Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Technological advances in electromechanical sensor and actuators, energy storage, data processing and control methodology made possible the development of unmanned aerial vehicles (UAVs). The quadrotor has emerged as one of these research platforms due to its mechanical simplicity, high maneuverability, as well as its capability of hovering and perform vertical take-off and landing. However, such vehicle presents some challenging issues to control area, like: nonlinearity, time-varying behavior, in addition it belongs to the class of underactuated mechanical systems, and it is subject to aerodynamics disturbances and parametric uncertainties. Therefore, this dissertation has as main objective, contribute to development and control strategies implementation to solve the positioning and path tracking problems of unmanned aerial vehicles, focusing on an underactuated mechanical system. In order to obtain a dynamic model that represents the aerial vehicle properly and realistically, the motion equations were developed based on the physics laws that define the mechanical system. The model we obtained is decoupled, thus we consider the presence of two subsystems, the rotational and the translational ones. A cascade control strategy was implemented, so that, a model predictive control (MPC) was developed to the altitude and orientation control of the aerial vehicle. However, the positioning control along the xy axis was performed through a proportional integral derivative control (PID). Such strategies allowed a smooth path tracking, beyond the possibility of dealing with physical constraints of the system. In order to assess the robustness of the control structure shown, we performed flight simulations under the presence of aerodynamics disturbances and parametric uncertainties. / Avanços tecnológicos em sensores e atuadores microeletromecânicos, no armazenamento de energia, no processamento de informações e em metodologias de controle possibilitaram o desenvolvimento dos veículos aéreos não tripulados (VANT s). O quadricóptero tem emergido como uma destas plataformas de pesquisa devido a sua simplicidade mecânica, a alta manobrabilidade, bem como a capacidade de realizar pairagem e decolagens e pousos verticais. Contudo, tal veículo apresenta algumas características desafiadoras para a área de controle, como: não linearidades, comportamento variante no tempo, além de pertencer à classe dos sistemas mecânicos subatuados e estar sujeito a distúrbios aerodinâmicos e incertezas paramétricas. Desta forma, este trabalho possui como principal objetivo contribuir para o desenvolvimento e a implementação de estratégias de controle para solucionar os problemas de posicionamento e rastreamento de trajetória em veículos aéreos não tripulados, focando em um sistema mecânico subatuado. Com o intuito de obter um modelo dinâmico que represente de forma apropriada e realista o veículo aéreo, suas equações de movimento foram desenvolvidas baseando-se nas leis físicas que regem o sistema mecânico. O modelo obtido é desacoplado, portanto, consideramos a existência de dois subsistemas, o rotacional e o translacional. Uma estratégia de controle em cascata foi implementada, de modo que, um controle preditivo baseado em modelo (CPBM) foi desenvolvido para o controle da altitude e da orientação do veículo aéreo. Já o controle de posicionamento no eixo xy foi efetuado através de um controlador proporcional integral derivativo (PID). Tais estratégias permitiram um rastreamento de trajetória suave, além da possibilidade de lidar com as restrições físicas do sistema. Com o intuito de avaliar a robustez da estrutura de controle apresentada, foram realizadas simulações de voo na presença de distúrbios aerodinâmicos e incertezas paramétricas. / Mestre em Ciências

Orientador: Prof. Dr. André Fenili / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Santo André, 2018.

