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Dissertação

{en_GB=Cooperative Motion Control of Aerial and Marine Vehicles for Environmental Applications} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Este trabalho aborda o problema do controlo de formação de um multirotor e um (ou mais) veículos marinhos que operam à superfície da água, com o objectivo final de circundar a fronteira de um derrame químico. A dissertação começa por introduzir os modelos matemáticos da classe de robôs marinhos Medusa e de robôs multirotores, seguidos da concepção de controladores de movimento que permitem a estes veículos seguir, de forma individual, um caminho definido por equações paramétricas, utilizando esquemas de "inner-outer loop" acoplados a técnicas baseadas em Lyapunov. Numa segunda fase, é introduzido um controlador de coordenação distribuído que utiliza comunicações desencadeadas por eventos, permitindo aos veículos realizar o seguimento de trajectórias cooperativamente de acordo com uma formação geométrica pré-definida. Na etapa seguinte, é desenvolvido um algoritmo de planeamento de caminhos em tempo real que faz uso de uma câmera a bordo do multirotor, capaz de detectar nas imagens produzidas quais os pixels que codificam partes de um limite do derrame químico. Estes dados são utilizados para gerar e atualizar em tempo real um conjunto de percursos suaves modelados por B-splines. O desempenho do sistema é avaliado através do recurso a software de simulação 3-D, tornando possível a simulação visual de um derrame de um agente químico no mar. São também fornecidos resultados de testes reais para partes do sistema, onde dois veículos Medusa são obrigados a executar uma missão em que têm de seguir um caminho em forma de "lawn-mowing", de forma cooperativa, à superfície da água., en=This work addresses the problem of formation control of a quadrotor and one (or more) marine vehicles operating at the surface of the water with the end goal of encircling the boundary of a chemical spill. Firstly, the mathematical models of the Medusa class of marine robots, and quadrotor aircrafts are introduced, followed by the design of single vehicle motion controllers that allow these vehicles to follow a parameterized path individually. Inner-outer loop schemes coupled with Lyapunov based techniques are used for control design. At a second stage, a distributed coordination controller using event triggered communications is introduced, enabling the vehicles to perform cooperative path following missions according to a pre-defined geometric formation. In the next step, a real time path planning algorithm is developed that makes use of a camera sensor, installed on-board the quadrotor. This sensor enables the detection in the image of which pixels encode parts of a chemical spill boundary and use them to generate and update in real time a set of smooth B-spline based paths for all the vehicles to follow cooperatively. The performance of the complete system is evaluated by resorting to 3-D simulation software, making it possible to simulate visually a chemical spill. Results from real water trials are also provided for parts of the system, where two Medusa vehicles are required to perform a static lawn-mowing path following mission cooperatively at the surface of the water.}
Keywords: {pt=Controlo de Quadrotor, Control de Veiculo Aquático, Controlo Cooperativo, Seguimento de Fronteira Ambiental, en=Quadrotor control, Autonomous Surface Vehicle Control, Cooperative Path Following, Environmental Boundary Following}

Discussão: dezembro 20, 2021, 8:0