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Controle autônomo e distribuído de veículos aéreos não-tripulados
No full textBecause of the mobility, easiness of operation and the recent price reduction Unmanned Aerial Vehicles (UAV’s) have, during the last few years, become technically and economically viable alternative tools to perform a great number of tasks classified as 3D - Dull, Dirty and Dangerous. These tasks are also characterized to be expensive and demanded a great deal of effort or equipment or that presented a high risk factor to human lives, such as remote imagery acquisition, perimeter surveillance, search and rescue operations after a natural disaster and military field operation. Following this trend, the project in which this work is inserted aims to use a group or swarm of UAV’s performing the role of mobile routing nodes in order to establish a reliable, flexible and efficient communication network. This network can be used as an alternative solution to provide support to operations located in environments in which a fixed or traditional communication network cannot be counted on or is unstable such as, for example, search and rescue operations after a natural disaster. In this context the following work presents the development and the results of an algorithm capable of exploring the largest possible area of a map while being able to perform side missions, handle points-of-interest (POI) and maintain an active network link. To achieve the desired behavior, two multi-agent social interaction algorithms were combined. The first consists on a potential map algorithm which is a modified vision of the biologically inspired ant-colony optimization method and it is responsible for the movement itself, handling the movement, area coverage and network connectivity problems. The second one is a contract algorithm based on a market economy paradigm and it is responsible to handle the tasks, missions and POI distribution between the UAV’s.Devido a sua grande mobilidade, simplicidade de operação e à redução dos custos envolvidos em sua aquisição os Veículos Aéreos Não-Tripulados (VANT’s) tornaram-se, nos últimos anos, ferramentas viáveis técnica e economicamente para inúmeras aplicações que eram anteriormente complexas, caras e de difícil realização ou que apresentem ameaça à vida humana, como por exemplo, monitoramento, sensoriamento e aquisição remota de imagens. Seguindo esta tendência a proposta principal do projeto no qual este trabalho está inserido é utilizar um grupo de VANT’s desempenhando o papel de nós comutadores móveis de forma a configurar uma rede de comunicações confiável, flexível e eficiente como solução alternativa para dar suporte à operações em ambientes e/ou cenários nos quais não se pode contar com um uma infraestrutura fixa de telecomunicação, tais como em locais afetados por desastres ou em situações de combate. Neste contexto este trabalho apresenta desenvolvimento e teste, juntamente com os resultados, de um algoritmo de coordenação de movimento para VANT’s que seja capaz de explorar a maior área possível de um mapa e executar missões paralelas enquanto se encarrega de manter um enlace sempre ativo nesta rede de suporte. Para atingir estes objetivos dois algoritmos teóricos principais serão combinados em um algoritmo híbrido. O primeiro algoritmo é uma versão do biologicamente inspirado algoritmo de otimização de colônia de formigas, este será responsável pelas decisões sobre a movimentação dos agentes, coordenando o movimento, o problema de cobertura de área e os problemas de conectividade. O segundo é um algoritmo de leilão por economia de mercado, responsável pela distribuição dos pontos de interesse a serem visitados e das missões paralelas
Virtual simulator to simulation system of ASTROS 2020’s project
No full textO avanço da tecnologia nos últimos anos, assim como o avanço das ferramentas de desenvolvimento, vem tornando ferramentas de simulação cada vez mais complexas, assim como mais comuns. Tais ferramentas de simulação são usadas em diversas áreas, muitas vezes para treinamento virtual antes do real, visando diminuir custos e riscos do treinamento real. Sistemas complexos ou perigosos, como treinamento de equipamentos militares, se beneficiam de simuladores uma vez que o uso de equipamentos custa caro assim como há riscos à saúde dos envolvidos em casos de erros, como erros causados por inexperiência e falta de treinamento. Buscando se aproveitar dessas vantagens de economia e segurança trazidas por simuladores, o Exército Brasileiro está desenvolvendo um simulador tático para o treinamento do sistema ASTROS 2020. O objetivo desse trabalho é realizar a prototipação de um simulador virtual tático para uma parte do sistema de simulação de lançadores de mísseis e foguetes, ASTROS 2020. São estudadas técnicas para simular comportamentos