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INFRAESTRUTURA DE HARDWARE, SOFTWARE E COMUNICA¸ C ˜ AO PARA A ROBOTIZA ¸ C ˜ AO DE PLATAFORMAS R ´ ADIO-CONTROLADAS: APLICA ¸ C ˜ AO A UM DIRIG ´ IVEL ROB ´ OTICO Miguel A. C. Rueda * , Luiz G. B. Mirisola , Lucas A. C. O. Nogueira *, , Gustavo A. Fonseca * , Josu´ e Jr. G. Ramos * , Mauro F. Koyama * , Jos´ e Raul Azinheira , Jos´ e Reginaldo H. Carvalho § , Ely Carneiro de Paiva , Samuel S. Bueno * * CTI Renato Archer; Rod. D.Pedro I (SP-65) km.143.6 13069-901 Campinas, SP, Brasil IEC/ITA, Pra¸ ca Marechal Eduardo Gomes 50 12228-900 S˜ao Jos´ e dos Campos, SP, Brasil IDMEC/LAETA- IST, Universidade de Lisboa, Pav. Mecanica 3, Av. Rovisco Pais 1049-001 Lisboa, Portugal § ICOMP/UFAM, Av. Rodrigo Ot´avio, 6200 69077-000 Manaus, AM, Brasil FEM/UNICAMP; Rua Mendeleyev, 200 - Cidade Universit´aria 13083-860 Campinas, SP, Brasil Emails: [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] Abstract— This article describes a hardware and software infrastructure for the transformation of conventional PWM radio-controlled platforms into robotic vehicles. Capable of supporting the original (radio controlled), teleoperated and autonomous operation modes, and based on Linux and ROS, this infrastructure includes sensors and embedded processors, ground control station and communication system. Details of the architecture applied to a robotic airship, and first results are presented, showing the acquisition of sensorial variables. Keywords— robotic infrastructure, embedded systems, robotic vehicles, robotic airship Resumo— Este artigo descreve uma infraestrutura de hardware e software destinada `a transforma¸c˜ao de plataformas comandadas por r´ adio controle convencional, no padr˜ao PWM, em ve´ ıculosrob´oticos. Capaz de suportar as modalidades de opera¸ c˜ao original (r´adio controlada), tele-operada e autˆonoma, e calcada em Linux e ROS, a infraestrutura compreende sensores e processadores embarcados, esta¸c˜ao de opera¸c˜ ao e sistema de comunica¸c˜ao. S˜ao apresentados detalhes da arquitetura aplicada a um dirig´ ıvel rob´otico e resultados iniciais que ilustramaaquisi¸c˜aodevari´aveissensoriais. Palavras-chave— infraestrutura rob´ otica, sistemas embarcados, ve´ ıculos rob´ oticos, dirig´ ıvelrob´otico 1 Introdu¸c˜ ao As diferentes classes de ve´ ıculos rob´ oticos que operam em ambiente externo (a´ ereos, terrestres, aqu´ aticos de superf´ ıcie e subaqu´ aticos) abrangem desde prot´ otipos simples, de baixo custo e desem- penho limitado, destinados ao aprendizado de con- ceitos b´ asicos em rob´ otica, at´ e sistemas profissio- nais altamente sofisticados dedicados ao uso civil e militar, al´ em de uma vasta gama de prot´ otipos de pesquisa que se encontram entre ambos extremos. No conjunto dos prot´ otipos, muitas vezes o ponto de partida ´ e uma plataforma comandada por r´ a- dio controle (RC) convencional no padr˜ ao PWM (Pulse Width Modulation ). Arobotiza¸c˜ ao de uma plataforma RC/PWM, isto ´ e, a sua transforma¸c˜ ao gerando um prot´ otipo rob´ otico funcional, surge assim como interessante solu¸c˜ ao experimental para a pesquisa, a cria¸c˜ ao de demonstradores tecnol´ ogicos e a realiza¸c˜ ao de aplica¸c˜ oes piloto. Exemplos s˜ ao arquiteturas para uma aeronave de asa fixa (Coopmans and Han, 2009) e para ve´ ıculos terrestres em escala (Hart et al., 2014). Na modalidade maissimples de utiliza¸c˜ ao des- ses prot´ otipos, eles permanecem operados via r´ a- dio controle convencional, sob total controle do operador. Neste primeiro cen´ ario, a robotiza¸c˜ ao necess´ aria pode se restringir ` a inser¸ ao de senso- res e processadores embarcados para registro de informa¸c˜ ao a ser usada posteriormente em an´ ali- ses cinem´ aticas, dinˆ amicas, do ambiente em que o ve´ ıculo se encontra, etc. Num n´ ıvel de comple- xidade acima, esses prot´ otipos ainda permanecem sob total controle do operador, mas passam a ser tele-operados a partir de uma esta¸ ao de opera¸c˜ ao. Neste cen´ ario, a robotiza¸c˜ ao acrescenta, ao caso precedente: a comunica¸ ao entre o sistema embar- cado e a esta¸c˜ ao de opera¸ ao, bem como ferramen- tas de imers˜ ao do operador no ambiente onde o ve´ ıculo se desloca - por exemplo, atrav´ es de ima- gens fornecidas por uma cˆ amera embarcada. Num XIII Simp´osio Brasileiro de Automa¸ ao Inteligente Porto Alegre – RS, 1 o – 4 de Outubro de 2017 ISSN 2175 8905 257
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INFRAESTRUTURA DE HARDWARE, SOFTWARE E COMUNICACAO PARA AROBOTIZACAO DE PLATAFORMAS RADIO-CONTROLADAS: APLICACAO A UM

