apta a ser reutilizada em diferentes aplicações. Como resultado, os controladores especificados em modelos de redes de Petri IOPT e gerados pelo ambiente de desenvolvimento IOPT-Tools podem utilizar sinais giroscópicos ou bioelétricos (estes dependentes de expressões fa-ciais, estados de emoção ou pensamentos específicos), para definir as ações de controlo de qualquer dispositivo ou aparelho eletrónico