Made available in DSpace on 2015-04-11T14:02:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 milton.pdf: 1235914 bytes, checksum: dff60afa3cc8a29da9cf209d407c7d8f (MD5) Previous issue date: 2013-03-26 / The three Attitude Parameters or Critical Flight Parameters - Attack, Yaw and Roll - are the angles that describe the rotational movements of an aerial vehicle in three-dimensional space. From the estimate of these angles, we can accomplish the stabilization of flight. The need for it varies for each type of aerial vehicle in inverse proportion to the stability provided by their mechanical characteristics. Moreover, the association of critical angles with other flight parameters, such as altitude and velocity, enables the description of all vehicle movements, and consequently, the execution of a flight path predetermined. Critical Flight Parameters can be inferred by electromechanical inertial sensors, Global Positioning System or by visual perception. Several authors mention that the electromechanical sensors fail and Global Positioning System are unavailable for some period of time under various environmental conditions, leading to loss of orientation and, in the case of unmanned vehicles, several accidents, given the lack of support from a pilot on these situations. In this work two techniques are integrated to estimate these parameters, based on Robotic Vision: the first one is based on the position and inclination of the Horizon about the aerial vehicle; and the second one is based on the estimation of optical flow of the scene viewed by the aerial vehicle. The use of optical flow provides the estimation of Yaw Parameter, which is not got at Horizon approach. It also enables the estimation of Critical Flight Parameters when the Horizon is not present. Both techniques are associated with camera parameters and integrated to provide more robustness to the flight angles estimation. Experiments conducted using real images of fixed-wing aircraft flight proved the method efficacy in open and unstructured envinroment. / Os três Parâmetros de Atitude ou Parâmetros Críticos de Voo Ataque, Guinada e Rolagem são os ângulos que descrevem os movimentos rotacionais de um veículo aéreo no espaço tridimensional. A partir da estimativa destes ângulos, pode-se realizar a estabilização de voo, cuja necessidade varia para cada tipo de veículo aéreo em proporção inversa à estabilidade proporcionada pelas suas características mecânicas. Além disto, a associação dos ângulos críticos de voo com outros parâmetros, como altitude e velocidade, possibilita a descrição de todos os movimentos do veículo, e consequentemente, a execução de uma rota de voo pré-determinada. Os ângulos críticos de voo podem ser inferidos por sensores eletromecânicos inerciais, pelo Sistema de Posicionamento Global ou por percepção visual. Diversos autores citam que os sensores eletromecânicos falham e o Sistema de Posicionamento Global fica indisponível por algum intervalo de tempo sob diversas condições ambientais, ocasionando a perda da orientação e, nos casos de veículos nãotripulados, acidentes e perdas de veículos, dada a falta do apoio de um piloto nestas situações. Neste trabalho são integradas duas técnicas de estimativa destes parâmetros, baseadas em Visão Robótica: a primeira é baseada na posição e inclinação do Horizonte com relação ao veículo aéreo; a segunda é baseada na estimativa do Fluxo Óptico da cena frontal ao veículo aéreo. O uso do Fluxo Óptico possibilita a estimativa do Parâmetro de Guinada, que não é realizada na abordagem baseada no Horizonte. Também possibilita a estimativa dos Parâmetros Críticos de Voo quando o Horizonte não está presente. As duas técnicas são associadas a parâmetros da câmera e integradas para dar mais robustez à estimativa dos ângulos de voo. Experimentos realizados usando-se imagens reais de voos de veículos aéreos de asa fixa provaram a eficiência do método em ambiente aberto e não-estruturado.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-10-02T19:31:50Z No. of bitstreams: 1 felipedesouzadelgado.pdf: 2621698 bytes, checksum: f2d2c40acc8fdf80a70c9f39aabc0cc9 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-10-09T19:46:37Z (GMT) No. of bitstreams: 1 felipedesouzadelgado.pdf: 2621698 bytes, checksum: f2d2c40acc8fdf80a70c9f39aabc0cc9 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-10-09T19:46:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 felipedesouzadelgado.pdf: 2621698 bytes, checksum: f2d2c40acc8fdf80a70c9f39aabc0cc9 (MD5) Previous issue date: 2017-08-24 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Esta dissertação apresenta a produção de redes de período longo em fibras ópticas por descargas de arcos elétricos e o seu uso em aplicações de sensoriamento de corrente em veículos aéreos não tripulados. Os aspectos teóricos fundamentais para o entendimento das redes de período longo são apresentados. Além disso, discutiu-se os diferentes tipos de acoplamentos de energia que podem ocorrer em uma rede de período longo e também, os mecanismos responsáveis pela formação dessas redes produzidas por descargas de arco elétrico. A fabricação de redes de período longo utilizando a técnica de arco elétrico foi descrita e o comportamento da perda dependente da polarização das redes produzidas foi investigado. Além disso, é apresentado um novo método para a produção de redes de período longo com perda dependente da polarização reduzida. Constatou-se que por meio de alterações no ângulo de incidência das descargas elétricas na fibra óptica em relação à um ponto de referência, é possível promediar os efeitos induzidos pontualmente por cada descarga de arco elétrico e assim, reduzir a perda dependente da polarização intrínseca dessas redes. Por fim, é apresentada a aplicação de uma rede produzida por arco elétrico combinada a um ímã de neodímio, compondo um novo dispositivo de sensoriamento para medir a corrente elétrica exigida pelos motores elétricos de um veículo aéreo não tripulado. / This dissertation presents the fabrication of long-period fiber gratings through electric arc discharges and their application in current sensing in unmanned aerial vehicles. The theoretical aspects of long-period gratings are presented. Besides, we discussed the different types of coupling that could occur in a long-period fiber grating, as well as the mechanisms responsible for the formation of the gratings produced by electric arc discharges. The manufacture process of the long-period gratings using the electric arc technique was described and the behavior of the polarization dependent loss of these gratings was investigated. In addition, a new method for the production of long period gratings with reduced polarization dependent loss is introduced. It has been found that by changing the incidence angle of the electric discharges in the optical fiber in relation to a reference point, it is possible to average the effects induced by each electric arc discharge and, therefore, reducing the intrinsic polarization dependent loss of these gratings. Finally, the application of a grating produced by electric arc combined with a neodymium permanent magnet is presented. This combination allows us to measure the electric current required by a motor of an unmanned aerial vehicle.