DIRIGIVEL ROBOTICO

Miguel A. C. Rueda, Luiz G. B. Mirisola, Lucas A. C. O. Nogueira,, Gustavo A.Fonseca, Josue Jr. G. Ramos, Mauro F. Koyama, Jose Raul Azinheira, Jose

Reginaldo H. Carvalho, Ely Carneiro de Paiva, Samuel S. Bueno

CTI Renato Archer; Rod. D.Pedro I (SP-65) km.143.613069-901 Campinas, SP, Brasil

IEC/ITA, Praca Marechal Eduardo Gomes 5012228-900 Sao Jose dos Campos, SP, Brasil

IDMEC/LAETA- IST, Universidade de Lisboa, Pav. Mecanica 3, Av. Rovisco Pais1049-001 Lisboa, Portugal

ICOMP/UFAM, Av. Rodrigo Otavio, 620069077-000 Manaus, AM, Brasil

FEM/UNICAMP; Rua Mendeleyev, 200 - Cidade Universitaria13083-860 Campinas, SP, Brasil

Emails: [email protected], [email protected], [email protected],[email protected], [email protected], [email protected],

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Abstract This article describes a hardware and software infrastructure for the transformation of conventionalPWM radio-controlled platforms into robotic vehicles. Capable of supporting the original (radio controlled),teleoperated and autonomous operation modes, and based on Linux and ROS, this infrastructure includes sensorsand embedded processors, ground control station and communication system. Details of the architecture appliedto a robotic airship, and first results are presented, showing the acquisition of sensorial variables.

Keywords robotic infrastructure, embedded systems, robotic vehicles, robotic airship

Resumo Este artigo descreve uma infraestrutura de hardware e software destinada a transformacao deplataformas comandadas por radio controle convencional, no padrao PWM, em veculos roboticos. Capaz desuportar as modalidades de operacao original (radio controlada), tele-operada e autonoma, e calcada em Linuxe ROS, a infraestrutura compreende sensores e processadores embarcados, estacao de operacao e sistema decomunicacao. Sao apresentados detalhes da arquitetura aplicada a um dirigvel robotico e resultados iniciais queilustram a aquisicao de variaveis sensoriais.

