cct ciência da computação caio manceira bonfan

Transcrição

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
CIÊNCIA DA COMPUTAÇÃO
CAIO MANCEIRA BONFANTE
UMA SOLUÇÃO PARA MONITORAMENTO DE VOO DE VEÍCULOS ÁEREOS NÃO
TRIPULADOS.
JOINVILLE – SC
2014
UMA SOLUÇÃO PARA MONITORAMENTO DE VOO DE VEÍCULOS ÁEREOS NÃO
TRIPULADOS.
Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado à Universidade do
Estado de Santa Catarina, como
requisito para obtenção do título
de Bacharel em Ciência
da
Computação.
Orientador: Ricardo F. Martins
JOINVILLE – SC
2014
UMA SOLUÇÃO PARA VOO MONITORADO, BASEADA EM DISPOSITIVOS
MÓVEIS, HARDWARE E SOFTWARE LIVRE, E FOCADA NO BAIXO CUSTO.
Trabalho de Conclusão de Curso aprovado como requisito parcial para a obtenção do
grau de Bacharel, no curso de Graduação em Ciência da Computação na Universidade
do Estado de Santa Catarina.
Banca Examinadora:
Orientador
_____________________________________________________
Prof. Ricardo F. Martins
UDESC-CCT
Membro
___________________________________________________
Prof. Gilmário Barbosa dos Santos
UDESC-CCT
Membro
___________________________________________________
Prof. Charles Christian Miers
UDESC-CCT
Joinville, Junho de 2014
RESUMO
Telemetria é uma tecnologia que permite a medição e comunicação de informações de interesse
do operador ou desenvolvedor de sistemas. É um sistema de monitoramento com diversas
aplicações na agricultura, aviação, logística entre outros. Neste trabalho, é feito um estudo
bibliográfico e a especificação de uma solução em telemetria para o uso em aeromodelismo. O
objetivo é criar uma plataforma integrada para telemetria de dados que permita acompanhar
diversos parâmetros de um aeromodelo em voo, que deverá servir de base para o
desenvolvimento de aplicações futuras relacionadas a missões de voo de forma autônoma.
Palavras-chave: telemetria, VANTs, sistemas embarcados, aeromodelos, voo autônomo.
ABSTRACT
Telemetry is a technology that allows the measurement and reporting of information of interest to
the operator or system developer. It is a monitoring system with many applications in agriculture,
aviation, logistics, among others. In this work, we made a bibliographical study and specification
of a telemetry solution for use in model airplanes. The goal is to create an integrated platform for
telemetry data that allows for monitoring various parameters of a model aircraft in flight, which
should serve as a basis for the development of future applications related to flight missions
autonomously.
Key-words: telemetry, UAVs, embedded systems, microcontrollers, airplane model, autonomous
flight.
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 – DIAGRAMA DE BLOCOS SIMPLIFICADO PARA UM SISTEMA DE
TELEMETRIA..............................................................................................................................11
FIGURA 2 – UTILIZAÇÃO DE TELEMETRIA PARA MAPEAMENTO DE UM CARRO DE
FÓRMULA 1 NO CIRCUITO......................................................................................................13
FIGURA 3 – SOLUÇÃO DE SENSORIAMENTO DE UM VANT DESENVOLVIDO POR
SOUSA (2012)...............................................................................................................................13
FIGURA 4 – DRONE UTILIZADO PELA AMAZON NO SERVIÇO PRIMEAIR....................14
FIGURA 5 – FLIGHTRADAR24..................................................................................................16
FIGURA 6 – ILUSTRAÇÃO DE UM ENCODER ÓPTICO.......................................................17
FIGURA 7 – EXEMPLOS DE VEÍCULOS AÉREOS NÃO TRIPULADOS DE ASA FIXA E
ROTATIVA....................................................................................................................................19
FIGURA 8 – PITCH, ROLL E YAW.............................................................................................20
FIGURA 9 – ENLACE DE RADIOFREQUÊNCIA.....................................................................23
FIGURA 10 – ESPECTRO DE FREQUÊNCIAS.........................................................................24
FIGURA 11 – ESQUEMÁTICA DA SOLUÇÃO.........................................................................25
FIGURA 12 – EXEMPLO DE DRONE.......................................................................................26
FIGURA 13 – MOVIMENTOS DE ATITUDE DE UM QUADROTOR.....................................26
FIGURA 14 – COMPONENTES DA SOLUÇÃO EMBARCADA.............................................28
FIGURA 15 – ANATOMIA DO PACOTE DO PROTOCOLO MAVLINK.................................29
FIGURA 16 – HEAD UP DISPLAY (HUD).................................................................................30
FIGURA 17 – SAMSUNG GALAXY TAB 7.0............................................................................31
FIGURA 18 – ARQUITETURA DO SISTEMA OPERACIONAL ANDROID...........................32
FIGURA 19 –HEXAROTOR COM SOLUÇÃO DE SENSORIAMENTO UTILIZADO NESTE
TRABALHO..................................................................................................................................33
FIGURA 20 – POSIÇÕES PARA CALIBRAGEM DO ACELERÔMETRO.............................34
FIGURA 21 – POSIÇÕES PARA CALIBRAGEM DO MAGNETÔMETRO............................34
FIGURA 22 – SOLUÇÃO DESENVOLVIDA PARA VISUALIZAÇÃO DOS DADOS............35
FIGURA 23 – COLETA DE DADOS NO PRIMEIRO TESTE....................................................36
FIGURA 24 – COLETA DE DADOS NO SEGUNDO TESTE....................................................37
FIGURA 25 – COLETA DE DADOS NO TERCEIRO TESTE...................................................37
FIGURA 26 – MISSION PLANNER............................................................................................40
FIGURA 27 – GROUND STATION COM DUAS AERONAVES...............................................40
LISTA DE TABELAS
TABELA 1 – CLASSIFICAÇÃODE VANTs SEGUNDO A MASSA MÁXIMA DE
DECOLAGEM..............................................................................................................................19
TABELA 2 – COMPARATIVO ENTRE SOLUÇÕES COMERCIAIS PARA
SENSORIAMENTO E CONTROLE DE VANTs.........................................................................22
TABELA 3 - ESPECIFICAÇÕES DO RECEPTOR GPS UBLOX LEA 6-H.............................27
TABELA 4 – ESPECIFICAÇÕES DO SISTEMA DE NAVEGAÇÃO INERCIAL
INVENSENSE MPU-6000...........................................................................................................28
TABELA 5 – ESPECIFICAÇÃO DO 3DR RADIO SET.............................................................28
TABELA 6 – ESPECIFICAÇÃO DOS CAMPOS DE UM PACOTE DE PROTOCOLO
MAVLINK.....................................................................................................................................29
TABELA 7 – ESPECIFICAÇÕES DO TABLET SANSUMG GALAXY TAB 7.0.....................31
TABELA 8 – PARÂMETROS DE TELEMETRIA......................................................................35
LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS
ANAC – Agência Nacional de Aviação Civil
ANATEL – Agência Nacional de Telecomunicações
HUD – Head Up Display
VANT – Veículo Aéreo Não Tripulado
SUMÁRIO
RESUMO.....................................................................................................................................4
ABSTRACT.................................................................................................................................5
LISTA DE FIGURAS..................................................................................................................6
LISTA DE TABELAS.................................................................................................................8
LISTA DE ABREVIAÇÕES E SIGLAS.....................................................................................9
1 INTRODUÇÃO......................................................................................................................11
1.1 OBJETIVOS...................................................................................................................15
1.2 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO.............................................................................15
2 POSICIONAMENTO E LOCALIZAÇÃO …......................................................................16
2.1 POSICIONAMENTO RELATIVO................................................................................17
2.2 POSICIONAMENTO ABSOLUTO..............................................................................18
2.3 MAPAS E LOCALIZAÇÃO.........................................................................................18
2.4 CONSIDERAÇÕES PARCIAIS....................................................................................18
3 VEÍCULOS AÉREOS NÃO TRIPULADOS (VANTs).........................................................19
3.1 ATITUDE...............,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,..................................................................20
3.2 SOLUÇÕES DE MONITORAMENTO E CONTROLE PARA VANTs.......................21
3.2.1 ACELERÔMETRO.............................................................................................21
3.2.2 GIROSCÓPIO.....................................................................................................21
3.2.3 MAGNETÔMETRO...........................................................................................22
3.2.4 RECEPTOR GPS................................................................................................22
3.2.5 SOLUÇÕES COMERCIAIS...............................................................................22
3.2.6 TELEMETRIA POR RADIOFREQUÊNCIA E REGULAMENTAÇÃO..........23
3.3 CONSIDERAÇÕES PARCIAIS....................................................................................24
4 PROPOSTA DE SOLUÇÃO PARA VOO MONITORADO DE VANTs..............................25
4.1 DESCRIÇÃO DO PROBLEMA...................................................................................25
4.2 VANT UTILIZADO E PROPOSTA DE SOLUÇÃO EMBARCADA.........................25
4.3 PROTOCOLO PARA COMUNICAÇÃO DE DADOS................................................29
4.4 PROPOSTA DE APLICAÇÃO.....................................................................................30
4.5 CONSIDERAÇÕES PARCIAIS...................................................................................32
5 TESTES E RESULTADOS....................................................................................................33
5.1 TESTES DE VALIDAÇÃO...........................................................................................36
5.2 CONSIDERAÇÕES PARCIAIS...................................................................................38
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS................................................................................................39
6.1 TRABALHOS FUTUROS...........................................................................................39
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...................................................................................42
11
1. Introdução
A palavra telemetria é a união de duas palavras gregas, “tele” significa remoto e “metron”
significa medida (Vieira, 2011). A definição de telemetria é proposta por Capelari (2012) diz:
“Telemetria é o processo em que as características e informações referentes a um objeto são
medidas e os resultados são transmitidos para uma estação onde serão processados e analisados”.
