Dirigível Autónomo para Busca e Salvamento .desenvolvimento de soluções robóticas para busca

  • View
    212

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Dirigível Autónomo para Busca e Salvamento .desenvolvimento de soluções robóticas para busca

PASSAROLA Dirigvel Autnomo para

Operaes de Salvamento

(Parte Electrnica)

David Lopes Jernimo

Dissertao para a obteno de grau de mestre em

Engenharia Electrotcnica e de Computadores

Jri

Presidente: Jos Antnio Beltran Gerald

Orientador: Prof. Francisco Alegria

Co-Orientador: Prof. Pedro Lima

Vogais: Gonalo Nuno Gomes Tavares

Outubro 2008

Agradecimentos

Quero agradecer aos Professores Francisco Alegria e Pedro Lima pela

orientao e disponibilidade que me proporcionaram no desenvolvimento deste

meu trabalho, dissertao de mestrado, bem como ao meu colega Ricardo

Alccer, com quem desenvolvi o trabalho complementarmente mas

individualmente em mbitos distintos, o meu trabalho na componente de

electrnica e o trabalho do meu colega na componente de robtica.

Alem do Ricardo, tambm os colegas Cristina e Manuel foram muito

importantes na constituio de um grupo de trabalho muito dedicado e

solidrio, ao longo dos cinco anos do curso, que nos proporcionou um

excelente trabalho de equipa na nossa formao profissional como

engenheiros e a maturao das nossas personalidades num curso que

escolhemos e para o qual estvamos bem vocacionados e que realizmos

com grande entusiasmo.

Tambm a todos os Professores e colegas, agradeo porque a sua ajuda me

proporcionou o estmulo que necessitava para levar a cabo este meu trabalho.

1

Resumo

O projecto PASSAROLA a evoluo de um trabalho iniciado no Instituto Superior Tcnico integrado

no Projecto RESCUE, Navegao Cooperativa para Robots de Salvamento. Este projecto visa o

desenvolvimento de solues robticas para busca e salvamento em situaes de catstrofe.

O objectivo deste projecto a concepo, desenvolvimento e implementao de todo o sistema

electrnico que proporcione ao dirigvel uma completa automao no seguimento de linhas ou de um

robot terrestre o robot ATRV Jr em ambiente real.

Para tal, elaboramos um simulador realista que permite testar todo o algoritmo implementado no

dirigvel, permitindo a sua visualizao e consequente calibrao dos seus comportamentos,

minimizando os ajustes necessrios na transio do conjunto para ambiente real.

Deste modo, ao dirigvel existente foi acoplada uma placa de processamento DSP que recebe

imagem enviada por uma cmara onboard e calcula todo o controlo necessrio para comandar os

motores durante o decorrer do seu percurso.

Palavras-Chave

Dirigvel PASSAROLA

Controladores

PWM

DSP

Processamento de imagem

Seguimento de Linhas e ATRV Jr

VisualDSP++

UsarSim

2

Abstract

The PASSAROLA project is a continuation of work begun in the IST, and is integrated in the RESCUE

Project, Cooperative Navigation for Rescue Robots.

The project aims to develop robotic means for search and rescue in emergency/catastrophe situations.

Thus the objective of the work has concentrated on the design, development and implementation of

the electronic system which gives the Blimp complete automation following lines marked on the

ground, or controlled by a land based robot - the ATRV Robot Junior, in a real environment situation.

For this, a realistic simulator was assembled that allows the testing of all the algorithms installed in the

Blimp, so they can be visualized and their behaviour consequently calibrated to minimize adjustments

between the laboratory experiments and the real environment.

In this way, a DSP Processing Board was coupled to the existing Blimp to receive images sent by an

on board camera and to calculate all the control required to command the motors during the mission.

Key words

PASSAROLA Blimp

Controllers

PWM

DSP

Image Processing

Line and ATRV Jr Following

VisualDSP++

UsarSim

3

ndice

Resumo ............................................................................................................................................................ 1

Abstract ............................................................................................................................................................ 2

ndice ................................................................................................................................................................ 3

ndice de Ilustraes ......................................................................................................................................... 5

ndice de Tabelas .............................................................................................................................................. 7

1 INTRODUO .......................................................................................................................................... 9

2 HARDWARE DO DIRIGVEL ................................................................................................................... 13

2.1 Descrio e Arquitectura do Dirigvel ............................................................................................... 13

2.2 Envelope ........................................................................................................................................ 16

2.3 Cockpit ........................................................................................................................................... 17

2.4 Cmara de Vdeo ........................................................................................................................... 18

2.5 Motores .......................................................................................................................................... 20

2.6 Controladores ................................................................................................................................. 24

2.7 Baterias.......................................................................................................................................... 25

2.8 Placa de processamento DSP ...................................................................................................... 26

2.9 Posicionamento por GPS ................................................................................................................ 29

2.9.1 Descrio do GPS ...................................................................................................................... 29

2.9.2 Sistema GPS preparado ............................................................................................................. 33

3 SOFTWARE DO DIRIGVEL .................................................................................................................... 37

3.1 Arquitectura do Software................................................................................................................. 37

3.2 Algoritmos de Processamento de Imagem ....................................................................................... 39

3.2.1 Seguimento de Linhas ................................................................................................................ 39

3.2.2 Seguimento do Robot ATRV Jr ................................................................................................... 43

3.3 Gerao do Sinal de udio para Controlo dos Motores .................................................................... 46

3.4 Programao do DSP ..................................................................................................................... 47

3.4.1 VisualDSP++ .............................................................................................................................. 50

3.4.2 Seguimento de Linhas ................................................................................................................ 51

3.4.3 Seguimento ATRV Jr .................................................................................................................. 56

3.4.4 Sincronia dos Dois Programas .................................................................................................... 62

4 SISTEMA DE ENSAIO DIRIGVEL ........................................................................................................... 63

4.1 Constituio ................................................................................................................................... 63

4.2 Simulador UsarSim ......................................................................................................................... 68

4

4.3 Placa de aquisio ......................................................................................................................... 69

4.4 Aplicao em Labview .................................................................................................................... 69

4.5 Calibraes, Testes e Experincias ................................................................................................. 71

5 RESULTADOS ........................................................................................................................................ 75

5.1 Resultados em Ambiente de Simulao ........................................................................