do mundo real de veículos autômatos. O comportamento estudado busca a criação de uma inteligência para que os veículos autômatos sejam capazes de se deslocarem em comboio ordenado e desviar de obstáculos ao longo do percurso, assim como se dispersarem ao chegarem ao destino. O simulador para o sistema ASTROS 2020 está sendo desenvolvido na plataforma Unity, uma das ferramentas que facilitam o desenvolvimento de jogos e simuladores. O comportamento foi, desse modo, implementando na plataforma Unity e, para tal, as ferramentas da plataforma usadas para o desenvolvimento são, também, estudadas nesse trabalho.The advance of technology in the last years, like the advance of development tools, have made simulation tools more complex and more common. Such simulation tools are used in many areas, usually for virtual training before real training, seeking reduce costs and risks of real training. Complexes or dangerous systems, like military equipment training, benefits from simulation since the use of such equipment is expensive and there are health risks to the ones involved in case of mistakes, like mistakes caused by inexperience and lack of training. Seeking take advantage of this economic and safety advantages brought by simulators, the Brazilian Army is developing a tactical simulator for the training of ASTROS 2020 system. The goal of this paper is to make the prototyping of a tactic virtual simulator for a part of the simulation system of missile and rocket firing system, ASTROS 2020. It is studied techniques to simulate the behavior of real world automatons vehicles. The studied behavior seeks the creation of an intelligence that makes the automatons vehicle capable of move orderly and avoid obstacles along the way as well disperse when arriving in the destination. The simulator for the ASTROS 2020 system is being developed in the Unity platform, one of the tools that make the development of games and simulators easier. So, the behavior was implemented on Unity platform and the platform’s tools are also studied in this paper
Decisão n.º080/2019, de 05 de abril de 2019 (CONSUN)
No full textDeferimento ao pedido de reconsideração da Decisão nº 141/2017-
CONSUN, interposto pelo Professor EDISON PIGNATON DE FREITAS,
concedendo, ao mesmo, progressão funcional da Classe de Professor
Adjunto, nível I, à Classe de Professor Adjunto, nível II.tru
Instrumento de um veículo aéreo não tripulado para análise de sua performance
No full textDurante o projeto de um veículo aéreo não tripulado (VANT) de asa fixa, a utilização de um dispositivo capaz de coletar as informações relevantes do voo da aeronave é crucial para a análise de sua performance, validações e, até mesmo, tomada de decisões no projeto. Neste trabalho, foi proposto o desenvolvimento de um sistema de instrumentação de um VANT que fosse capaz de coletar as seguintes informações: velocidade em relação ao ar, altitude e orientação da aeronave, e a corrente elétrica drenada pelo conjunto rádio receptor e servos. Também foi propósito deste trabalho que, durante o voo, as informações fossem transmitidas a um computador para acompanhamento remoto por parte do piloto ou de um auxiliar. Dessa forma, o piloto poderia atingir certas condições para que determinada característica de voo fosse analisada. Ao final deste trabalho, foi desenvolvido um dispositivo para ser instalado no avião construído. Durante e após o voo, foi possível analisar os resultados das medições com ferramentas computacionais desenvolvidas em MATLAB. Com os resultados obtidos, é possível caracterizar o comportamento da aeronave durante o voo; no entanto, eles não foram satisfatórios em torno dos requisitos de projeto definidos no início do trabalho. Por fim, as metodologias adotadas foram analisadas e melhorias foram propostas para serem aplicadas em trabalhos futuros
Análise de desempenho de redes baseadas em abordagem information centric networking (ICN) na implementação de redes de comando e controle (C2)
No full textAplicações de comando e controle impõem severos desafios tanto nas condições quando nos requisitos de funcionamento da rede. Seja pelos cenários complexos e, ocasionalmente, imprevisíveis que refletem na topologia da rede ou pelo nível de desempenho exigido neste contexto. Na esperança de alinhar o problema com a abordagem que melhor se adapte, serão conduzidos estudos do desempenho de redes C2 com Information Centric Networking. Este trabalho de graduação tem como objetivo reunir dados concretos a fim de comparar esta prática com outras possíveis e conhecidas, discorrendo sobre as vantagens e desvantagens encontradas.Command and control applications impose tough challenges on the conditions and requirements that the network must endure. Both for the complex, and occasionally unforeseeable scenarios which reflect on the topology of the network, and for the level of performance that must be achieved in this context. In hopes to match the problem with the most suitable approach, performance studies will be conducted about C2 networks with Information Centric Networking. This graduation work aims to collect concrete data so as to compare this set of ideas with others used for this same purpose, discussing the advantages and disadvantages found along the way