Ainda segundo Capelari (2012), a telemetria permite monitorar um objeto de estudo a partir de um
local seguro mesmo com o objeto em um local distante ou até mesmo perigoso. Para Mattos
(2004), “..telemetria é requerida sempre que uma medida tem que ser realizada em um local ou
ambiente que é inacessível ao homem.
Segundo Cimolin (2004), a transmissão de dados para telemetria pode ser feita por
diversos meios de comunicação, como por exemplo, linhas telefônicas (convencional e/ou
celular), satélite, ondas de rádio e até via internet. Os meios de comunicação utilizados para
transmissão dos dados pode variar dependendo da aplicação ou localização dos dados (Cimolin,
2004). A figura 1 ilustra um diagrama de blocos de um sistema de telemetria genérico.
Figura 1. Diagrama de Blocos Simplificado para um Sistema de Telemetria.
Fonte: (Capelari, 2012)
A telemetria está presente nas mais diversas áreas, como medicina, aviação, agronegócio,
entre outras. Um caso de uso da telemetria na área médica por exemplo, é dado por Gutiérrez
(2006) que desenvolveu um protótipo de instrumentação biomédica, que com o uso de tecnologia
de redes de sensores sem fio, faz aquisição, transmissão e processamento simultâneo de sinais
biomédicos. Os sinais são transmitidos via rádio frequência a um computador para fins de
processamento e análise. Assim, exames clínicos de rotina podem ser realizados com mais rapidez
e eficiência, proporcionando dados confiáveis e comodidade aos pacientes.
No exemplo citado acima, é possível observar que o protótipo desenvolvido por Gutiérrez
(2006) é capaz de realizar o processamento simultâneo dos sinais coletados pelos sensores,
portanto se trata de um sistema de telemetria em tempo real.
Com o avanço tecnológico dos dias de hoje, aplicações com requisitos de tempo real são
cada vez mais comuns. Para Farines (2000), um sistema de tempo real “…deve ser então capaz de
oferecer garantias de correção temporal para o fornecimento de todos os seus serviços que
apresentem restrições temporais.”
Algumas aplicações apresentam restrições temporais mais severas do que outras, por isso
os sistemas de tempo real são classificados de duas formas: Sistemas Não Críticos de Tempo Real
e Sistemas Críticos de Tempo Real (Farines, 2000).
Um exemplo de um sistema não critico de tempo real é dado por Sichonany (2010) que
desenvolveu um sistema de poio à decisão para utilização no Agronegócio chamado SADA. O
sistema permite ao gerente do agronegócio realizar o controle operacional de máquinas agrícolas.
O SADA é um sistema de telemetria que faz uso de sensores como: fluxômetro para medir o
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consumo de combustível, potenciômetro analógico para medir a altura da plataforma de corte, e
um GPS para definição de posicionamento geográfico e velocidade. Os sensores são implantados
nas máquinas agrícolas e transmitem os dados para um sistema computacional de gerenciamento
que pode ser acessado de qualquer tipo de computador, incluindo dispositivos móveis, permitindo
assim o acompanhamento do desempenho da máquina em operação no campo. O gerente do
agronegócio e o operador de máquinas são informados pelo sistema sobre valores de operações
fora do padrão.
Pode-se classificar este sistema SADA, como um sistema de telemetria não critico de
tempo real, pois caso ocorra uma falha ou atraso no envio dos dados pelos sensores para o sistema
computacional de gerenciamento, não permitindo assim o acompanhamento em tempo real do
desempenho das máquinas agrícolas, estas máquinas poderão continuar funcionando normalmente
e suas operações no campo não serão gravemente afetadas. Farines (2000) classifica um sistema
de tempo real como sendo não crítico ".. quando as consequências de uma falha devida ao tempo é
da mesma ordem de grandeza que os benefícios do sistema em operação normal..".
Um sistema crítico de tempo real pode ser identificado no exemplo dado por Capelari
(2012) sobre o uso de telemetria. Capelari (2012) diz: “Durante o desenvolvimento de uma
aeronave, o sistema de telemetria é fundamental. Na fase de ensaios de voos, são feitas diversas
manobras a fim de se verificar, entre outras coisas, a estabilidade e segurança da aeronave em
teste. Os dados coletados durantes os testes são transmitidos em tempo real para a estação em terra
(ground station) e podem ser analisados em questão de segundos. A análise dos resultados em
tempo real permite ao engenheiro do ensaio em voo decidir se será necessário repetir a manobra
realizada ou aprová-la, seguindo então para a próxima manobra da lista, definida no cartão de voo.
A verificação instantânea dos resultados de um ensaio garante que todos os dados desejados sejam
adquiridos corretamente, evitando a necessidade de um novo e custoso ensaio”.
Para que o ensaio de voo, descrito no cenário por Capelari (2012), seja bem-sucedido, o
sistema de telemetria deve sempre garantir que os dados sejam coletados corretamente. Portanto, a
transmissão dos dados coletados no teste para a estação em terra não pode sofrer atrasos, fazendo
com que o tempo se torne um aspecto crítico neste sistema. Farines (2000) classifica um sistema
de tempo real como sendo crítico "…quando as consequências de, pelo menos, uma falha
temporal excedam em muito os benefícios normais do sistema…".
Um outro tipo de sistema que está associado a telemetria, em tempo real ou não, são os
sistemas embarcados. Segundo a definição de Capelari (2012) telemetria é o processo no qual um
objeto de estudo em um local distante transmite dados para uma estação para que estes dados
possam ser analisados. Os objetos de estudo citados na definição de Capelari (2012) necessitam de
componentes, normalmente um conjunto de hardwares e softwares para coleta e transmissão dos
dados. Estes componentes são chamados de sistemas embarcados. Formiga (2005) define um
sistema embarcos como um conjunto de componentes de hardware e de software que interagem
para executar um conjunto de operações prescritas. Aplicações embutidas incluem sistemas
aeroespaciais, sistemas de controle de automóveis, sistemas multimídia, telecomunicações
(incluindo telefones móveis), controladores industriais, dentre outros. De fato, qualquer
equipamento de aplicação específica que requer alguma forma de “inteligência” interna está
incluído. Normalmente, os componentes dos sistemas embarcados trabalham juntos para conseguir
o comportamento especificado, considerando vários critérios de projeto, incluindo custo, consumo
de energia, desempenho, etc. Um exemplo de aplicação para telemetria de dados em tempo real,
utilizando sistemas embarcados pode ser visto nas corridas de Fórmula 1. Todo o trabalho de
identificar anomalias nos carros, dentre muitas outras funções, fica a cargo de diversos sensores
ligados em cada canto do chassi. Estes sensores monitoram o desempenho do motor, a eficiência
aerodinâmica, pressão e temperatura do óleo, aderência dos pneus, desgaste de freio etc. Os dados
são enviados do carro para os boxes através de 1.000 a 2.000 canais de telemetria, utilizando
transmissão por radiofrequência, com um atraso da ordem de apenas 2ms.
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Figura 2: Utilização de Telemetria para Mapeamento de um Carro de Fórmula 1 no Circuito.
