Departamento de Engenharia Mecânica Julho 2014 Dissertação de Mestrado Gonçalo Alberto Ramos...

MEDIÇÃO DE ORIENTAÇÕES RELATIVAS

DE UM VEÍCULOEM MOVIMENTO

Departamento de Engenharia Mecânica

Julho 2014Dissertação de Mestrado

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro

Orientador: Prof. Dr. Vítor SantosCoorientador: Dr. Ricardo Pascoal

Estrutura: Enquadramento

Estudo e caracterização dos sensores

Processamento e interpretação dos dados

Infraestrutura do software

Testes e resultados

Conclusões e Trabalho futuro

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 2Julho 2014

Enquadramento

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 3Julho 2014

Enquadramento ATLASCAR:

Condução assistida / Condução autónoma

Perceção Exterior

Relação exterior/atlascar

Orientações do veículo

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 4Julho 2014

Enquadramento Anteriormente:

• Isolamento ineficiente

• Cabos longos

• Método limitado

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 5Julho 2014

Enquadramento Metodologia adotada:

Unidades locais de medição, ULMUnidade central interligação, UCI

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 6Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 7Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores SHARP GP2Y0A21YK0F

Sensor Infravermelho Intervalo medição100 a

800 mmInfrared emitting diode,

IREDPosition sensitive

detector, PSD

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 8Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Robô FANUC M-6iB

Repetibilidade ± 0,08 mm

Alcance 951 mm

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 9Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Leitura com o sensor Espetro do sinal

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 10Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Leitura do sinal no

osciloscópio:

Histograma da distribuição:

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 11Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Leitura do sinal no

osciloscópio:

Histograma da distribuição:

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 12Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Calibração com Polinómios

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 13Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Calibração com Exponenciais

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 14Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Coeficientes de correlação:

Sensor Coef. Correlação0 0.99957

1 0.99939

2 0.99951

3 0.99954

4 0.99952

5 0.99950

6 0.99927

7 0.99869

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 15Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Testes de interferência

Picos elevados de 10 cm até 50 cm

A partir de 50 cm impossível ter uma boa leitura

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 16Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Testes da resposta

Movimento circular no plano XOZ.

Movimento sinusoidal segundo Z

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 17Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Resultados

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 18Julho 2014

Sensor Coef. Correlação Desvio Padrão (mm) Incerteza (mm)0 0.9975 3.5231 ± 07.0462

1 0.9946 4.2149 ± 08.42982 0.9707 6.4725 ± 12.94503 0.9946 4.2153 ± 08.43064 0.9941 4.4072 ± 08.81445 0.9984 3.1263 ± 06.25266 0.8788 9.2197 ± 18.43947 0.9958 3.5657 ± 07.1914

Estudo e caracterização dos sensores SICK DT20

Incerteza: ± 4mm

Custo: 486 €

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 19Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Produto final ULM

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 20Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Produto final UCI

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 21Julho 2014

Estudo e caracterização dos sensores Uso de íman

Adaptável diversos veículosFácil colocaçãoNão invasivo

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 22Julho 2014

Processamento e interpretação dos dados

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 23Julho 2014

Processamento e interpretação dos dados Obtenção das orientações

Método do plano médio

Método da pseudo-inversa

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 24Julho 2014

Processamento e interpretação dos dados Método do plano médio

- Combinações de planos possíveis:

- Equação do plano:

- Sistema de equações:

- Obtenção do coeficiente D:

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 25Julho 2014

Processamento e interpretação dos dados Método da pseudo-inversa Moore-Penrose

- Sistema de equações:

- Equação da pseudo-inversa :

- Obtenção do coeficiente D:

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 26Julho 2014

Processamento e interpretação dos dados Obter as orientações:

Equações produto interno e equações dos ângulos:

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 27Julho 2014

Processamento e interpretação dos dados Testes no robô FANUCSubida e descida Rotação individualda garra do robô: de cada ângulo:

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 28Julho 2014

Processamento e interpretação dos dados Testes no robô FANUC

Verde planoChão

Amarelo plano da garra dorobô Fanuc

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 29Julho 2014

Processamento e interpretação dos dados Resultados

Ambos os métodos tiveram os mesmos resultados

.

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 30Julho 2014

Ângulo Coef. Correlação Desvio Padrão (º) Incerteza (º)

Pitch 0.9850 0.6994 ± 1.3988

Roll 0.9790 0.7284 ± 1.4568

Processamento e interpretação dos dados Applanix POS LV

Incerteza: ± 0,25 graus

Custo muito elevado.

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 31Julho 2014

Infraestrutura do software

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 32Julho 2014

Infraestrutura do software

Estrutura

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 33Julho 2014

Infraestrutura do software

Marcador ROSMarcador com

orientações obtidas

Traseira aproxima-se do chão no arranque

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 34Julho 2014

Testes e resultados

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 35Julho 2014

Testes e resultados Calibração inicial

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 36Julho 2014

Testes e resultados

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 37Julho 2014

Arranque, do ponto A até ao ponto 1

Arranque

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 38Julho 2014

Testes e resultados

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 39Julho 2014

Curvas, do ponto 1 até ao ponto 2

Testes e resultados

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 40Julho 2014

Testes e resultados

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 41Julho 2014

Cruzamento, ponto 3

Testes e resultados

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 42Julho 2014

Testes e resultados

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 43Julho 2014

Rotunda, ponto 4

Testes e resultados

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 44Julho 2014

Testes e resultados

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 45Julho 2014

Lombas, do ponto 5 ao ponto 6

Testes e resultados

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 46Julho 2014

Testes e resultados Variação número sensores

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 47Julho 2014

Sensores utilizados Incerteza pitch (º) Incerteza roll(º)

8 - -

7 ±1.1744 ±1.4902

6 ±1.3172 ±1.6492

5 ±1.3674 ±1.9446

Testes e resultados Variação posições sensores

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 48Julho 2014

Coordenadas Incerteza pitch (º) Incerteza roll(º)

Corretas - -

100 mm erro ±1.1898 ±1.4212

200 mm eroo ±1.1948 ±1.4750

Conclusões e Trabalho futuro

Principais conclusões:Estudo e caracterização dos sensores melhorou os resultados das

medições.Incerteza média dos sensores é de 9.6937 mm.O algoritmo que melhor calcula o plano é o método da pseudo-

inversa.Com 4 sensores a incerteza do sistema média é de 1.4278 graus.Os resultados obtidos são fiáveis.

Trabalho futuro:Sistema wirelessTestes noutros veículosModelo físico do veículo e análise riscoDesenvolver produto comercialEstudo mercado escolas condução

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 49Julho 2014

MEDIÇÃO DE ORIENTAÇÕES RELATIVAS

DE UM VEÍCULOEM MOVIMENTO

Departamento de Engenharia Mecânica

Julho 2014Dissertação de Mestrado

Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro

Orientador: Prof. Dr. Vítor SantosCoorientador: Dr. Ricardo Pascoal