Sistema de localização indoor em tempo real
No full textDevido à disrupção das tecnologias de comunicação móvel e à proliferação das redes sem fio, tornou-se possível a implementação de sistemas de rastreamento. Neste contexto os sistemas de localização Real-Time Location System (RTLS) despontam como importantes agentes no monitoramento de processos, controle de ativos, controle de fluxo de pessoas e sistemas de auto-localização. No entanto, a implementação de sistemas de localização pode ainda representar um alto investimento monetário e se depara com dificuldades de integração multi-plataforma e complexabilidade de utilização. Neste trabalho foi desenvolvida um framework para um sistema de localização com a finalidade de estabelecer-se uma plataforma universal para todo possível escopo de diferentes leitores, padrões de mensagem, aplicações e estruturas de armazenamento. Além disso, implementou-se um sistema de localização indoor para validação deste framework. Por fim, foram realizados testes, cujos resultados foram analisados a fim de se verificar a qualidade das estimativas obtidas. Finalmente, concluiu-se que os valores obtidos eram satisfatórios para o bom funcionamento do sistemaDue to the spreading of wireless networks and the desruption of mobile communication technologies, the implementation fo tracking systems was made possible. For that reason, Real-Time Location Systems (RTLS) stand out as an important solution for process management, asset control, people flow control and auto localization systems. However, the implementation of a RTLS may still require a large finacial investment, face cross-plataform integration dificulties and a greate complexibility. In this paper, a RTLS framework was developed in order to obtain a cross-plataform solution between devices, messages protocols, applications and data structures. Besides that, a indoor RTLS was developed in order to volidate this framework. Finally, the solution was tested and it’s results analized, so that the quality of the results could be verified. At last, it was concluded that the obtained results were good enough for the well behavior of the system
Implementation of a mission control for unmanned aerial vehicles using a Raspberry Pi
No full textO uso de múltiplas plataformas computacionais é uma forma de aumentar as capacidades de Veículos Aéreos Não-Tripulados (VANTs), visto que habilita o processamento de dados como imagens de câmeras e dados sensoriais a bordo da aeronave, e influencia o planejamento da missão. Este trabalho propõe a implementação de uma aplicação de controle de missão para Veículos Aéreos Não-Tripulados em uma plataforma Raspberry Pi que seja capaz de configurar e controlar algumas tarefas de uma missão como decolagem, pouso, navegação entre posições e envio de itens de missão; e estabelecer a integração dessa plataforma embarcada com o piloto automático Pixhawk através do uso de uma interface de comunicação serial. Os principais objetivos desse estudo são: proporcionar um controle com certo de grau de autonomia que seja capaz de executar algumas tarefas responsáveis por estágios iniciais de uma missão sem necessitar de intervação humana; e permitir o uso de mais módulos de processamento a partir do Raspberry Pi através de uma interface de comunicação serial padrão, sem causar um excesso de processamento no piloto automático. Esse controle é projetado como uma máquina de estado onde cada um de seus estados é uma tarefa a ser executado na sequência de eventos de uma missão. A comunicação entre o computador embarcado e o piloto automático se dá através de mensagens MAVLINK que podem conter comandos ou informações de status. Os resultados mostram que esse controle de missão é funcional e capaz de enviar itens de missão e outros comandos de navegação ao piloto automático. O módulo de controle também se mostrou capaz de tratar as mensagens recebidas e atribuir tarefas pertinentes ao estágio da missão em curso.The usage of multiple computational platforms is a way to increase Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) capabilities. It enables on-board payload data processing, such as camera footage and sensory data, and influences the mission planning. This work proposes the implementation of an application for mission control for Unmanned Aerial Vehicles in a Raspberry Pi platform, that is capable of configuring and controlling some tasks in a mission such as taking