Fonte: (Faster F1, 2010)
A figura 2 ilustra uma aplicação para mapeamento do trajeto de um carro de Fórmula 1
utilizando telemetria. Além de localizar o carro em um circuito, a aplicação monitora a marcha
utilizada pelo piloto em cada trecho da pista, gerando informações-chave para a comparação entre
os companheiros de equipe e a melhoria dos tempos de volta. Neste trabalho é desenvolvida uma
solução de monitoramento utilizando telemetria semelhante à figura 2, porém o sensoriamento é
feito em veículos aéreos não tripulados (VANTs) em vez de carros de corrida. A solução deste
trabalho é desenvolvida da seguinte maneira: um VANT é equipado com sensores embarcados para
coleta de dados que permitam: pontuar a localização do VANT em um mapa, monitorar sua
orientação espacial em cada posição e outros dados de interesse como: velocidade, altitude,
aceleração, taxa de subida e descida e nível de bateria. Uma aplicação para monitoramento de voo
tem como finalidade fornecer os dados necessários referentes ao posicionamento, localização e
orientação, para dar suporte aos procedimentos necessários para manter o VANT na trajetória e
altitude desejada (Silva et al, 2013). Um trabalho relacionado pode ser visto no projeto de Sousa
(2012), que desenvolveu um sistema de sensores sem fio a ser instalado em aeronaves rádio
controladas de pequeno porte. O sistema permite aquisições de dados como localização (GPS),
inclinação, orientação, Forças-G atuantes e velocidade do avião em relação ao ar e ao solo.
Figura 3: Solução de Sensoriamento de um VANT desenvolvido por Sousa (2012)
Fonte: (Sousa, 2012)
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Veículos aéreos não tripulados são usados por ambas as organizações militares e civis em
uma série de aplicações como: controle de queimadas, levantamento de recursos florestais,
inspeção de gasodutos e oleodutos, busca e salvamento, patrulhamento de fronteiras, entre outros,
pois possuem alguns benefícios como: baixo custo operacional em relação a aviões tripulados ou
satélites, e a possibilidade de realizarem operações mais arriscadas por não envolverem tripulação.
Porém enfrentam alguns desafios, pois devem apresentar a capacidade para executar missões de
voo com pontos pré-determinados, além de transmitir as informações coletadas e retornar a base
com segurança. Portanto, é necessária uma unidade de controle responsável pelos procedimentos
de navegabilidade e estabilidade do veículo aéreo. Esta complexidade para se controlar um VANT
é um dos principais fatores limitantes da difusão dos VANTs, pois exige conhecimentos
multidisciplinares, envolvendo conceitos de aerodinâmica, eletrônica, teoria de controle, sistemas
de comunicação, sistemas de localização, entre outros. Logo, é necessário implementar um
controle com alto grau de autonomia e robustez. (Fontanari, 2011). Os recentes avanços em
tecnologias de orientação permitiram que alguns VANTs executem missões simples de voo sem
interação humana. Muitas dessas tarefas são pré planejadas usando reconhecimento ou
informações sobre o ambiente. Embora os sistemas de orientação já existam há muitos anos, a
maioria dos veículos não tripulados não apresentam o nível de desempenho e flexibilidade
necessários para completar uma missão de forma totalmente autônoma. Mais especificamente,
mudanças inesperadas no ambiente pode exigir mudanças em seu plano de execução. Neste caso,
o sistema de planejamento de missões deve possuir inteligência suficiente (e poder de
processamento) para reconhecer e reagir às alterações das condições de funcionamento. Se o
veículo é instruído a executar uma nova missão durante uma operação, o sistema de planejamento
de missões deve possuir a capacidade de realizar com segurança sua transição da trajetória
anterior, para os novos objetivos da missão (Valenti et. Al, 2004).
Uma aplicação prática de missões voo pode ser identificada no projeto de Rasi (2008), que
desenvolveu um veículo aéreo não tripulado (VANT) equipado com diversos sensores, câmera de
vídeo e GPS para pulverização agrícola. O VANT desenvolvido por Rasi (2008) é capaz de realizar
voos de forma autônoma e cumprir missões de pulverização previamente determinada, além de
transmitir dados de imagem e telemetria, em tempo real, facilitando operações e monitoramento de
fenômenos dinâmicos. Outra aplicação relacionada é o serviço de entrega PrimeAir, que vem sendo
testado pela empresa Amazon. O serviço tem o objetivo de utilizar VANTS como o drone
ilustrado na figura 3, para realizar entregas de seus produtos. O objetivo é fazer entregas
rápidas, dentro de um prazo de 30 minutos, para mercadorias leves como: blu-rays, livros e
alguns gadgets, atendendo em um raio de 15 Km.
Figura 4: Drone Utilizado pela Amazon no Serviço PrimeAir.
Fonte: (TechTudo, 2013)
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A solução de voo monitorado deste trabalho deve formar uma base sólida para o
desenvolvimento de novas funcionalidades que permitam o planejamento de missões de voo para
serem executadas de forma autônoma pelo VANT.
1.1 Objetivos
1.2.1. Objetivo Geral:
• Implementar uma plataforma integrada para monitoramento de voo utilizando sensoriamento
sem fio, que possa ser utilizada como base para o desenvolvimento futuro de novas aplicações
com diversas funcionalidades, como o planejamento de missões de voo de forma autônoma.
1.2.2. Objetivos Específicos:
• Realizar um estudo bibliográfico sobre posicionamento, localização e definição de quais
dados devem ser medidos/monitorados;
• Realizar um estudo bibliográfico relacionado a sensoriamento sem fio em aeromodelos;
• Compreender e analisar regulamentação para transmissão de dados por rádiofrequencia;
• Especificar e implementar uma plataforma de apresentação para dispositivos móveis;
• Especificar e implementar experimentos, com foco no voo monitorado.
1.2 Organização do Trabalho
Este trabalho apresenta uma discussão pertinente sobre todos os tópicos necessários para o
desenvolvimento de uma aplicação para monitoramento de voo através de sensoriamento remoto.
No capítulo 2, serão apresentados os conceitos de posicionamento e localização, as
diferenças entre os conceitos e as possíveis formas de se posicionar e os sistemas de referência para
localização. O capítulo 3 discute conceitos relacionados a veículos aéreos não tripulados, recursos
necessários e aplicações de redes de sensores sem fio para o monitoramento de dados.
O capítulo 4 apresenta uma proposta de solução relacionada ao monitoramento de voo de
aeromodelos. O capítulo 5 apresenta a solução desenvolvida e os testes realizados.
Finalmente, o capítulo 6 apresenta as considerações finais e discuti possíveis trabalhos
futuros.
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2. Posicionamento e Localização
Muitas vezes a definição de localização é erroneamente confundida com a definição de
posicionamento. Porém vale ressaltar que são definições complementares, e não são sinônimos. Esta
discussão é fundamental para compreender o funcionamento da aplicação de monitoramento
desenvolvida neste trabalho. O primeiro passo é discutir as diferenças entre se posicionar e se
localizar, apresentando conceitos que permitam identificar tais diferenças.
O conceito de posição refere-se a situação espacial de um corpo, sendo um conceito que
está relacionado com a nossa realidade imediata e ao nosso senso comum, o que torna este conceito
bastante intuitivo. É fácil perceber quando um corpo muda de posição, percebe-se intuitivamente o
seu deslocamento em relação aos corpos em sua volta. A posição de um corpo é sempre definida
em relação a um ou vários pontos, sendo estes expressos por uma ou mais coordenadas em um
determinado sistema de referência.
Quando é necessário identificar a posição de um determinado ponto na superfície da terra,
utiliza-se sistemas de referência terrestres ou geodésicos. Um sistema de referência geodésico,
constitui-se de um referencial utilizado para definir posições de objetos na superfície da terra ou
próximo dela e estão associados a uma superfície que mais se aproxima da forma da terra sobre a
qual são desenvolvidos todos os cálculos das suas coordenadas (Cuchinski, 2006). Segundo Dutra
et. al. (2003) é possível localizar um corpo ou um objeto qualquer quando se obtém seu
posicionamento em relação a um sistema de referência. A figura 5, ilustra a aplicação
FlightRadar24, utilizada para a localização de aeronaves comerciais em tempo real, como pode se
observar, foram utilizadas as coordenadas de longitude (-46.6628) e latitude (-23.4606) para
localizar o avião em destaque no mapa, (GOl2017) entre as cidades de São Paulo e Guarulhos.
Figura 5: FlightRadar24.
