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Título: Uma estratégia de fail-safe para veículos aéreos não-tripulados: teoria e experimentos
Título em inglês: A fail-safe strategy for unmanned aerial vehicles: theory and experiments
Autor(es): Gomes, Raif Carneiro
Orientador(es): Thé, George André Pereira
Palavras-chave: Teleinformática
Motores
Controladores PID
Controladores programáveis
Data do documento: 6-Mai-2016
Citação: GOMES, R. C. (2016)
Resumo: O crescente interesse em robótica de serviço com o uso e exploração de veículos aéreos não tripulados(VANT’s) tem levantado importantes questionamentos relacionados à segurança e à prevenção de falhas durante a navegação destes equipamentos. Neste contexto, a presente dissertação, inicialmente, expõe dados que revelam um elevado aumento do uso civil de VANT’s para os mais diversos fins. A partir destas informações, discute-se sobre elegibilidade dos proprietários e pilotos destes equipamentos, a legalidade de voos de VANT’s sobre propriedades privadas à luz da Lei 10257 de 2001 e os efeitos que estes podem causar após uma possível falha em seu sistema de controle ou em sua estrutura. Após tais argumentações, investiga-se a dinâmica de veículos aéreos não tripulados do tipo quadrirrotor usando controladores PID SISO diante de um cenário de falha total em dois motores opostos, e analisa a sua condição de navegação após a falha, ressalta-se que a identificação da falha citada está fora do escopo desta pesquisa. Desta forma, propõe-se e se discute, a partir de simulações executadas em dois simuladores distintos, sendo um destes de uso comercial, e posteriormente através de experimentos utilizando um quadricóptero real, uma estratégia para mitigar a falha citada mediante um pouso automático com um perfil de descida exponencial. Tal estratégia visa minimizar a divagação horizontal assumida pelo equipamento em falha e promove uma rápida aterrissagem, mas garantindo no momento de contato deste com o solo uma velocidade vertical reduzida. Ao final, a partir dos experimentos realizados, constatou-se a viabilidade de se embarcar a estratégia proposta em veículos aéreos disponíveis comercialmente, já que os efeitos provenientes da falha de dois motores opostos foram atenuados sensivelmente.
Abstract: The growing interest on service robotics with the use and exploitation of unmanned aerial vehicles has raised important questions related to safety and fail prevention during navigation. In this context, the present thesis, initially exposes data that show a increase UAV’s civil use for different purposes. From this information, we discuss about the eligibility of owners and drivers of these devices, the legality of UAV’s flight on private property in the light of Law 10257 of 2001 and the effects these can cause after a possible failure in its control system or in its structure. After such arguments, investigates the dynamics of an unmanned aerial vehicle of quadrotor type using PID SISO controllers before a scenario of total failure in two opposite engines and analyses its navigation condition after such a failure. Thus, it is proposed and discussed from simulations and experiments using a real quadcopter, a strategy to mitigate the mentioned failure by a automatic landing with an exponential decay profile. This strategy aims to minimize the horizontal divagation assumed by equipment failure and promotes rapid landing, but ensuring the contact time of this with the ground and reduced vertical speed. At the end, from the experiments, the feasibility is found to board the proposed strategy commercially available aircraft, since the effects of the fault from two opposite motors are substantially attenuated.
Descrição: GOMES, R. C. Uma estratégia de fail-safe para veículos aéreos não-tripulados: teoria e experimentos. 2016. 70 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Teleinformática) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2016.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/21094
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