Palavras-chave infraestrutura robotica, sistemas embarcados, veculos roboticos, dirigvel robotico

1 Introducao

As diferentes classes de veculos roboticos queoperam em ambiente externo (aereos, terrestres,aquaticos de superfcie e subaquaticos) abrangemdesde prototipos simples, de baixo custo e desem-penho limitado, destinados ao aprendizado de con-ceitos basicos em robotica, ate sistemas profissio-nais altamente sofisticados dedicados ao uso civil emilitar, alem de uma vasta gama de prototipos depesquisa que se encontram entre ambos extremos.No conjunto dos prototipos, muitas vezes o pontode partida e uma plataforma comandada por ra-dio controle (RC) convencional no padrao PWM(Pulse Width Modulation).

A robotizacao de uma plataforma RC/PWM,isto e, a sua transformacao gerando um prototiporobotico funcional, surge assim como interessantesolucao experimental para a pesquisa, a criacaode demonstradores tecnologicos e a realizacao deaplicacoes piloto. Exemplos sao arquiteturas para

uma aeronave de asa fixa (Coopmans and Han,2009) e para veculos terrestres em escala (Hartet al., 2014).

Na modalidade mais simples de utilizacao des-ses prototipos, eles permanecem operados via ra-dio controle convencional, sob total controle dooperador. Neste primeiro cenario, a robotizacaonecessaria pode se restringir a insercao de senso-res e processadores embarcados para registro deinformacao a ser usada posteriormente em anali-ses cinematicas, dinamicas, do ambiente em queo veculo se encontra, etc. Num nvel de comple-xidade acima, esses prototipos ainda permanecemsob total controle do operador, mas passam a sertele-operados a partir de uma estacao de operacao.Neste cenario, a robotizacao acrescenta, ao casoprecedente: a comunicacao entre o sistema embar-cado e a estacao de operacao, bem como ferramen-tas de imersao do operador no ambiente onde oveculo se desloca por exemplo, atraves de ima-gens fornecidas por uma camera embarcada. Num

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terceiro e mais complexo cenario, busca-se agregara esses prototipos capacidades de funcionamentosubstancialmente autonomo. Neste caso, cabe aooperador especificar a missao e acompanhar suaexecucao, enquanto que algoritmos de percepcao,controle e guiamento, executados no processadorembarcado a partir das informacoes sensoriais, de-terminam e enviam comandos aos atuadores paraa locomocao do veculo. O operador pode tambemcomandar diretamente o veculo em determinadasfases da missao ou assumir o seu controle em casosemergenciais.

Embora a robotizacao de plataformasRC/PWM possa ser realizada por solucoes comoArdupilot e Pixhawk, estes sistemas nao suportama execusao de algoritmos computacionalmentecomplexos de percepcao e controle.

Este artigo apresenta uma infraestrutura ro-botica com capacidade de processamento capazde suportar os cenarios e requisitos anteriormentedescritos. A infraestrutura e formada por trescomponentes, segundo o conceito anteriormenteproposto para o dirigvel robotico do Projeto AU-RORA - Autonomous Unmanned Remote Monito-ring Robotic Airship (Ramos, 2002):

O sistema embarcado, composto por conjuntosensorial, processadores e hardware dedicadopara a comutacao entre os modos de operacaoautomatico (i.e. autonomo, com os coman-dos computados no processador embarcado)e manual (comandado pelo operador, via RCconvencional ou tele-operacao);

A estacao de operacao instanciada emum computador portatil, com sua interfacehumano-robo e facilidades de programacao eacompanhamento de missao, selecao de algo-ritmos e seus parametros de ajuste, e registrode variaveis;

O sistema de comunicacao entre a estacao deoperacao e o sistema embarcado.

O arcabouco de software adotado congrega o sis-tema operacional Linux e, como middleware, osoftware robotico ROS - Robot Operating System(OSRF, 2009).