Fonte: (FlightRadar24, 2013)
Neste trabalho, é destacada a aplicação dos conceitos de posicionamento e localização na
robótica. Para Linder (2008), a robótica é o “ramo da tecnologia que engloba mecânica,
eletroeletrônica e computação, responsável pelo estudo e concepção de sistemas robóticos”. A
robótica é o ramo do conhecimento associado a criação e programação de robôs (Simões apud
Asimov, 1950). Segundo Linder (2008), um robô pode ser definido como “dispositivo ou grupo de
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dispositivos eletrônicos, eletromecânicos ou biomecânicos capazes de realizar tarefas de maneira
autônoma, pré-programada, ou através de controle humano”. Para Couto (2012), a robótica móvel é
uma das subáreas da robótica, e relaciona-se a robôs com movimentos que podem se deslocar no
ambiente de diversos modos como: tele operado, semiautônomo ou totalmente autônomo. Robôs
moveis podem ser considerados agentes inteligentes autônomos, dotados de sensores e atuadores,
capazes de interagir com o meio ambiente, realizando percepções do ambiente e de seu próprio
estado para a tomada de decisões sobre suas ações. Robôs móveis podem navegar em ambientes
terrestres, aquáticos ou aéreos (Couto, 2012). Para Secchi (2008), os robôs móveis são plataformas
mecânicas dotadas de um sistema de locomoção capaz de navegar através de um determinado
ambiente de trabalho, dotados de um certo nível de autonomia para sua locomoção. Ainda segundo
Secchi (2008) o conceito de autonomia não se relaciona somente com questões energéticas, mas
também se refere a capacidade de perceber, modelar, planejar e atuar para alcançar determinados
objetivos.
Após as definições de Couto (2012), Secchi (2008) e Linder (2008) sobre robótica e robôs
móveis, conclui-se que um aeromodelo com sensores embarcados que interagem com o ambiente
para obter seu posicionamento e orientação, pode ser considerado um robô móvel. Há duas formas
de posicionamento na robótica: posicionamento relativo e absoluto.
2.1 Posicionamento Relativo
O posicionamento relativo de um corpo ou objeto qualquer significa posicionar este
corpo/objeto em relação a outras referências. Na robótica, as técnicas de posicionamento relativo
são baseadas em determinar o posicionamento e orientação de um robô, medindo de forma
incremental sua distância a partir de um ponto inicial, através de sensores embarcados como:
giroscópios, acelerômetros, encoders (codificadores rotativos), câmeras de vídeo, etc.
A odometria é a técnica mais utilizada para a determinação do posicionamento relativo de um
robô móvel. Esta técnica possui uma boa precisão para pequenas distâncias, sua implementação é
simples e de baixo custo. Esta técnica permite realizar a medição da velocidade do robô e da
distância percorrida (Borenstein et. Al, 1997; Gonzáles et. al, 2009).
Segundo Hata (2010), um sensor comum para a aplicação da técnica de odometria são os
encoders ópticos, ilustrados pela figura 6. São formados por um disco que possui vários furos
dispostos em distâncias regulares em sua extremidade. O disco está junto a roda do robô e, assim, os
dois giram na mesma velocidade. No momento em que a roda gira, um feixe de luz atravessa os
furos do disco, gerando uma onda quadrada que representa a frequência de leitura desse feixe. A
partir da análise da onda quadrada, são estimadas a velocidade e a distância percorrida do robô.
Figura 6: Ilustração de um Encoder Óptico.
Fonte: (Hata, 2010)
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2.2 Posicionamento Absoluto
O posicionamento absoluto de um corpo ou objeto qualquer é obtido através do sistema de
coordenadas. Na robótica, as técnicas de posicionamento absoluto determinam a posição de um robô
usando referências globais externas. (Borenstein et. al, 1997, Gonzáles et. al, 2009).
O uso da bússola é um exemplo de técnica de posicionamento absoluto, já que a bússola
indica o norte geográfico (ou o sul magnético). Apesar da boa precisão, a bússola pode apresentar
resultados imprecisos (Wruck, 2010 apud Heinen, 2002). Estes resultados imprecisos podem
ocorrer devido as interferências magnéticas causadas por minérios de ferro, linhas de alta-tensão,
vedações e outros objetos de ferro que influenciam na agulha da bússola, provocando leituras
imprecisas (Ragio, 2010). Outra forma de se obter o posicionamento absoluto é a técnica de
trilateração, que consiste na determinação da posição de um robô baseada na medição da distância
entre o veículo e referências externas conhecidas. Sistemas de navegação baseados em trilateração
usam três ou mais transmissores como referências que tenham sua localização conhecida no
ambiente e usam um receptor embutido no robô móvel. O tempo de viagem do sinal emitido pelos
transmissores até o receptor é usado pelo sistema para calcular a distância entre os transmissores e
o receptor (Borenstein et. Al, 1997).
2.3 Mapas e Localização
Os mapas na robótica funcionam como ferramentas que oferecem aos robôs informações
sobre o ambiente além do alcance instantâneo de seus sensores.
Existem diversas formas de representar o ambiente através de um mapa na robótica móvel.
Um ambiente pode ser representado através de um mapa métrico que define o ambiente por um
sistema único de coordenadas, baseado na representação de distâncias em escala; um mapa
topológico que pode ser representado através de um grafo, este mapa determina distintivamente
como os ambientes se conectam entre si; e os mapas sensoriais que são basicamente construídos a
partir de dados capturados pelos sensores do robô (Couto, 2012).
Segundo Couto (2012), para que um robô possa ir de um ponto origem para um ponto destino
é necessário que o robô saiba onde esta e saiba onde está seu destino. Assim, para que o
planejamento de trajetória possa ser realizado, é necessária a determinação da localização do robô.
Um robô é capaz de se localizar quando este é capaz de obter seu posicionamento em relação a um
mapa ou qualquer outro sistema de referência (Dutra et. al, 2003). Assim o uso de um mapa ou uma
referência é necessário para que se possa manter o controle sobre a localização atual e a localização
do destino. Não pode haver planejamento global de trajetória sem que haja um conhecimento do
ambiente que se estenda além das redondezas imediatas do robô, o mapa é uma ferramenta que
permite que o robô tenha conhecimento do perfil da área (Couto ,2012).
2.4 Considerações Parciais
Neste capítulo, são discutidos o conceito das diferentes formas de se posicionar e de
localização, com o objetivo de entender as diferenças entre tais definições. Em uma aplicação
relacionada a veículos aéreos, somente informações referentes a latitude, longitude e localização
geográfica não são suficientes para descrever seu comportamento em voo. É fundamental que se
monitore também dados relacionados a dinâmica de voo. Dinâmica de voo é a ciência que permite
controlar a orientação de aeronaves, em três dimensões. Os três parâmetros críticos de dinâmica de
voo, são os ângulos de rotação em três dimensões sobre o centro de gravidade da aeronave,
conhecidos como: roll (rolagem), pitch (arfagem) e yaw (guinada). No capítulo 3, são introduzidos
conceitos relacionados à dinâmica de voo destes veículos, além de uma discussão técnica
relacionada a voo monitorado e apresentação de uma solução para o sensoriamento de VANTs.
19
3. Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs)
Um aeromodelo pode ser classificado como um VANT, sigla para Veiculo Aéreo Não
Tripulado, este é o termo para descrever todo e qualquer tipo de aeronave que não necessita de
pilotos embarcados para ser guiada, seu controle é realizado à distancia, sob a supervisão humana
através de meios eletrônicos e computadores. Em alguns casos, os VANTs podem possuir um
sistema de controle automático embarcado que permite a realização de missões de voo de forma
autônoma (Fontanari, 2011).
Figura 7: Exemplos de Veículos Aéreos Não Tripulados de Asa Fixa e Rotativa.
Fonte: (Fontanari, 2011)
A figura 7, ilustra as duas classificações mais utilizadas para VANTs: asa fixa (veículo a), e
asa rotativa (veículo b). Os VANTs de asa fixa utilizam a estrutura das asas fixas para se sustentar
no ar. Geralmente necessitam serem lançados ao ar ou uma pista para pousos e decolagens. Já os
VANTs de asa rotativa, destacam-se pela capacidade de decolagem e pouso vertical. Podem ser
encontrados na literatura como VTOL (Vertical Take Off and Landing), e possuem maior
manobrabilidade do que os veículos de asa fixa (Guimarães, 2012).
Ainda não existe uma regulamentação bem definida para o uso de VANTs no Brasil. Porém
já existe uma proposta que visa fazer a regulamentação para a operação deste tipo de veículo.
Segundo esta proposta, a execução de trabalhos envolvendo VANTs necessitam de registro na
ANAC para obtenção de uma licença de operação. Esta licença deve ser renovada anualmente e
defini a qualificação e regras relacionadas a operação dos VANTs, além de qualificar os mesmos
segundo a massa máxima de decolagem (Skydrones, 2013).
