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VVEÍCULOS EÍCULOS AAUTÓNOMOSUTÓNOMOSAAÉREOSÉREOS
Alfredo MartinsJosé Almeida
Laboratório de Sistemas Autónomos Instituto Superior de Engenharia do Porto
http://www.lsa.isep.ipp.pt
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2Veículos Autónomos Aéreos
SumárioSumárioConceito UAVAplicaçõesPanorama actualCaracterizaçãoExemplos de veículosCompetições e organizações internacionaisVeículo Aéreo Autónomo do ISEP: FALCOSObjectivosAplicaçõesArquitectura do sistemaSub-Projectos em cursoEstado do projecto e perspectivas futuras
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3Veículos Autónomos Aéreos
Conceito Conceito UAVUAV
UAV “Unmanned Aerial Vehicle” - veículo aéreo não tripulado UAV “Unmanned Aerial Vehicle” - veículo aéreo não tripulado
Veículos Pilotados Remotamente (RPV)
Drones, veículos com autonomia limitada
Veículos Autónomos
Veículos Pilotados Remotamente (RPV)
Drones, veículos com autonomia limitada
Veículos Autónomos
• Estação de controlo de terra
• Sistema de comunicações
• Veículo Aéreo
• Sistema de lançamento
• Sistema de recolha
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4Veículos Autónomos Aéreos
AplicaçõesAplicações
MilitaresMilitares
CivisCivis
Reconhecimento
Ataque
Apoio a combate
Alvos
Busca e salvamento
Mapeamento
Prevenção de fogos
Comunicações
Monitorização ambiental
Investigação Atmosférica
Agricultura
Monitorização de trafego
Fotografia e filmagem
Promoção e publicidade
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5Veículos Autónomos Aéreos
Panorama actualPanorama actual
Aplicações militares como motor de desenvolvimento de UAVsAplicações militares como motor de desenvolvimento de UAVs
EUROPA:
•Industria areo-espacial interessada
•Alguns avanços legislativos na França e países nórdicos
EUROPA:
•Industria areo-espacial interessada
•Alguns avanços legislativos na França e países nórdicos
USA: Department of Defense (DoD) principal promotor
•10 plataformas em execução ou operacionais
•387 milhões de dólares de orçamento para 2002
•contratos com as principais empresas aeronáuticas (Boeing, Lockeed etc)
USA: Department of Defense (DoD) principal promotor
•10 plataformas em execução ou operacionais
•387 milhões de dólares de orçamento para 2002
•contratos com as principais empresas aeronáuticas (Boeing, Lockeed etc)
AUSTRALIA: um dos pólos de desenvolvimento deste tipo de sistemas
•Forte interesse em aplicações civis
•Legislação específica já aprovada
•Universidade de Sydney possui um grupo de investigação bastante activo
AUSTRALIA: um dos pólos de desenvolvimento deste tipo de sistemas
•Forte interesse em aplicações civis
•Legislação específica já aprovada
•Universidade de Sydney possui um grupo de investigação bastante activo
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6Veículos Autónomos Aéreos
PromotoresPromotores
Aplicações militares (DARPA e DoD em colaboração com a indústria)
Programa ERSAT da NASA (monitorização atmosférica)
Univ. Stanford
Arizona State University
Georgia Tech.
Universidade de Berkeley
MIT
Aplicações militares (DARPA e DoD em colaboração com a indústria)
Programa ERSAT da NASA (monitorização atmosférica)
Univ. Stanford
Arizona State University
Georgia Tech.
Universidade de Berkeley
MIT
Estados UnidosEstados Unidos
EuropaEuropa
Indústria (Aerospatiale, SAAB,Bosch)
Universidade de Pisa
Universidade de Glasgow
Indústria (Aerospatiale, SAAB,Bosch)
Universidade de Pisa
Universidade de Glasgow
AustraliaAustralia
ATF - Aerospace Technology Forum
Universidade de Sydney
ATF - Aerospace Technology Forum
Universidade de Sydney
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7Veículos Autónomos Aéreos
Estação Estação de de controlo controlo em terraem terra
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8Veículos Autónomos Aéreos
Estação Estação de de controlo controlo em terraem terra
PortáteisPortáteis “Menos” Portáteis“Menos” Portáteis
Interface gráficoInterface gráfico
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9Veículos Autónomos Aéreos
LançamentoLançamento
CatapultaCatapulta
VeículoVeículo
À mãoÀ mão
Descolagem horizontalDescolagem horizontal
Descolagem verticalDescolagem vertical
LargadosLargados
FogueteFoguete
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10Veículos Autónomos Aéreos
RecolhaRecolha
GanchoGancho RedeRede
VerticalVertical ParaquedasParaquedas ParapenteParapente
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11Veículos Autónomos Aéreos
VeículoVeículo
“Airframe” ou estrutura mecânica
Propulsão
Avionics (Controlo e navegação)
Sist. Energia electrica
Comunicações
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12Veículos Autónomos Aéreos
Tipos Tipos de de veículosveículos
Aviões
Balões ou dirigíveis
Drones
Helicópteros
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Exemplos Exemplos de de UAVsUAVs
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14Veículos Autónomos Aéreos
SPAWAR - Space and Naval WarfareSPAWAR - Space and Naval WarfareSystems Systems CenterCenter
MSSMP - Multipurpose Surveillance and Security Mission Platform
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15Veículos Autónomos Aéreos
DoD DoD - - DarkstarDarkstar
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16Veículos Autónomos Aéreos
DoD DoD - Predator (General Atomic)- Predator (General Atomic)
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17Veículos Autónomos Aéreos
DragonFly DragonFly ((UnivUniv. Stanford). Stanford)
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18Veículos Autónomos Aéreos
MIT Information Control MIT Information Control EngEng. Lab.. Lab.