Embora a infraestrutura possa ser usada paraa robotizacao de diferentes veculos de RC/PWM,ela foi desenvolvida primordialmente para o Diri-gvel Robotico de Concepcao Inovadora (projetoDRONI), ilustrado na Figura 1. Dotado de qua-tro propulsores eletricos vetorizaveis e quatro su-perfcies aerodinamicas de atuacao de cauda, aaeronave constitui uma plataforma experimentalpara o desenvolvimento e validacao de tecnicasde controle e de navegacao autonoma de dirig-veis (Azinheira et al., 2015) e tambem a realiza-cao de aplicacoes piloto a observacao aerea e aqui-sicao de informacoes ambientais a baixa altitude,com foco inicial na regiao Amazonica (Carvalho

et al., 2014). E neste contexto que o restante doartigo e apresentado.

Apos essa 1a secao introdutoria, a 2a secaodescreve a infraestrutura robotica desenvolvida; a

Figura 1: Dirigvel nao tripulado.

3a secao apresenta resultados de uso e analise dedesempenho desta infraestrutura; e a 4a secao con-clui o artigo e aponta os trabalhos futuros.

2 A infraestrutura robotica

A infraestrutura robotica, instanciada para o di-rigvel do projeto DRONI, possui a arquiteturailustrada na Figura 2, detalhada a seguir.

2.1 Sistema embarcado

O sistema embarcado integra produtos de prate-leira (off-the-shelf ) e se sobrepoe a uma solucao deradio controle convencional com comandos PWM.Alem de sua principal funcionalidade - asseguraros comandos de controle dos atuadores calculadosno computador de bordo para o modo automaticode operacao, uma caracterstica adicional do sis-tema e a aquisicao de todos os comandos enviadosaos atuadores da aeronave tambem no modo deoperacao manual. Essa peculiaridade e util prin-cipalmente na fase de desenvolvimento, por exem-plo, quando da execucao de manobras especficaspara auferir o comportamento dinamico do dirig-vel e coletar dados para identificacao de parame-tros de seu modelo matematico dinamico.

O sistema embarcado e composto por umcomputador no formato Intel NUC e um con-junto de sensores a ele integrados por interfacesUSB, ethernet e serial (RS-232). Este computa-dor opera com Linux Ubuntu 14.04 e o arcaboucode software robotico ROS, versao Indigo, comomiddleware. Modulos de aquisicao sensorial, seuprocessamento, calculo de controle e envio de co-mandos sao empacotados como nos do ROS desenvolvidos no projeto ou disponibilizados pelacomunidade de pesquisa. Esses nos ROS, podemser configurados para operar a taxas de amostra-gem distintas, permitindo a coexistencia de ma-lhas de sensoriamento e de controle mais rapidase/ou mais lentas, segundo as necessidades das es-trategias de controle e navegacao. Com escalona-mento prioritario, os nos podem ser executados nomesmo processo que utiliza os seus resultados emmais alto nvel, reduzindo atrasos de comunicacao.

Os componentes fsicos da infraestrutura ro-botica da Figura 2 foram selecionados conside-rando caratersticas tais como desempenho, peso,consumo de energia e capacidade de interfacea-mento. Os sensores adotados sao:

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Figura 2: Arquitetura geral do sistema embarcado.

GPS/AHRS Mti-G-700 (Xsens, 2015)

Altmetro Lightware Laser SF11/C(Lightware, 2015)

Camera Point Grey CMOS Flea 3 (Point-Grey, 2015)

Cargas das baterias embarcadas na aeronave(Yoctopuce, 2015)

Velocidade relativa ao ar (airspeed)

Os sensores GPS/AHRS, altmetro, camera ecarga de bateria comunicam-se com o computadorde bordo via interface no padrao USB.