Tabela 1: Classificação de VANTs Segundo à Massa Máxima de Decolagem.
Massa Máxima de Decolagem
Classe
2 Kg ou Menos
Classe A
Mais que 2 Kg até 7Kg
Classe B
Mais que 7Kg até 25 Kg
Classe C
Mais que 25 Kg até 150 Kg
Classe D
Acima de 150 Kg
Classe E
Fonte: (Adaptada de Skydrones, 2013)
VANTs com até 25 Kg, representados pelas classes A, B e C da tabela 1, não necessitam de
licença para voo, desde que cumpram todas as seguintes premissas (Skydrone, 2013):
• Voo não pode ser totalmente autônomo. O operador de VANT deve ter controle total
sobre o veículo em qualquer etapa do voo;
20
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Voo de no máximo 150 m de altiude (500 ft);
Retorno e/ou pouso automático na perda do link de comando;
Retorno e/ou pouso automático se o VANT sair do “envelope operacional” permitido
(classes B, C, D e E);
Possuir sensor barométrico para informar a altura a qualquer momento;
Voo a 150 m de pessoas ou área populosa de uma cidade ou outros locais classificados
como proibidos;
Voo a mais de 5.500 m de um aeroporto (voos com distâncias menores somente com
autorização prévia);
Voo em espaço aéreo controlado ou restrito apenas com autorização prévia;
Avaliação prévia da fixação da carga paga e condições meteorológicas segundo a
capacidade de voo do VANT;
Manter um log de todo voo executado;
Licença/ aprovação do proprietário da terra onde será executado o voo quando
pertinente;
Operação deve estar de acordo com o manual do VANT;
Ter seguro contra terceiros;
Tanto o VANT, quanto a estação em terra, devem ter visível o número da licença de
operação concedida pela ANAC e os dados de contato do operador. Se o VANT for
pequeno demais para afixar esta informação, ela deve estar disponível na estação em
terra.
O fundamento de voo de um VANT, consiste na mesma teoria aerodinâmica de qualquer
voo. Quando o ar flui em torno da asa, forças de thrust (tração), drag (arrasto) e lift (sustentação)
são produzidas. A tração impulsiona a aeronave, o arrasto é a componente da força aerodinâmica na
mesma direção e sentido do vento relativo, e a sustentação é a componente da força aerodinâmica
perpendicular ao vento relativo, que compensa a força peso. A dinâmica de voo de um VANT é
também é análoga a de uma aeronave tradicional, e é denominada de atitude (Silva et al, 2013).
3.1 Atitude
A atitude pode ser descrita como o controle da orientação de veículos aéreos realizado por
meio de atuadores que exercem forças em direções diferentes, gerando forças rotacionais ou
momentos em torno do centro de gravidade da aeronave, e assim proporcionam os movimentos
pitch (inclinação), roll (rotação) e yaw (guinada).
Figura 8: Pitch, Roll e Yaw.
Fonte: (Silva et al, 2013)
21
Como pode se observar na figura 8, pitch é o movimento em torno do eixo horizontal,
perpendicular ao eixo longitudinal. Roll é o movimento em torno do eixo horizontal, paralelo ao
eixo longitudinal e yaw é o movimento do eixo vertical, perpendicular ao eixo longitudinal.
Portanto, a execução de cada manobra da aeronave é realizada pela atuação do sistema de
navegação ao modificar ou manter o estado dos atuadores da aeronave, objetivando os valores
desejados de velocidade, altitude e posição. O controle de um VANT requer a implementação de
diversos controladores, sendo eles, os de potência empregada nos motores e os para controle do
três ângulos referentes à atitude do veículo aéreo. Atualmente, existem no mercado, diversas
soluções para controle de voo de VANTs. Estas soluções realizam o monitoramento e controle de
estabilidade do veículo aéreo (Silva et al, 2013).
3.2 Soluções de Monitoramento e Controle para VANTs
O controle de VANTs, exige o uso de uma solução de tamanho reduzido com uma unidade
de processamento, responsável pela leitura e processamento de dados dos sensores, execução de
algoritmos de controle e estabilização, além do acionamento dos motores (Paula, 2012; Guimarães,
2012; Silva, 2012).
Os sensores são responsáveis por captar as informações de interesse. Cada tipo de sensor
possui um método específico para a coleta de dados do meio, sendo assim, a escolha do sensor
implica diretamente no modo como a aplicação interagirá com o ambiente (Hata, 2010). Segundo
Murphy (2000), os sensores podem ser classificados de duas formas. A primeira classificação leva
em conta o meio em que é efetuada a medição, sendo dividida em: proprioceptivos e
exteroceptivos. Os sensores proprioceptivos medem valores de componentes internos do
hospedeiro como: velocidade, carga de bateria, inclinação, altura. Já os sensores exteroceptivos
captam dados do meio externo, ou seja, do ambiente ao redor do hospedeiro, como: temperatura,
iluminação, distâncias. A segunda classificação leva em conta como os sensores capturam os
sinais, sendo dividida em: passivo ou ativo. Os sensores passivos apenas recebem energia do meio,
como: câmeras, microfones, termômetros. Já os sensores ativos emitem energia no ambiente para
realizar as medições, como: lasers, sonares e infravermelho. Os sensores são os principais
elementos para o sistema de controle, pois são responsáveis por prover informações sobre os
estados da aeronave, como: posição, altitude e atitude (Paula, 2012). Os sensores capazes de medir
estas informações são: acelerômetro, giroscópio, magnetômetro e receptor GPS.
3.2.1 Acelerômetro
A aceleração, é uma grandeza física cinemática que mede quão rapidamente a velocidade de
um corpo varia ao longo do tempo. Com o sensor acelerômetro, é possível a captação da aceleração
da gravidade e utilizando o vetor de gravidade pode-se calcular a orientação dele referente ao
centro da terra. O acelerômetro é um dispositivo que mede a sua variação de velocidade em um
dado sentido com relação a cada eixo. Os acelerômetros de três eixos, informam as inclinações
relacionadas aos eixos tridimensionais (XYZ) (Paula, 2012; Nascimento, 2011).
3.2.2 Giroscópio
O giroscópio é um sensor para medição ou manutenção de orientação, baseado nos
princípios de momento angular, geralmente utilizados para complementar as medições do
acelerômetro. Em essência, um giroscópio mecânico é uma roda giratória ou disco, cujo eixo é
livre para se movimentar em qualquer orientação. Este dispositivo gira em torno do seu próprio
eixo, e quando submetido a uma força, tende a mudar a orientação do eixo de rotação, fazendo que
este eixo em vez de mudar de direção, como faria normalmente um corpo que não girasse, mude
22
sua orientação para uma direção perpendicular à direção intuitiva. Os giroscópios utilizam
propriedades mecânicas para produzir estruturas dentro de semicondutores para medir movimentos
e detecção de movimento angular (Filho et al, 2011).
3.2.3 Magnetômetro
O magnetômetro é um instrumento de medição para medir a força ou direção de um campo
magnético. Este sensor é utilizado em substituição à bússola comum, por conta da alta
sensibilidade a ruídos e funcionalidades adicionais. Alguns magnetômetros possuem circuitos
integrados com sensoriamento de três eixos, nestes, são utilizados três magnetômetros, cada um
realiza o sensoriamento de um eixo diferente e estes são encapsulados em um único circuito
intregrado, possuindo uma precisão que pode chegar entre 1 e 2 graus, com interface analógica ou
digital (Nascimento, 2011).
3.2.4 Receptor GPS
O GPS (Global Positioning System) é uma tecnologia voltada para a navegação em
ambientes externos, desenvolvida pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos. O sistema é
composto por satélites que transmitem sinais RF codificados. Usando técnicas de trilateração,
receptores GPS podem calcular suas posições medindo o tempo de viagem dos sinais RF emitidos
pelos satélites. Após o conhecimento da distância entre o receptor e três satélites do sistema, o
receptor GPS é capaz de calcular latitude, longitude e altitude (Borenstein et. al, 1997).
3.2.5 Soluções Comerciais
Neste trabalho, são apresentadas três soluções comerciais com funcionalidades integradas de
sensoreamento e controle para VANTs.