Orientadores: Paulo Augusto Valente Ferreira, Ely Carneiro de Paiva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:59:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Faria_BrunoGuedes_M.pdf: 2340545 bytes, checksum: 440ff7a9aa46f5a39514e81423363750 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Nos últimos anos tem-se observado um crescente interesse de empresas e instituições de pesquisa pelo desenvolvimento de veículos robóticos, dotados de diferentes níveis de capacidade de operação autônoma, objetivando a execução de diversas tarefas. Dentro deste contexto o CenPRA, Centro de Pesquisas Renato Archer, propôs o Projeto AURORA. O Projeto AURORA (Autonomous Unmanned Remote mOnitoring Robotic Airship) tem como seu principal objetivo o desenvolvimento de protótipos de veículos aéreos tele-operados, e a obtenção de veículos telemonitorados, através do desenvolvimento de sistemas com graus de autonomia crescentes. Para que se possam agregar níveis crescentes de autonomia ao veículo, é essencial incrementar seu sistema de controle e navegação de maneira gradativa. Por esse motivo o aprimoramento das estratégias de controle do sistema é essencial. Assim, é primordial possuir um modelo fidedigno do sistema físico em questão, pois somente dessa forma é possível elaborar leis de controle e testá-las imediatamente em simulação antes de partir para os ensaios práticos no veículo real. Além disso, um modelo adequado é essencial para a simulação do vôo do dirigível de forma a permitir a análise preliminar de seu comportamento diante de uma nova missão. O principal objetivo deste trabalho é a implementação e validação de metodologias para a identificação do modelo dinâmico longitudinal do dirigível. Foram abordadas três metodologias para a identificação do modelo dinâmico do dirigível: a identificação estacionária, que identifica os coeficientes aerodinâmicos do dirigível a partir de um vôo estacionário, a identificação dinâmica, que identifica esses coeficientes e a dinâmica linearizada do veículo a partir de um vôo com entradas de perturbação conhecidas e, finalmente, a identificação por meio de estratégias evolutivas, que procura otimizar alguns parâmetros do modelo dinâmico. As três metodologias foram testadas, validadas e comparadas através de ensaios de simulação, utilizando-se o simulador do dirigível AS800 do Projeto AURORA / Abstract: In recent years many research institutions and companies have been demonstrating a growing interest in the development of unmanned aerial vehicles with different autonomous operation levels in order to allow for the performance of many types of tasks. Within this context, CenPRA (Renato Archer Research Center) proposed the Project AURORA. Project AURORA (Autonomous Unmanned Remote Monitoring Robotic Airship) aims at the development of unmanned airships remotely operated with a view to the creation of an autonomous flight airship by the incorporation of increasing levels of autonomy. In order to increase the vehicle autonomy level, the development of a proportionally enhanced control and navigation systems is essential. It is extremely important to have a very accurate model of the physical airship system, given that this is the only way to design control laws for the vehicle and test them in simulation before performing actual flight tests. Moreover, an accurate model is essential to predict the vehicle behavior in simulation before any real flight demanding a new type of mission. The definition of identification methodologies for the AS800 airship system identification is the main scope of this work. Three methodologies were considered to allow the airship dynamic model identification: stationary identification, which identifies aerodynamic coefficients from stationary stabilized flight conditions; dynamic identification, which identifies these coefficients and the vehicle linear dynamics from the application of known inputs into the system; and, finally, through evolution strategies, which uses an evolutionary approach for the optimization of the aerodynamic coefficients of the dynamic model. All the methodologies were tested, validated and compared through simulation experiments by using the AS800 airship simulator of the Project AURORA / Mestrado / Automação / Mestre em Engenharia Elétrica