O medidor de velocidade relativa ao ar (airs-peed), desenvolvido internamente, e instalado nonariz da aeronave. Ele utiliza um tubo de pitot de60 cm fabricado pela (Winter-Instruments, 2015),acoplado a um sensor diferencial de baixa pres-sao SDP-510 da (Sensirion, 2015), na faixa dos0 a 500 Pa, que prove uma sada digital. Umaplaca (Arduino, 2015) interfaceia o sensor com umdispositivo Xbee (Digi-International, 2015) para acomunicacao via radio, a 2.4GHz, com o compu-tador de bordo.

Os quatro sensores de carga para as baterias,usam a placa Yocto-Volt (Yoctopuce, 2015), cons-tituda por um sensor de tensao.

A camera esta montada em um dispositivogimbal, comandado pela placa Simple BGC 32-bit (Basecam-Electronics, 2015) que se comunicavia USB com o computador de bordo. Na confi-guracao atual, no modo manual de operacao dodirigvel a placa estabiliza a camera em uma posepre-especificada; no modo automatico de operacaoa placa atua no gimbal segundo os angulos de gui-nada, arfagem e rolagem recebidos do computadorde bordo.

Ainda em relacao aos sensores na Figura 2,considera-se conhecida a relacao entre a veloci-dade de rotacao das helices e o comando de aci-onamento enviado aos motores eletricos via ESCs(Electronic Speed Control), nao existindo tacome-tros fsicos na presente implementacao.

Os atuadores da aeronave compreendem ostres graus de liberdade do gimbal (por exemplo,para estrategias de controle baseado em visao),mais o conjunto que recebe comandos PWM e ediretamente responsavel pelo guiamento da aero-nave: quatro motores sem escovas para propul-sao, quatro servo-atuadores para vetorizacao dospropulsores e quatro servo-atuadores para a de-flexao das superfcies aerodinamicas que atuamcomo leme, profundor e aileron. Ha tambem, paraemergencia, uma eletrovalvula para liberar o gasHelio do envelope e um dispositivo que desprendeuma garateia presa a um cabo.

.Como foi mencionado, a aeronave possui dois

modos de operacao que determinam a forma de en-vio de comandos aos atuadores: modo manual (viareceptor do radio-controle convencional) e modoautomatico (tele-operado ou autonomo, via com-putador de bordo). No modo manual o radio-controle convencional comanda uma mesma velo-cidade e um mesmo angulo de vetorizacao para osquatro propulsores, e duas variaveis para as super-ficies aerodinamicas. Ja no modo automatico, osdoze atuadores PWM podem ser comandados in-dependentemente pelo computador de bordo; essamaior flexibilidade de atuacao permite as estrate-gias de controle uma maior capacidade de estabi-lizacao e guiamento da aeronave que e, intrinse-camente, subatuada (Azinheira et al., 2015). Afim de prover a comutacao entre esses dois modosde operacao, e alocar adequadamente os canaisde controle, foi projetado um hardware especfico,calcado em solucoes comerciais, cujo diagrama eapresentado na Figura 3.

Na placa de comutacao, ha tres interfaces:

Interface de geracao PWM Servo Maestro(Pololu): No modo automatico de operacao,ela recebe variaveis de controle do computa-dor de bordo e gera os sinais de comando en-viados aos atuadores.

Interface de leitura PWM Rx (Yoctopuce):Encarrega-se de ler os sinais de comando,

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Figura 3: Arquitetura do sistema de comutacao.

tanto no modo manual quanto no modo auto-matico de operacao, de maneira que o compu-tador embarcado receba o tempo todo essasinformacoes.

Interface multiplexadora RC Servo Multiple-xer (Pololu): Ativa o modo de operacao (au-tomatico ou manual), dependendo da selecaoestabelecida pelo operador em terra.

2.2 Estacao de operacao

Figura 4: Estacao de Operacao.