A primeira solução é a placa controladora Ardupilot, uma plataforma microcontrolada,
implementada de acordo com o modelo software/hardware livres, baseada na plataforma Arduíno
Mega. A plataforma Ardupilot, é um sistema de piloto automático que permite transformar
qualquer veículo rádio controlado de asa fixa ou rotativa em um veículo totalmente autônomo. Esta
placa já possui algumas funcionalidades específicas para aplicações com VANTs, dentre estas
funcionalidades estão: sensores acelerômetro e giroscópio integrados, e módulos para acoplamento
de um receptor GPS e um link para telemetria.(Ardupilot, 2013). A segunda solução é a placa
controladora Pixhawk, assim como a plataforma Ardupilot, esta solução também é um sistema
integrado de piloto automático implementado de acordo com o modelo de software/hardware
livres, porém pode-se destacar algumas diferenças como: um maior poder de processamento e dois
módulos para acoplar um link de telemetria (Pixhawk, 2014). Finalmente, a última solução
apresentada é a plataforma DJI Naza, esta solução possui uma performance de voo mais avançada
que as outras soluções, porém é não desenvolvida no modelo de software/hardware livres, o que
impede a alteração e implementações de novas funcionalidades em seu sistema (DJI, 2014). A
tabela 2 faz um comparativo das soluções em relação às funcionalidades e características relevantes
para este trabalho.
Todas as soluções comparadas na tabela 2, fazem a telemetria dos dados utilizando um link
de radiofrequência, devido a esta característica em comum, é discutido na seção 3.1.7, o uso de
radiofrequência para telemetria de dados e a regulamentação existente para este tipo de
comunicação.
23
Tabela 2: Comparativo entre Soluções Comerciais para Sensoriamento e Controle de VANTs
Acelerômetro Giroscópio Magnetômetro GPS Software/Hardware Custo
Livres
Ardupilot
Sim
Sim
Externo
Externo
Sim
$239.38
Pixhawk
Sim
Sim
Externo
Externo
Sim
$279.98
Naza
Sim
Sim
Externo
Externo
Fonte: (Próprio Autor)
Não
$299.00
3.2.6 Telemetria por Rádio Frequência e Regulamentação
O funcionamento básico da transmissão via radiofrequência inicia-se quando o transmissor
transforma um sinal elétrico em magnético e irradia essa onda para o espaço. A antena receptora
absorve esta energia e envia para o receptor, onde a informação é recuperada, ou seja, as ondas
magnéticas são transformadas em elétricas novamente (Vieira, 2011).
Figura 9: Enlace de Radiofrequência.
Fonte: (Vika Controls, 2012)
Define-se como enlace de radiofrequência, o conjunto de equipamentos necessários para
estabelecer comunicação por rádio entre dois pontos. Os elementos básicos para a implementação
de um enlace de radiofrequência, ilustrados pela figura 9, são (Vika Controls, 2012):
•
•
•
•
•
•
•
Rádio transmissor;
Linha de transmissão da estação transmissora;
Antena transmissora;
Meio de propagação;
Antena receptora;
Linha de transmissão da estação receptora;
Rádio receptor.
Para a viabilização da comunicação deve-se levar em consideração a potência do
transmissor, a distância entre o transmissor e o receptor e a sensibilidade do receptor. A
escolha da frequência da onda é influenciada pelas condições da atmosfera e da natureza do
solo entre os pontos de transmissão e recepção, porém quando duas estações na mesma
localidade transmitem na mesma frequência ou em frequências próximas uma da outra,
ocorrem problemas de interferência, prejudicando assim a recepção de ambos sinais. Para que
não ocorram problemas de interferência em transmissões por radiofrequência, há uma
regulamentação internacional em relação ao uso do espectro de frequências (Vissoto, 2004;
Coimbra, 2006). As faixas de frequência estão subdivididas desde baixas até as altas
frequências. As mais baixas são audíveis e as mais altas são os raios cósmicos, como pode ser
24
observar na figura 10.
Figura 10: Espectro de Frequências.
Fonte: (Teleco, 2013)
A transmissão por radiofrequência permite a transferência de dados para longas
distâncias sem a utilização de cabos, fazendo com que haja uma grande demanda para
utilização do espectro de frequências. Como as ondas eletromagnéticas não são contidas por
limites de fronteiras geográficas, é necessário que exista um gerenciamento do espectro,
especialmente no que concerne a proteção de garantias contra interferências e ao acesso às
faixas de frequência adequadas para cada aplicação. Dessa forma, o espectro de frequências
tem sido extensivamente regulado em nível internacional. No Brasil, o órgão responsável
pelo espectro de frequências é a agência nacional de telecomunicações, conhecida como
ANATEL. Esta agência reguladora garante que os interessados que possuem autorização
tenham condições de utilizar o espectro satisfatoriamente, bem como coibir o uso de maneira
imprópria por pessoas não autorizadas e punir aqueles que infringirem a regulamentação.
Para que se possa realizar a telemetria de dados por radiofrequência de forma legal e
sem causar interferências em outros serviços, deve-se operar na frequência dos canais
abertos. Estes canais operam em uma faixa de frequência do espectro chamada de nãolicenciada. Esta faixa de frequência foi criada com o objetivo de evitar a sobrecarga de
solicitações de licenças de operação nos órgão reguladores, bem como simplificar a utilização
de radiofrequência por aplicações específicas com baixa potência. Neste caso, os
equipamentos utilizados são de radiocomunicação cujo funcionamento é de carácter
secundário e dispensa a autorização para uso de radiofrequência e o licenciamento da estação,
pois a baixa potência empregada, em geral, não causa interferência em outros sistemas. Estes
equipamentos operam na banda ISM (Instrumenation, Scientific and Medical), que
compreende três segmentos do espaço: 902 Mhz a 928 Mhz, 2400 Mhz a 2483,5 Mhz e 5.725
Mhz a 5.580 Mhz; e a banda U-NII (Unlicensed National Information Infrastructure), que
contém as faixas de frequências entre 5.150 Mhz e 5.825 Mhz.
Este capítulo apresenta conceitos relacionados aos veículos aéreos não tripulados
(VANTs), como: classificação dos veículos de acordo com o tipo de asa e massa máxima de
decolagem, proposta de regulamentação para operações com este tipo de veículo, sua
dinâmica de voo, além de apresentar soluções comerciais para monitoramento e controle de
voo. A partir dos conceitos apresentados neste capítulo, o capítulo 4 propõe uma solução
integrada de hardware e software para voo monitorado de VANTs.
25
4. Proposta de Solução para Voo Monitorado de VANTs
Este capítulo tem como objetivo relatar a implementação de uma solução para voo
monitorado de VANTs fundamentada pelos conceitos apresentados nos capítulos 2 e 3.
4.1 Descrição do Problema
Deve-se desenvolver uma solução integrada, baseada em hardware e software livres para
realizar: o sensoriamento de um VANT, a transmissão, e a visualização dos dados através de uma
aplicação desenvolvida para dispositivos móveis, com a finalidade de atingir o objetivo deste
trabalho, que é monitorar dados em voo que são relevantes para o operador do VANT, e poder ser
utilizada como base para trabalhos futuros relacionados ao planejamento de missões de voo de
forma autônoma. Os principais requisitos não funcionais da solução são: utilizar hardware e
software livres, ser focada no baixo custo e baseada em dispositivos móveis. Já os principais
requisitos funcionais são: monitorar dados de interesse do operador de um VANT, localizar o
VANT em um mapa e exibir as informações relacionadas à atitude e uma ferramenta gráfica com a
finalidade de facilitar a interpretação dos dados.
Figura 11: Esquemática da Solução
Fonte: (Adaptada de Sousa, 2012)
A figura 11, é uma esquemática da solução, dividindo-a em três partes principais:
•
•
•
Solução de sensoriamento embarcada;
Comunicação sem fio;
Solução para visualização dos dados.
4.2 VANT Utilizado e Proposta de Solução Embarcada
Inicialmente, a solução de sensoriamento remoto, seria embarcada em um VANT de asa
fixa, um projeto que faz parte da equipe Albatroz Aerodesign, da universidade Udesc Joinville.
Porém o projeto da aeronave está passando por diversas melhorias, e algumas questões acabaram
levando mais tempo que o esperado, o que impossibilitou o uso do veículo para este trabalho. A
alternativa encontrada pelo professor Ricardo Martins, orientador deste trabalho, é embarcar a rede
de sensores sem fio em um drone, que foi adquirido pelo próprio orientador. Um drone é um VANT
de asa rotativa e multirotor e é classificado em relação a quantidade de rotores do modelo, podendo
ser: trirotor para três rotores, quadrotor para quatro rotores, hexarotor para 6 rotores, octarotor para
8 rotores e assim por diante. A figura 12 ilustra um drone do tipo quadrotor.
26
Figura 12: Exemplo de Drone.
