Título
Design and implementation of a reliable unmanned aerial system design
Autor
Caria, Tiago Miguel Simão
Resumo
pt
Com o aumento na popularidade dos veículos aéreos não-tribulados, devido à sua elevada
acessibilidade, torna-se cada vez mais importante quando se usa um UAV que ele esteja
seguro não só para proteger o UAV mas também para proteger as pessoas e os redores de
onde é usado. Esta tese tem o objetivo principal de estudar as diferentes maneiras de
aumentar a segurança dos UAV quando está em uso.
Começamos por identificar as várias falhas e o seu impacto e quando terminamos isso
procedemos a desenvolver um módulo que é independente do módulo principal do UAV.
Com os estudos feitos optamos por focar na implementação de deteção e evitação de
obstáculos e adaptar isso para os UAVs do tipo MAV. Depois da avaliação sobre os
diferentes tipos de sensores ultrassónicos foi estudado várias maneiras de os ligar em
sequência e conseguir uma cobertura de 360º no UAV. Depois nos desenvolvemos três
diferentes implementações de um algoritmo de deteção de obstáculos, em que cada um
desses algoritmos era uma versão mais complexa do anterior:
Primeiro Algoritmo – Deteção e estimação da distância de um objeto.
Segundo Algoritmo – Adição da evitação do falso alarme e estimação da
direção do objeto
Terceiro Algoritmo – Adição da habilidade de detetar mais do que um objeto
Após a avaliação destes algoritmos, foi desenvolvida uma interface para o módulo de
evitação da colisão com obstáculos que conseguia mandar uma mensagem para o UAV
para o caso em que um objeto foi detetado, para ele mudar o modo de voo e assim evitar
a colisão com o obstáculo. Para isso selecionou-se o protocolo MAVlink devido à sua
compatibilidade com muitos dos modos de voo. Um estudo final foi realizado de modo a
verificar qual seria a velocidade máxima que um UAV poderia ter de modo a conseguir
reagir a tempo e evitar a colisão.
en
With the increase in popularity of the UAV, due to their high accessibility, it becomes
even more important that they can be operated in a safe way not only to protect the UAV
but also to protect the surroundings and the people. This thesis has the main objective to
study ways that allow to increase the security of UAV operations.
We start by identifying the failures and their impact and proceed to develop a module that
is independent from the principal modules of the UAV. Within this work we opted to
focus on the implementation of detection and avoidance of obstacles for the MAV type
of UAVs. After making an evaluation of different types of ultrasonic sensors we studied
ways to connect them in an array and get a 360º cover of the UAV. Then, we developed
three different implementations of an object detection algorithm, with each algorithm
being a more complex version of the previous one:
First Algorithm – Detection and distance estimation from an object
Second Algorithm – Added a false alarm avoidance and direction estimation
of the object
Third Algorithm – Added the ability to detect more than one object
Following the evaluation of those algorithms, we then aimed to develop an interface for
the collision module which could send a message to the UAV if an object was detected
so that it can change its flight mode and prevent collision. For that the MAVlink protocol
was selected since it is compatible with a lot of flight controllers. In the end a final study
was made in order to check what was the maximum velocity that an UAV can achieve in
order for it to react in time to avoid collision.