off, landing, navigation between locations and the delivery of mission items; and establishing the integration between the embedded computer and the autopilot Pixhawk through the use of a serial communication interface. The main goals of this study are: providing a control with some degree of autonomy in which the execution of some tasks from early stages of a mission is possible without the need for human intervention; and allowing more processing modules to be executed on the Raspberry Pi without an autopilot overhead. This automated control is designed as a state machine in which each of its states is a task to be executed during the sequence of events in a mission. The communication between the embedded computer and the autopilot is through MAVLINK messages containing commands or status information. The results show that such control is functional and capable of delivering mission items as well as other navigation commands to the autopilot. The mission control module is also shown as capable of handling incoming messages and assigning pertinent tasks according to the mission stage
Pathfinding and coordination between autonomous vehicles in the SIS-ASTROS simulation system tactical virtual simulator
No full textA simulação virtual têm se popularizado cada vez mais nos dias de hoje, devido principalmente ao avanço das ferramentas que auxiliam no desenvolvimento das soluções e a maior capacidade computacional existente nos dispositivos. Os simuladores têm aplicações nas mais diversas áreas, como, por exemplo, a simulação de eventos naturais definidos por modelos matemáticos, o treinamento de usuários em tarefas relacionadas ao seu oficio e até mesmo na área da Educação. O treinamento virtual é uma das áreas de grande foco atualmente, pois, além de reduzir os custos de um treinamento real, é possível simular situações de perigo, sem por em risco instalações, veículos e o mais importante, vidas. Simuladores virtuais são de grande valia para exercícios militares, tendo em vista que os mesmos possuem riscos inerentes tanto para os equipamentos em uso, quanto para as vidas dos agentes humanos envolvidos. Por esses motivos, o Exército Brasileiro esta investindo no desenvolvimento de um simulador tático dentro do Programa Estratégico do Exército ASTROS 2020, que envolve a tecnologia de lançamentos de foguetes e mísseis O objetivo deste trabalho é a prototipação de parte do sistema de simulação virtual de REOP (Reconhecimento, Escolha e Ocupação de Posição), responsável por criar a representação dos trajetos a serem percorridos por veículos dentro de uma área de operação. Para atingir este objetivo, são utilizados algoritmos provenientes de soluções usadas em veículos autônomos para geração de trajetos, juntamente com um algoritmo que provê uma cooperação entre os agentes da simulação, durante a execução de seus trajetos, para atingir o posicionamento desejado. Além disso, é proposto um algoritmo que tem o objetivo de gerar a dispersão dos mesmos agentes dentro de uma área de operação. Os componentes para a simulação foram implementados na plataforma de desenvolvimento Unity, uma Engine de jogos largamente utilizada na indústria e no desenvolvimento de simuladores.Virtual simulation has increasingly become popular these days, mainly due to the advance of tools that provide aid in the development of the solutions and the greater computational capacity present in devices. Simulators have applications in diverse areas, such as the simulation of natural events as defined by mathematical models, the training of users in tasks related to their trade and even in Education area. Virtual training is one of the areas of great focus today, because it helps to reduce the training expenses and it makes possible to simulate perilous situations without endangering facilities, vehicles and, most importantly, lives. Virtual simulators are of great value to military exercises, considering that these exercises have an inherent risk for the equipment in use and for the lives of the human agents involved. For these reasons, the Brazilian Army is investing in the development of a tactical simulator within the ASTROS 2020 strategic program, which involves the technology of launching rockets and missiles. The objective of this work is the prototyping of part of the REOP Tactical Virtual Simulator (Recognition, Choice and Position Occupation). This simulator is responsible for creating the representation of the routes to be covered by vehicles within an area of operation. Algorithms for route generation for autonomous vehicles are used conjointly with an algorithm that provides a co-operation between the simulation agents during the execution of their paths, to achieve the desired positioning. In addition, an algorithm which aims to generate the dispersion of the same agents within an area of operation is proposed. The components for the simulation were implemented in the Unity development platform, a game engine widely used in industry and in the development of simulators
