Orientador : Samuel Siqueira Bueno, Maria Beatriz F. de Toledo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-31T23:11:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Maeta_SilvioMano_M.pdf: 6259937 bytes, checksum: a174c0c5edfad058b34e02ac7e7970c9 (MD5) Previous issue date: 2001 / Resumo: Veículos aéreos semi-autônomos não tripulados apresentam um grande potencial, ainda pouco explorado, para aplicações de pesquisa e inspeção aérea através da coleta de informações do ambiente. Tais veículos permitem que o usuário possa definir a área a ser sobrevoada, a resolução temporal e espacial dos dados que devem ser obtidos e o tipo de sensor mais adequado para cada tipo de tarefa. Contudo, o desenvolvimento deste tipo de veículo é uma atividade bastante complexa pois envolve de um lado a integração de um grande número de componentes de hardware de diferentes tipos (computadores, sensores, atuadores, link de transmissão de dados) e por outro lado o desenvolvimento do software responsável por realizar em tempo real tanto a comunicação destes dispositivos quanto o seu uso para o controle e navegação do veículo. A definição e estabelecimento de uma arquitetura, tanto de hardware quanto de software, é o elemento básico para se realizar o desenvolvimento de uma infra-estrutura integrada adequada, capaz de suportar a operação autônoma do veículo robótico. O objetivo desta dissertação é apresentar o desenvolvimento da infra-estrutura embarcada do Projeto AURORA, que visa o desenvolvimento de dirigíveis não tripulados, com elevados graus de autonomia, para aplicações de inspeção aérea. Esta dissertação aborda: os elementos de hardware utilizados no sistema embarcado; as soluções encontradas para se realizar a integração dos mesmos e; o software embarcado, responsável por realizar o tratamento de dados sensoriais, a geração de comandos para atuadores e que, também, provê o suporte para o desenvolvimento, testes e validação de algoritmos de controle e navegação. O desenvolvimento de software foi feito utilizando-se as mais modernas técnicas de engenharia de software, que permitiram um processo acelerado de implementação e testes. A infra-estrutura desenvolvida foi validada através de vôos reais, onde o dirigível era controlado remotamente e também através de vôos semi-automáticos. Os dados de telemetria, além de permitirem o acompanhamento em tempo real dos vôos também foram utilizados em uma análise posterior, validando o correto funcionamento do sistema embarcado do dirigível. A principal contribuição desse trabalho foi o desenvolvimento de um sistema embarcado próprio para ser utilizado em sistemas robóticos autônomos, validado experimentalmente através da utilização em condições reais de operação. Os resultados mais relevantes são: sistema embarcado próprio para o desenvolvimento de sistemas robóticos autônomos, o que inclui a definição do hardware e a integração dos diversos sensores embarcados; software embarcado de tempo real dedicado e; infra-estrutura de simulação para a realização de testes dos algoritmos de controle e navegação / Abstract: Unmanned semi-autonomous aerial vehicles present a great and unexplored potential in aerial inspection and research, collecting data &om the environment. Such vehicles allow the user to define the region that must be monitored, data spatial and temporal resolution in which the data must be acquired, and the most adequate type of sensor for each kind of mlSSlon. However, the development ofsuch kind ofvehicle is a very complex task because it involves on one hand the integration of a great number of different hardware devices (computers, sensors, actuators, data transmission link), and on the other hand the development of the software responsible for executing, in real-time, the communication between these devices, and also for providing the control and navigation capability for the vehicle. The definition and the establishment of an architecture, both hardware and software, is the basic element to do the development of an adequate integrated intTastructure, capable of supporting the autonomous operation of the robotic vehicle. The main objective of this text is to present the developrnent of the ernbedded infrastructure of AURORA's Project, which aims at the development of unmanned airships with high autonomy levels for aerial inspection applications. This text covers the following subjects: hardware devices used in the embedded system; solutions to integrate these devices; and also the embedded software, which in responsible for the treatrnent of sensorial data, generation of commands for the actuators and, also, to provide an environment for the development, test and validation of the control and navigation algorithms. The software development was realized using the most modero software engineering techniques, which allowed an accelerated process of implementation and tests. The validation of the developed infrastructure was made in real flights in which the airship was remotely controlled and also through semi-automatic flights. The collected telemetry data allowed the observation of the flights in real-time and also were used in a posterior analysis, validating the correct functioning of the airship's embedded system. The main contribution of this work was the development of an embedded system appropriate to be used in autonomous robotic systems, which was validated experimentally in real operation conditions. The most relevant results are: a suitable ernbedded system for the development of autonomous robotic systems, including the definition of the embedded hardware and integration of the ernbedded sensors; a dedicated real-time embedded software and; simulation infrastructure that allows the test of control and navigation algorithms / Mestrado / Mestre em Ciência da Computação

Com a evolução dos projetos de multirotores e dos seus componentes, os projetistas vem tendo inúmeras opções de combinações de componentes na fase de projeto do multirotor, buscando melhor performance e menor custo. Isto deixa um problema em aberto: como atingir o multirotor pode atingir uma boa performance ainda na fase de projeto. A motivação para realização deste estudo se justifica no fato que não há trabalhos relacionado ao levantamento de métricas e análise de performance dos multirotores. Assim como o fator de não haver formas de mensurar a qualidade dos projetos e ter possibilidade de comparação, uma vez que tem-se várias formas de projetar um multirotor para diferentes aplicações. Este trabalho propõe uma abordagem para a análise do projeto de multirotores em termos de sua capacidade de voo (definida como voabilidade), levando em consideração as características de seus rotores, peso e topologia. O principal objetivo é apresentar uma forma de qualificar e quantificar uma aeronave multirotor para otimizar seu projeto. A abordagem discutida tem como objetivo analisar as habilidades de voo dos multirotores em seu projeto teórico para suportar os requisitos de projeto (como tamanho da hélice, torque do motor, topologia de armação), garantindo as capacidades de voo exigidas pela tarefa. Como resultado deste trabalhos, um conjunto de índices foi proposto para avaliar a qualidade de projeto de multirotores, sendo eles: voo, estabilidade, posicionamento e flutuação. A soma destes índices compõem o índice de voabilidade. Este índice oferece a possibilidade de comparação da análise do veículo em função das especificações do conjunto motor, hélice, topologia e tamanho do quadro. Para a validação destas métricas, uma análise das topologias tradicionais foi realizada, permitindo uma comparação em função do desempenho e esforço delas. / With an evolution of the multi-curral projects and their components, the designers have been having numerous options of combinations of components in the multirotor design phase, seeking better performance and lower cost. This leaves an open problem: as what the multirotor can achieve a good performance still in the design phase. One motivation to carry out this study is justified in that there are no works related to the survey of metrics and analysis of the performance of multirotors. As well as the factor there are no ways to measure a quality of projects and possibility of comparison, since there are several ways to design a multirotor for different applications. This work proposes an approach for an analysis of the design of multirotors in terms of their flight capacity, defining as characteristics of their rotors, weight and topology. The main objective is to present a way to qualify and quantify a multirotor aircraft to optimize its design. An approach approached for design design to support design requirements (such as power size, engine torque, frame topology), ensuring as required flight capabilities. As a result of this work, a set of indexes proposed to evaluate a multirole project quality, being: flight, stability, hover and heading. The sum of these indices compose the voleability index. This index offers a possibility of comparing the vehicle analysis according to the specifications of the engine assembly, propeller, topology and frame size. For a metric validation, an analysis of the topologies was performed, allowing a comparison for the performance function and their effort.