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19Veículos Autónomos Aéreos
NASANASA
Dryden Flight Research CenterDryden Flight Research Center
ERAST - Environmental Research Aircracft and Sensor Technology
•Desenvolver tecnologia UAV
•Aplicações científicas
•Miniaturização de instrumentos científicos
•Melhorar fiabilidade
•Autonomia de vôo
•Altitude e condições de vôo
ERAST - Environmental Research Aircracft and Sensor Technology
•Desenvolver tecnologia UAV
•Aplicações científicas
•Miniaturização de instrumentos científicos
•Melhorar fiabilidade
•Autonomia de vôo
•Altitude e condições de vôo
JPL - Jet Propulsion LaboratoryJPL - Jet Propulsion Laboratory
Integração de tecnologia (Grupo de Inteligência Artificial)Integração de tecnologia (Grupo de Inteligência Artificial)
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20Veículos Autónomos Aéreos
NASA NASA Perseus Perseus BB
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21Veículos Autónomos Aéreos
NASA Altus IINASA Altus II
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22Veículos Autónomos Aéreos
NASA NASA ProteusProteus
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23Veículos Autónomos Aéreos
NASA NASA HeliosHelios
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24Veículos Autónomos Aéreos
CompetiçõesCompetições
International Aerial Robotics Competition(Georgia Tech)
Micro Aerial Vehicle Competition (ASU)
Em 2002 em Calgary, Canada
Equipa tem de ter estudantes
Vôo de 3 Km e identificação de alvos e diferentes estágiosde autonomia
Em 2002 em Calgary, Canada
Equipa tem de ter estudantes
Vôo de 3 Km e identificação de alvos e diferentes estágiosde autonomia
Desenvolvimento de tecnologia de vôo
Veículos tele-guiados
Ênfase na miniaturização
Fotografar um alvo de 1m numa àrea de 600 m2
Desenvolvimento de tecnologia de vôo
Veículos tele-guiados
Ênfase na miniaturização
Fotografar um alvo de 1m numa àrea de 600 m2
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25Veículos Autónomos Aéreos
OrganizaçõesOrganizações
European UnmannedVehicle Systems Association
www.euro-uvs.org
Association for Unmanned Vehicle Systems International
www.auvsi.org
Unmanned Aerial Vehicle Center
www.uavcenter.com
Unmanned Aerial Vehicle Systems Association
www.uavs.org
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Veículo Aéreo Autónomo Veículo Aéreo Autónomo dodoISEPISEP
FALCOS - Flight Aerial LightFALCOS - Flight Aerial LightCooperative Observation SystemCooperative Observation System
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27Veículos Autónomos Aéreos
ObjectivosObjectivos
Desenvolver um veículo aéreo autónomo do ISEP
Investigação em controlo e navegação de veículosautónomos
Demonstração da competência técnica do ISEP numa àreade tecnologia de ponta
Potenciar “know-how” existente desenvolvendo umaaplicação de forte interesse económico e social
Vertente educativa (contacto inicial dos alunos emdiferentes graus com projectos de investigação)
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28Veículos Autónomos Aéreos
ConceitoConceito
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29Veículos Autónomos Aéreos
AplicaçõesAplicações
Prevenção e combate a fogos florestais
Operações de busca e salvamento
Monitorização ambiental
Mapeamento e fotografia aérea
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30Veículos Autónomos Aéreos
RequisitosRequisitos
Baixo custo
Areas de operação de média dimensão (dezenas de km)
Baixa altitude
Desenvolvimento incremental do projecto
Elevada autonomia (em tempo e em execução da missão)
Equipamento de suporte em terra reduzido e portátil
Fácil operação, lançamento e recolha
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31Veículos Autónomos Aéreos
Opções Opções de de projectoprojecto“Airframe” tipo avião
Base modelo RC
SBC PC com Linux a bordo
Sensores de baixo custo
Ligação rádio ethernet
Boa autonomia de vôo
Aerodinâmicamente estável
Dimensões reduzidas
Boa autonomia de vôo
Aerodinâmicamente estável
Dimensões reduzidas
Base baixo custo
Implementação incremental do projecto
Base baixo custo
Implementação incremental do projecto
Capacidade computacional
Tecnologia standard
Sistema aberto
Capacidade computacional
Tecnologia standard
Sistema aberto
Sensores de navegação
Sensores de aplicação
Sensores de navegação
Sensores de aplicação
Protocolos standard