Fonte: (DetroidAircraft, 2014)
Em VANTs de asas rotativas, os rotores produzem ao mesmo tempo a sustentação e a
tração, o voo deve-se à força aerodinâmica que corresponde à diferença entre as pressões exercidas
pelo ar em movimento nas superfícies superior e inferior de uma asa, esta força depende do perfil
da hélice, do ângulo de ataque e da velocidade rotação. Assim, as hélices giram com velocidade
suficiente para que a força aerodinâmica produzida compense o peso da aeronave. Nos
multirotores, os ângulos de ataque dos rotores são fixos, portanto o controle dos movimentos da
aeronave é realizado pela variação de velocidade dos motores (Silveira et al, 2013).
Os multirotores realizam as manobras de voo através dos movimentos de atitude pitch, roll
e yaw por meio da diferença de potência empregada nos rotores (Figueredo e Saotome, 2012).
Figura 13: Movimentos de Atitude de um Quadrotor.
Fonte: (Domingues, 2009)
Como pode ser observado na figura 13, o quadrotor altera a rotação dos motores 1 e 3 e
mantém a velocidade dos motores 2 e 4 para realizar o movimento pitch. O movimento roll ocorre
através da diferença de rotação dos motores 2 e 4, mantendo a potência dos motores 1 e 3. Já o
movimento yaw é um pouco diferente, para realizar este movimento em sentido horário, deve-se
aumentar a rotação dos motores que giram no sentido anti-horário e manter a potência dos demais,
27
para realizar o movimento yaw no sentido anti-horário, deve se fazer o processo inverso
(Domingues, 2009; Figueredo e Saotome, 2012).
O multirotor utilizado neste trabalho é um hexarotor, porém a realização das manobras de
voo são feitas de forma análoga. Os princípios para os movimentos de atitude, continuam sendo a
diferença da potência empregada nos rotores, a diferença entre os modelos está em algumas forças
aerodinâmicas e no torque gerado, devido à presença dos 2 motores adicionais no modelo
hexarotor (Liu, 2013).
Para uma solução de voo monitorado, deve ser embarcada no hexarotor, uma solução
dotada de um sensor GPS para coletas de dados referentes a latitude, longitude e altitude e um
sistema de navegação inercial composto de giroscópios e acelerômetros para monitorar a
orientação (atitude) do hexarotor. Os sistemas de navegação inercial, através de técnicas de fusão
sensorial, são capazes de estimar os ângulos e pitch, roll e yaw.
A solução de sensoriamento deste trabalho tem como base a plataforma programável
Ardupilot modelo 2.6 por já possuir funcionalidades específicas para aplicações relacionadas a
VANTs e ser a solução de menor custo dentre as apresentadas no capítulo 3 (requisito não
funcional de baixo custo). O modelo 2.6 é a última versão da plataforma Ardupilot e suas
especificações técnicas são:
•
•
•
•
•
Baseado na plataforma Arduíno Mega;
Inclui sistema de navegação inercial com giroscópio e acelerômetro MPU-6000;
Microcontroladores ATMEGA2560 E ATMEGA32U-2 chips para processamento
dos dados e funções USB;
Módulo para GPS uBlox LEA-6H e
Módulo para link de telemetria.
Três sensores são responsáveis por captar dados de posicionamento do hexarotor: receptor
GPS para monitorar latitude, longitude e altitude; acelerômetro, giroscópio e magnetômetro
(sistema de navegação inercial) para monitorar os ângulos dos movimentos de orientação do
hexarotor. A plataforma Ardupilot 2.6 foi projetada para utilizar o receptor GPS uBlox LEA-6H.
Tabela 3: Especificações do Receptor GPS uBlox LEA 6-H.
Parâmetro
Especificação
Sensibilidade
-162dBm para navegação e -160dBm para
requisição
Taxa máxima de atualização
2 Hz
Precisão da posição horizontal
2.5 metros
Precisão da velocidade
0.1 metros/seg
Altitude máxima
50.000 metros
Velocidade Máxima
500 metros/seg
Fonte: (u-Blox, 2013)
Para medição dos dados relacionados à orientação do hexarotor, é utilizado o sistema de
navegação inercial da plataforma Ardupilot. O sistema de navegação integrado da plataforma é o
sistema Invensense MPU-6000 composto por um giroscópio, um acelerômetro e um magnetômetro
externo (encapsulado com o receptor GPS) que operam nos três eixos cartesianos. A tabela 4
apresenta suas especificações:
28
Tabela 4: Especificações do Sistema de Navegação Inercial Invensense MPU-6000.
º/Segundo
LSB/º/Segundo
(g)
(LBS/g)
Velocidade
Angular do
Giroscópio
250
131
2
16384
Sensibilidade
do Giroscópio
500
65.5
4
8192
Faixa de
Medição do
Acelerômetro
1000
32.8
8
4096
Sensibilidade
do
Acelerômetro
2000
16.4
16
2048
Fonte: (adaptado de Invensense, 2013)
Após a coleta de dados pelos sensores, estes dados devem ser transferidos à aplicação em
solo por telemetria. O módulo de telemetria do Ardupilot 2.6 foi projetado para ser usado com o
link de radiofrequência 3DR Radio Set, assim a telemetria dos dados captados pelos sensores é
feita por este dispositivo, especificado na tabela 5. A figura 14 ilustra todos os componentes da
solução embarcada que foram especificados neste capítulo
Tabela 5: Especificação do 3DR Radio Set.
Parâmetro
Especificação
Frequência de operação
433 ou 915 MHz
Potência do transmissor
100 mW (ajustável)
Sensibilidade do receptor
Fonte: (3DRobotics, 2013)
-117 dBm
Figura 14: Componentes da Solução Embarcada.
Fonte: (Adaptada de 3DRobotics, 2014)
4.3 Protocolo para Comunicação de Dados
29
O protocolo utilizado pelo 3DR Radio Set para a comunicação dos dados é o protocolo MAVLink
(Micro Air Vehicle Communication Protocol). A anatomia de um pacote do protocolo MAVLink é
descrita pela figura 15 e cada campo é especificado pela tabela 6.
Figura 15: Anatomia do Pacote do Protocolo MAVLink.
Fonte: (QGround Control, 2013)
Um pacote MAVLink possui no mínimo 8 bytes (somente cabeçalho) e no máximo 263 bytes
(cabeçalho e payload).
Tabela 6: Especificação dos campos de um pacote do protocolo MAVLink.
Campo
Valores
Especificação
STX
V1.0: 0xFE (v0.9: 0x55)
Indica o início de um novo
pacote
LEN
0-255
Tamanho do payload
SEQ
0-255
Sequência de envio, permite a
detecção de perda de pacotes
SYS
01/01/55
ID do sistema que enviou o
pacote. Permite identificar
diferentes sistemas em uma
mesma rede
COMP
0-255
ID do componente que enviou o
pacote. Permite diferenciar
diferentes os diferentes
componentes, como: GPS e
sistema de navegação inercial
PAYLOAD
MSG
Dados (carga) do pacote
0-255
CKA E CKB
ID da mensagem, o ID define a
forma correta da mensagem ser
decodificada.
Checksum
Fonte: (QGround Control, 2013).
O protocolo MAVLink, é um protocolo open source, para comunicação ponto a ponto,
utilizado para telemetria de dados e controle de pequenos VANTs, de asa fixa ou rotativa (Marty,
2013). Consiste em uma biblioteca com 256 mensagens pré definidas, que contém todas as
informações relevantes para o controle da estabilidade e navegabilidade de um VANT (Marty,
30
2013, Qground Control, 2013). O funcionamento básico do protocolo, consiste em codificação dos
dados coletados pelos sensores na mensagem apropriada, e envio de amostras das mensagens de
interesse para a aplicação em solo. A aplicação deve então decodificar a mensagem de forma
apropriada, observando o ID da mensagem em seu cabeçalho (QGround Control, 2013). Portanto,
neste trabalho deve ser desenvolvida uma aplicação capaz de ler e decodificar as mensagens do
protocolo MAVLink, tratar os dados e apresentá-los.
4.4 Proposta de Aplicação
Em uma aplicação para monitoramento de voo, a coleta dos seguintes dados e movimentos
são requisitos obrigatórios: latitude, longitude, altitude, roll, pitch e yaw.