[pt] Esta dissertação apresenta uma abordagem para a coordenação de enxames de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANT), baseada na comunicação via Internet provida pelas redes de telefonia móvel. Um grande número de atividades pode ser coberto com uma missão conjunta de VANTs voando em formação, como a vigilância e monitoramento de grandes eventos, tarefas de busca e salvamento, controle de pestes agrárias, fiscalização e conservação florestal, inspeção de oleodutos e redes de distribuição elétrica ou mesmo em missões militares de ataque e reconhecimento. A coordenação de enxame de VANTs pode ser fatorada na comunicação entre os membros do enxame e o algoritmo de controle e interrelacionamento entre os membros. A solução proposta consiste no uso de smartphones acoplados a VANTs capazes de prover o nível necessário de comunicação confiável sobre a Internet móvel, e processar o algoritmo proposto para a coordenação dos enxames de VANTs. Experimentos foram feitos através da emulação de VANTs e redes de dados de telefonia que demostraram a eficácia do algoritmo proposto e analisam o impacto da latência de rede e da velocidade dos VANTs sobre a precisão da coordenação de movimento de enxames. / [en] This work presents an approach to coordinate swarms of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) based on Internet communication provided by mobile phone networks. Several activities can be done by several UAVs flying in formation, such as surveillance and monitoring of mass events, search and rescue tasks, control of agricultural pests, monitoring and forest conservation, inspection of pipelines and electricity distribution networks or even military attack and recognition missions. Coordination of UAVs swarm can be branch in two sub-problems: communication between members of the swarm and the algorithm that controls members behaviors regarding their movements. The proposed solution assumes the use of a smartphone coupled with each UAV of the swarm, in order to provide the required level of reliable communication on the mobile Internet and run the proposed algorithm for the coordination of swarms of UAVs. Experiments were performed with emulated UAVs and WAN mobile networks. The results have demonstrated the effectiveness of the proposed algorithm, and have shown the influence of the network latency and the UAV speeds on the accuracy of the movement coordination in the swarms.

No description available.

The master´s thesis deals with the application of unmanned aerial vehicle (UAV) in photogrammetry and mapping. The first part describes the UAV that was used for imaging, legislative restrictions resulting from its operations, planning and realization of the flight. The second part of this thesis is focused on processing results, especially on evaluation the accuracy of the results gained by UAV with and without a GNSS module. The data are evaluated in the 3rd accuracy rating class (ČSN 01 3410). The theoretical principles are explained as well. The main aim of the thesis is to demonstrate the effective use of the GNSS module Emlid Reach and the unmanned aerial vehicle in geodesy.

The master thesis deals with design and realization of stabilizing and autopilot system, which is used in radio controlled model planes. The thesis contains a proposal of hardware platform, which is able to control the plane model based on data measured from a sensor system. Moreover, this thesis describes a software implementation of individual modules, which is measured the onboard values. The basic principles of stabilization and autonomous flight control are also summarized. In conclusion, the system is subjected to flight tests.

This thesis proposes a system for extraction of vehicle trajectories from aerial video data for traffic analysis. The system is designed to analyse video sequence of a single traffic scene captured by an action camera mounted on an arbitrary UAV flying at the altitudes of approximately 150 m. Each video frame is geo-registered using visual correspondence of extracted ORB features. For the detection of vehicles, MB-LBP classifier cascade is deployed, with additional step of pre-filtering of detection candidates based on movement and scene context. Multi-object tracking is achieved by Bayesian bootstrap filter with an aid of the detection algorithm. The performance of the system was evaluated on three extensively annotated datasets. The results show that on the average, 92% of all extracted trajectories are corresponding to the reality. The system is already being used in the research to aid the process of design and analysis of road infrastructures.