PG-EAM - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Aeronáutica e Mecânica
EN PT
Dissertação de Mestrado 2017

Sistema de rastreamento para multicópteros utilizando uma câmera RGB-D estática

Autor

Luiz Manoel Santos Santana

Orientador

Área de Concentração

Sistemas Aeroespaciais e Mecatrônica

Data de Defesa

22/06/2017

Número da Tese

73439

Resumo

A estimação de posição, velocidade e ângulo de guinada é, por muitas vezes, requisito para a validação experimental de leis de controle e algoritmos de navegação para veículos aéreos multicópteros. Normalmente os sistemas comerciais utilizados para esse propósito têm um custo elevado. A presente dissertação tem como objetivo apresentar um problema de estimação de estados para multicópteros usando uma câmera RGB-D estática, fixada sobre a área de voo do multicóptero. Os principais componentes do sistema de estimação de baixo custo proposto são uma câmera RGB-D (um Kinect V2), um computador master externo ao veículo e um quadricóptero (um AR.Drone 2.0). A câmera RGB-D fornece a distância entre os objetos contidos em seu campo de visão e a câmera, além de fornecer uma imagem no sistema de cor RGB dos objetos contidos no seu campo de visão. No computador master, a partir dos dados coletados da câmera RGB-D e utilizando métodos de visão computacional e processamento de imagens, são calculados a posição e o ângulo de guinada do multicóptero. Ainda no computador master, é realizada a solução do problema de estimação de posição, velocidade, e ângulo de guinada utilizando o filtro de Kalman. O sistema é avaliado em três etapas. 1) teste de consistências das medidas do Kinect; 2) teste de estimação em malha aberta; e 3) teste de estimação em malha fechada. Na primeira etapa são utilizadas marcas coloridas colocadas em posições conhecidas para validar as medidas de posição e ângulo de guinada. A partir das posições dos centróides das duas marcas coloridas, pode-se imediatamente calcular o ângulo de guinada. Conhecendo a posição e o ângulo de guinada, é feita a comparação com a posição e guinada dada pelo sistema. Já no segundo teste, foi utilizado um veículo terrestre de controle remoto para avaliar a estimação de posição, velocidade e do ângulo de guinada. Finalmente, no terceiro teste o multicóptero é comandado para realizar uma trajetória baseada em waypoints onde os estados estimados são realimentados no seu controle de posição. A partir dos resultados, conclui-se que o sistema desenvolvido é capaz de ser utilizado em experimentos de navegação e controle de posição de multicópteros.

Palavras-chave

Estimação de estado Rastreamento (posição) Câmeras Aeronave não-tripulada Visão por computadores Engenharia aeronáutica