Baixo custo
Alto débito
Protocolos standard
Baixo custo
Alto débito
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32Veículos Autónomos Aéreos
Arquitectura Arquitectura do do sistemasistema
PC Linux(SBC)
Módulo Controlo Eixos
ComutaçãoComando
Servos
Receptor RC
Servos
Modem Ethernet
Receptor GPS
Acelerometros
S. Pressão
Pitot
Giroscopios
Aquisição Sinal
Receptor GPSReceptor GPS
RS232
PWM
PWM
Stack 104
Receptor GPS
Pan &Tilt
Modem Ethernet
PC
Estação Base
Veículo
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33Veículos Autónomos Aéreos
ProtótipoProtótipo
1 protótipo de teste disponívelmodelo RC com 1.8m envergaduraSBC x86 com Linuxmotor de combustão3 receptores GPSsensor pressãosensor pressão diferencialgiroscópio baixo custoacelerómetros triaxiaisbússola digitallink rádio ethernet
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34Veículos Autónomos Aéreos
Sub-Sub-projectosprojectos em em cursocursoPlaca de interface sensorial em sistema PC104Placa de interface sensorial em sistema PC104
Placa genérica conversão A/D (entradas analógicas)Condicionamento de sinal baseEntradas para medição de largura de impulsosElementos fundamentais: uControlador + FPGA + conversores A/D
Sistema de navegação para veículo autónomo aéreoSistema de navegação para veículo autónomo aéreo
Interface com sensores de navegação baixo custo: pressão, giroscópios,acelerómetrosInstrumentação do aviãoTestes e caracterização dos sensores
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35Veículos Autónomos Aéreos
Sub-Sub-projectosprojectos em em cursocurso
Consola de interface de navegação para veículo autónomo aéreoConsola de interface de navegação para veículo autónomo aéreo
Interface de operação do sistemaVisualização de dados de navegação e controloVisualização de dados de aplicaçõesAmbiente PC - Linux
Sistema de Navegação baseado em GPSSistema de Navegação baseado em GPS
Interface com 3 receptores GPSDeterminação da atitude do veículo pela informação GPS dos 3 sensoresPosicionamento com correcções diferenciaisCaracterização dos receptores e da precisão do sistema
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36Veículos Autónomos Aéreos
Sub-Sub-projectosprojectos em em cursocurso
Controlo do motor de combustãoControlo do motor de combustão
Caracterização do motorSistema de medição de rpm (óptico)Controlo de velocidade do motor
Sistema de controlo de servomecanismos e comutação de comandoSistema de controlo de servomecanismos e comutação de comando
Geração do PWM para cada servoInterface com o PC de bordoComutação do controlo rádio para vôo autónomoMecanismo de segurança de vôo (perda de sinal rádio ou falhas)
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37Veículos Autónomos Aéreos
Sub-Sub-projectosprojectos em em cursocurso
Sistema de manutenção de link rádioSistema de manutenção de link rádio
“Pan & Tilt” para orientação de antena direccionalOrientação da antena para o aviãoEstação GPS em terra e envio de correções diferenciais
Sensor de detecção de focos de calorSensor de detecção de focos de calor
Sistema de aquisição de imagem (CCD e câmaras standard)Detecção por análise de imagem visivel e imagem infra-vermelhaBaixo custo
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38Veículos Autónomos Aéreos
Estado Estado do do projectoprojecto
Testes de vôo realizados com o protótipo
Recolha de imagens a bordo, com o vôo preliminar
Sistema preliminar de comutação de comando desenvolvido
Sistema de navegação GPS em execução
Desenvolvida placa de geração de PWM para os servos com
interface ISA
Testes preliminares de sensores de navegação (acelerómetros,
sensores de pressão e giroscópios)
Estudo de filtragem na recolha de imagem para determinação de
fontes de calor
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39Veículos Autónomos Aéreos
Perspectivas futurasPerspectivas futuras
Testes de vôo com recolha de imagens de fogo (visivel e “near IR”)
Integração do sistema GPS no protótipo
Integração dos sensores de navegação e recolha de dados
Modelização do veículo
Desenvolvimento do sistema de controlo e navegação
Desenvolvimento de interface de controlo e operação
Missões com vôo parcialmente autónomo
Descolagem autónoma
Aterragem autónoma
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40Veículos Autónomos Aéreos
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