A Estacao de Operacao e calcada na comu-nicacao remota com o computador de bordo noveculo, para o que foi utilizado o protocolo MA-VLink (Meier et al., 2014) - concebido para atuarem comunicacoes cabeadas e sem-fio, com UART,UDP e TCP/IP, sendo computacionalmente leveo suficiente para ser executado em microcontro-ladores de baixa performance. Todas essas quali-dades o fizeram ser amplamente adotado nos ul-timos anos pela comunidade de desenvolvimentoe pesquisa em veculos roboticos aereos, especial-mente de pequeno porte (Meier et al., 2011). Ja naestacao de operacao, optou-se por utilizar o pro-grama QGroundControl (Meier et al., 2010). OQGroundControl e o primeiro programa do tipoestacao de operacao que implementa o protocoloMAVLink, tendo sido concebido em sinergia com

a equipe de desenvolvimento do protocolo em si.Com a adocao do MAVLink e QGroundControl,foram desenvolvidos modulos de software para re-alizar a comunicacao entre o sistema ROS embar-cado no veculo e o protocolo MAVLink e inseridosmostradores especficos na interface de usuario.

Esta interface com o usuario, mostrada na Fi-gura 4, permite:

Previo ao voo, e para a modalidade autonomade operacao, a programacao da missao emtermos de pontos de passagem (coordenadasde latitude e longitude e perfil de altitude) eatributos de voo (decolagem ou aterrissagemverticais, voo pairado ou voo cruzeiro);

Durante o voo, a supervisao da operacaoradio controlada da aeronave (por piloto eradio-controle convencional) ou a teleopera-cao direta da aeronave, ou a supervisao emmodo autonomo de operacao;

Durante o voo, o recebimento e exibicao dedados de telemetria (informacoes sensoriais,de status da aeronave, dos sistemas de supri-mento de energia, etc.), bem como de imagensprovenientes de camera embarcada;

Uma funcionalidade adicional para a moda-lidade autonoma de operacao, instanciada foradesta interface, permite a selecao de algoritmosde controle e navegacao e a definicao de seus pa-rametros de ajuste.

2.3 Sistema de comunicacao

O sistema de comunicacao congrega dois modu-los. Um radio-controle convencional (Hitec, 2015)de 2.4 GHz e destinado a pilotagem manual daaeronave. O segundo e principal modulo prove acomunicacao entre a Estacao de Operacao e o Sis-tema Embarcado na aeronave. Ele utiliza um en-lace de radio IPnDDL2450 (Microhard-Systems-INC., 2015), com um arranjo de antenas omnidi-recionais de 8 dBi montado na aeronave e, juntoa Estacao de Operacao, uma antena direcionalyagi de 17 dBi orientada por um pan-tilt D48-E(FLIR, 2015). O arranjo tem um alcance nominalmaximo de 15 km, com uma largura de banda de12 MBps em dois canais, um de dados e outro decomando e controle.

3 Resultados e analise de desempenho

Afim de validar, analisar e aprimorar o comporta-mento da infraestrutura descrita na secao prece-dente, experimentos foram realizados no campusdo CTI Renato Archer, tanto em bancada quantocom o conjunto embarcado em um automovel. Co-mandos RC e de comutacao automatico-manualeram enviados via RC e os dados do sistema em-barcado recebidos, exibidos e registrados na esta-cao de operacao. Um conjunto de servos emulavaos atuadores do dirigvel.

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A Figura 5 mostra um dos testes funcionaispara as transicoes manual automatico ma-nual. Nesse teste, realizado em bancada, um dossinais de vetorizacao e enviado pelo RC no modomanual, intercalando-se a comutacao para umafase automatica que repassa ao atuador um si-nal senoidal pre-programado no computador debordo. Os sinais de vetorizacao variam entre osextremos normalizados de 1 e 1, equivalentes aosangulos maximo e mnimo de vetorizacao do sis-tema mecanico.

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 501.5

1

0.5

0

0.5

1

1.5

tk(s)

Va

ria

ve

is n

orm

aliz

ad

as

Figura 5: Exemplo de sequencia de comutacaopara vetorizacao: comandos de atuacao normali-zado (Vermelho) e comando de comutacao (Azul)entre os modos manual (nvel zero) e automatico(nvel um).