Evaluation of altitude sensors for an application in a pulverization drone
No full textThis work aims to study and compare various range finders applied to altitude sensing on a rotating wings Unmanned Aerial Vehicle (UAV). The specific application is the altitude maintenance for the fluid deployment valve aperture control in an unmanned pulverization aircraft used in precision agriculture. The influence of a variety of parameters will be analyzed, including the tolerance for crop inconsistencies, density variations and intrinsic factors to the process, such as the pulverization fluid interference in the sensor’s readings, as well as their vulnerability to harsh conditions of the operation environment. Filtering and data extraction techniques were applied and analyzed in order to potentiate the measurement reliability. As a result, a wide study was produced, enabling the better decision making about choosing the best sensor for each situation being analyzed. The performed data analysis was able to provide a reliable baseline to which the sensors could be compared. With a baseline set, it was possible to counterweigh the sensors errors and other measures like the Mean Squared Error (MSE) for each environment to provide a summarized score of the sensors in order to support product design decision making. The sensors which provided the best performance in the metrics used were Lightware SF11-C and LeddarTech M16, according to the environment.Este trabalho tem como finalidade o estudo e a comparação entre diversos sensores de alcance aplicados à determinação de altitude de um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) de asas rotativas. A aplicação específica é a de manutenção de altitude para o controle de abertura da válvula de liberação de fluido para uma aeronave não tripulada com o propósito de pulverização no contexto de agricultura de precisão. São analisadas as influências de diversos tipos de parâmetros nas leituras dos sensores, incluindo tolerância a falhas dependendo de características da plantação e variações na densidade da mesma, além de sua tolerância a fatores intrínsecos ao processo como a interferência do fluido sendo pulverizado nas leituras dos sensores, assim como a vulnerabilidade dos sensores às condições agressivas do ambiente em que os mesmos operam. São, ainda, realizadas análises de forma a determinar os efeitos benéficos ou não de técnicas de filtragem e extração de dados dos sinais obtidos de forma a potencializar os resultados obtidos a partir dos sensores. Como resultado, obtém-se um estudo abrangente de forma a possibilitar o embasamento da escolha do melhor sensor para cada situação analisada. A análise dos dados possibilitou a obtenção te uma referência confiável à qual é possível comparar os sensores individuais. Com uma referência fixada, foi possível comparar os erros dos sensores e outras medidas como o MSE para cada um dos ambientes de forma a obter uma pontuação que resume a qualidade de medida do sensor, possibilitando uma tomada de decisão de projeto embasada. Os sensores que geraram os melhores resultados nas métricas utilizadas foram o Lightware SF11-C e o LeddarTech M16, sendo que o melhor sensor varia de caso a cas
Embedded System of Simultaneous Localization and Mapping for Autonomos Robot
No full textRobôs verdadeiramente autônomos necessitam realizar o mapeamento do ambiente ao seu redor e estimar a sua localização no mapa. Por isso, Localização e Mapeamento Simultâneos (SLAM) é um problema fundamental da robótica móvel. Uma importante técnica de SLAM proposta na literatura é o RatSLAM: que modela computacionalmente uma rede de atratores competitivos baseado no funcionamento de hipocampos de roedores. O RatSlam é capaz de realizar a localização e o mapeamento em tempo real usando uma única câmera. Esse trabalho de graduação tem como objetivo, o desenvolvimento do sistema RatSLAM embarcado numa placa Jetson TX2 da NVIDIA, a fim de futuramente acoplar a placa em um robô.Truly autonomous robots need to map the environment that surrounds them while locating themselves in this environment. Therefore, Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) is a fundamental problem of mobile robotics. An important SLAM technique proposed in the literature is RatSLAM. This proposal computationally models a network of competitive attractors based on the functioning of rodent hippocampus. RatSlam is capable of locating and mapping in real time using a single camera. This work aims to develop an implementation of the RatSLAM system embedded in an NVIDIA Jetson TX2 development kit, in order to couple this board in a robot in the future
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