Para averiguar o comportamento das aqui-sicoes sensoriais bem como das diferentes taxasde amostragem oriundas do framework ROS, fo-ram realizados percursos com o sistema embar-cado montado num automovel, cobrindo de 3 a 10minutos de operacao.

A Figura 6 apresenta a velocidade do veculodeterminada por tres metodos, usando dois senso-res: i) medidor de velocidade relativa ao ar (airs-peed), a uma taxa de amostragem de 18Hz; ii)modulo da velocidade no referencial North EastDown (groundspeed) a partir do dados brutos doGPS do Xsens, que possu uma taxa de amostra-gem de 4Hz embora fornecido a 100Hz; iii) mesmavelocidade (groundspeed) resultante da fusao, in-terna ao Xsens, entre dados de GPS e informacoesinerciais, a 100Hz. Verifica-se a concordancia en-tre as tres velocidades.

Com o intuito de analisar o comportamentoda amostragem para um determinado vetor dedados, foram computados os incrementos tk =tk tk1 onde tk e tk1 sao os instantes de tempoconsecutivos entre duas aquisicoes, e as seguintesmetricas: a media tmed = mean (tk) e o va-

lor maximo normalizado tmax =max(tk)

tmed; este

ultimo, caso superior a dois, indica perda de in-formacao.

Para os dados inerciais e de GPS do Xsens, ad-quiridos a 100Hz a mais elevada taxa de amos-

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

tk(s)

Ve

locid

ad

e (

m/s

)

Figura 6: Velocidades: relativa ao ar (vermelho),por dados brutos de GPS (azul) e por fusao GPS-incercial (preto).

tragem utilizada nesta implementacao, obteve-se:1

tmed= 107.33 Hz, tmax = 1.88. Percebe-se

uma uniformidade na aquisicao, sem perda de in-formacao e proximo a frequencia de amostragemespecificada.

A Figura 7 apresenta o comportamento da ra-zao tktmed para o medidor de velocidade relativa

ao ar (airspeed) a uma taxa de 18Hz. Obteve-se: 1tmed = 17.93 Hz, tmax = 1.03, indicandoum bom desempenho mesmo o sensor utilizandocomunicacao sem fio (via Xbee). Para o mesmosensor, a 20Hz atingiu-se tmax = 1.5.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 1800.96

0.97

0.98

0.99

1

1.01

1.02

1.03

1.04

1.05

tk(s)

|k|

Figura 7: Analises dos tempos de amostragem domedidor de airspeed.

4 Conclusao

Este artigo apresentou uma infraestrutura dehardware e software para a robotizacao de veculosradio controlados no padrao PWM. Congregandosistema embarcado, estacao de operacao e sistemade comunicacao, essa infraestrutura robotica con-figura uma solucao versatil e de baixo custo para aconcepcao de plataformas experimentais aptas as

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atividades de P&D, criacao demonstradores e rea-lizacao de aplicacoes piloto. Ela possibilita proces-sar e registrar diferentes classes de variaveis senso-riais (incluindo imagens), permitindo o comandode atuadores nos modos manual e automatico deoperacao, promovendo tambem a transicao entreambos.

Foram apresentados resultados de bancada eem ambiente externo que revelam a aquisicao devariaveis sensoriais com pequena dispersao dosdiferentes tempos de amostragem especificados.Esta infraestrutura sera integrada a aeronave e va-lidada experimentalmente, suportando missoes deobservacao ambiental bem como a implementacaode estrategias de percepcao e de controle e nave-gacao autonomos.

Agradecimentos

Os autores agradecem os financiamentos do pro-jeto DRONI (proc. CNPq 402112/2013-0) e do In-SAC Sistemas Autonomos Colaborativos (proc.CNPq 465755/2014-3 e FAPESP 2014/50851-0).

Referencias

Arduino (2015). Arduino micro, www.arduino.cc/en/Main/arduinoBoardMicro. [Aces-sado 08/04/2016].

Azinheira, J., Moutinho, A. and Carvalho, J.(2015). Lateral control of airship with un-certain dynamics using incremental nonlineardynamics inversion, 11th IFAC Symposiumon Robot Control SYROCO 48(19): 69 74.

Basecam-Electronics (2015). Basecam simplebgc32-bit, www.basecamelectronics.com/simplebgc32bit/. [Acessado 08/04/2016].

Carvalho, J., Bueno, S. and Modesto, J. (2014).Sistemas aereos nao-tripulados para o moni-toramento e gestao de risco do bioma amazo-nico, Revista Computacao Brasil pp. 145154. Porto Alegre, RS.

Coopmans, C. and Han, Y. (2009). Aggieair: Anintegrated and effective small multi-uav com-mand, control and data collection architec-ture.

Digi-International (2015). Xb24cz7pis-004 module, www.digi.com/products/digi-xbee-rf-solutions/embedded-rf-modules-modems/digi-xbee-zigbee. [Acessado 08/04/2016].

FLIR (2015). Pan-tilt unit-d48, www.flir.com/mcs/view/?id=53666. [Acessado08/04/2016].

Hart, K., Montella, C., Petitpas, G., Schweisin-ger, D., Shariati, A., Sourbeer, B., Trephan,T. and Spletzer, J. (2014). Roscar: Robotstock car autonomous racing, in the MobiSysWorkshop for Mobile Augmented Reality and

Robotics-based Technology Systems (MARS),Bretton Woods, United States.

Hitec (2015). Aurora 9 - 9 chan-nel 2.4ghz aircraft computer radio,http://hitecrcd.com/products/aircraft-radios-receivers-and-accessories/aircraft-radio-systems/aurora-9-9-channel-2.4ghz-aircraft-computer-radio/product.[Acessado 08/04/2016].

Lightware (2015). Sf10/c, www.lightware.co.za/shop/en/drone-altimeters/34-sf10c.html. [Acessado 08/04/2016].

Meier, L., Tanskanen, P. and Heng, L. (2010).Qgroundcontrol: Ground control station forsmall air-land-water autonomous unmannedsystems, www.qgroundcontrol.org. [Aces-sado 07/06/2015].

Meier, L., Tanskanen, P., Heng, L., Lee, G. H.,Fraundorfer, F. and Pollefeys, M. (2011). Thepixhawk open-source computer vision fra-mework for mavs, www.pixhawk.org. [Aces-sado 07/06/2015].

Meier, L., Tridgell, A. and Grobler, P. (2014).Mavlink common message set specifications,aANwww.pixhawk.ethz.ch/mavlink/. [Aces-sado 07/06/2015].

Microhard-Systems-INC. (2015). Cots digital datalink, www.microhardcorp.com/IPnDDL.php.[Acessado 08/04/2016].

OSRF, O. S. R. F. (2009). ROS - RobotOperating System, www.ros.org. [Acessado07/06/2015].

Point-Grey (2015). Flea3 3.2 mp mono usb3, www.ptgrey.com. [Acessado 08/04/2016].

Ramos, J. J. G. (2002). Contribuicao ao Desen-volvimento de Dirigveis Roboticos, PhD the-sis, Universidade Federal de Santa Catarina,Florianapolis.

Sensirion (2015). Sdp510, www.sensirion.com/products/differential-pressure-sensor/. [Aces-sado 08/04/2016].

Winter-Instruments (2015). 6 srg pitottube, www.winter-instruments.de/zubehr---accessories. [Acessado08/04/2016].

Xsens (2015). Mti-g-700, www.xsens.com/products/mti-g-700/. [Acessado08/04/2016].

Yoctopuce (2015). Yocto-pwm-rx,www.yoctopuce.com/EN/products/usb-electrical-interfaces/yocto-pwm-rx. [Acessado 08/04/2016].

XIII Simposio Brasileiro de Automacao Inteligente

Porto Alegre RS, 1o 4 de Outubro de 2017

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