Estes dados podem ser obtidos através das seguintes mensagens do protocolo MAVLink:
Attitude(ID 30) e Global_Position_Int (ID 33). Estas mensagens fornecem todos os dados
necessários para satisfazer os requisitos obrigatórios da aplicação. Porém através do protocolo
MAVLink, é possível monitorar diversos outros dados relacionados à navegabilidade e controle da
estabilidade de um VANT, como: climb rate, throttle e ground speed. Estes dados podem ser
obtidos através da mensagem Vfr_Hud (ID 74). Climb rate é a velocidade de subida ou descida da
aeronave, throttle está relacionado a porcentagem da potência de aceleração empregada aos rotores
e ground speed é a velocidade da aeronave em relação ao solo (Talapurkara, 2011). Outros dados
de interesse que podem ser monitorados via protocolo MAVLink, são dados relacionados à bateria
que alimenta o VANT. O protocolo MAVLink permite monitorar a corrente, voltagem e estimativa
de energia restante das baterias através da mensagem Sys_Status (ID 1).
Deve se destacar que realizar o monitoramento dos dados e apresentar apenas seus valores
brutos, pode não ser suficiente para a interpretação correta destes dados. A aplicação desenvolvida
neste trabalho, deve utilizar de ferramentas gráficas para representar os dados que serão
visualizados, facilitando assim a interpretação dos mesmos. As ferramentas que devem ser
utilizadas são: um mapa e um HUD (Head Up Display). O mapa é utilizado para pontuar as
informações referentes à latitude e longitude e assim apresentar de forma clara a localização do
aeromodelo. Já o HUD, ilustado na figura 16, tem a finalidade de facilitar na interpretação da
orientação do VANT, representando de forma gráfica a angulação dos movimentos pitch, roll e
yaw.
Figura 16: Head Up Display (HUD).
Fonte: (Andropilot, 2013)
31
A aplicação é desenvolvida para tablets com sistema operacional Android, utilizado o
ambiente de desenvolvimento Eclipse com o plugin ADT (Android Developers Tools). Este
plugin fornece todos os recursos necessários para o desenvolvimento de uma aplicação
Android utilizando a IDE Eclipse. A API utilizada para o mapa da aplicação é a Google Maps
Android API v2. Quanto ao HUD, é utilizado o modelo da aplicação open source Andropilot.
O uso de um tablet, em vez de um notebook convencional, agrega mobilidade e autonomia a
solução, já que um tablet é consideravelmente mais leve e sua bateria possui uma maior duração
em relação aos notebooks.
O tablet utilizado na solução deste trabalho é o modelo Galaxy Tab 7.0 da fabricante
Samsung. A ilustração do modelo e suas dimensões podem ser observadas na figura 17, e o restante
das especificações são apresentadas pela tabela 5.
Figura 17: Samsung Galaxy Tab 7.0.
(Fonte: Samsung, 2013)
Tabela 7: Especificações do Tablet Samsung Galaxy Tab 7.0.
Parâmetro
Especificação
Processador
Dual-core 1.2 Ghz
RAM
1 GB
Wireless
3G, Wi-fi e Bluetooth
GPS
Sim
Versão do Android
4.1.2 Jelly Bean
Fonte (Samsung, 2013)
O sistema operacional Android é uma plataforma para dispositivos móveis, open source,
baseada no kernel Linux, desenvolvido pela Open Handset Alliance, liderada pelo Google. Além
32
do sistema operacional é oferecida uma gama de recursos para programação e desenvolvimento.
Esses recursos incluem ferramentas desenvolvimento (compiladores, emuladores, etc), bibliotecas,
APIs e frameworks. Sua arquitetura é dividida em kernel, runtime, bibliotecas, frameworks e
aplicativos, como pode ser visto na figura 18 (Passos, 2009).
Figura 18: Arquitetura do Sistema Operacional Android.
Fonte: (Hubsch, 2012)
Este capítulo tem como objetivo propor uma solução de hardware/software para voo
monitorado, especificando uma rede de sensores sem fio embarcada em um hexarotor,
especificando também o protocolo de comunicação e uma aplicação para apresentação dos
dados. No capítulo 5, são realizados testes práticos com a finalidade de validação da solução
proposta neste capítulo.
33
5. Testes e Resultados
Para verificar se o comportamento da solução proposta no capítulo 4 é adequado ao
que se espera para este trabalho, é necessária a implantação da solução e a realização de
testes práticos, que gerem informações, e que permitam avaliar se os resultados foram
positivos ou negativos. Neste capítulo a solução desenvolvida é apresentada, bem como seu
comportamento e os resultados obtidos através de testes práticos realizados.
Figura 19: Hexarotor com Solução de Sensoriamento Utilizado Neste Trabalho
A figura 19, apresenta o hexarotor utilizado para os testes. Todos os componentes para
sensoriamento, propostos na solução do capítulo 4, estão embarcados. A placa Ardupilot
também está embarcada, porém devido ao seu local de instalação, não é possível visualizar a
placa na figura 19. Além da solução de sensoriamento, o hexarotor consiste em um frame DJI
F550, o frame pode ser identificado como a estrutura branca e vermelha da figura 20. O
modelo possui seis rotores DJI 2212/920KV, alimentados por uma bateria lipo, e é equipado
com um suporte para câmera GoPro denominado guimbal, além luzes de led para facilitar a
identificação da traseira e dianteira do modelo em voo.
Para garantir que os dados coletados pelos sensores sejam confiáveis, é fundamental
realizar a calibragem dos sensores: acelerômetro e magnetômetro. A calibragem destes
sensores pode ser feita através do software de configuração que acompanha a solução
Ardupilot.
34
Figura 20: Posições para Calibragem do Acelerômetro.
Fonte: (Ardupilot, 2014)
Para calibragem do acelerômetro, o software faz instruções para que se posicione o
veículo nas posições indicadas pela figura 20. Após a calibragem do acelerômetro, o próximo
passo é a calibragem do magnetômetro.
Figura 21: Posições para Calibragem do Magnetômetro.
O processo de calibragem do magnetômetro, é semelhante do acelerômetro. A
diferença, é que devem ser feitas rotações suaves no sensor, em cada uma das posições
indicadas pela figura 21. Após ajustar corretamente as configurações iniciais dos sensores, já
é possível coletar dados, empacotá-los em mensagens do protocolo MAVLink, e enviar as
mensagens para aplicação através do link de radiofrequência para telemetria. O protocolo
MAVLink é uma biblioteca de mensagens dívidas em: mensagens de telemetria e mensagens
de controle. As mensagens possuem um número de ID que identifica exclusivamente cada
mensagem do protocolo. Assim os dados coletados pelos sensores são empacotados nas
mensagens MAVLink adequadas e enviadas para a aplicação. Através do software da solução
Ardupilot, é possível modificar os parâmetros de configuração e definir quais mensagens, e
em que frequência estas mensagens são enviadas para a aplicação. Diversos parâmetros de
configuração podem ser alterados via software, porém está no escopo deste trabalho, somente
os parâmetros relacionados a telemetria.
35
Tabela 8: Parâmetros de Telemetria.
Cada linha, da primeira coluna da tabela 6, representa um parâmetro de configuração
para a telemetria. Cada parâmetro, quando ativo, habilita o envio de determinados tipos de
mensagens. O parâmetro sr0_extra1 tem a finalidade de habilitar o envio da mensagem
attitude, o parâmetro sr0_position habilita o envio da mensagem global position. As
mensagens sys status e vfr hud são habilitadas pelos parâmetros sr0_ext_stat e sr0_extra2,
respectivamente. Não é possível definir em qual ordem as mensagens serão enviadas, porém
na segunda coluna de cada linha da tabela 6, é possível especificar a quantidade de amostras
que serão enviadas por segundo para a aplicação. Assim para as mensagens que contém dados
que necessitem de atualização constante, deve ser definido uma quantidade maior de
amostras a serem enviadas por segundo para a aplicação.
Figura 22: Solução Desenvolvida para Visualização dos Dados
A figura 22 destaca a aplicação para visualização dos dados em execução, e a solução
para acoplar o rádio de telemetria no tablet, utilizando um adaptador para tratar das
diferenças entre as conexões. O funcionamento da aplicação consiste em uma thread,
executando periodicamente (a cada 100 ms), em background, com a função de fazer leituras
36
no buffer do rádio de telemetria procurando novas mensagens recebidas. As mensagens que
são lidas pela aplicação, estão empacotadas, a aplicação então, procura o ID da mensagem no
cabeçalho do pacote recebido, para conseguir identificar qual mensagem foi recebida e fazer
o cast da mensagem empacotada para a mensagem adequada relacionada aos dados contidos
no payload. Após o cast da mensagem, os dados do payload são utilizados pela thread
principa para atualização da interface gráfica da aplicação.
5.1 Testes de Validação
Para validação da solução desenvolvida, foram realizados três testes práticos em
diferentes cenários. Esta seção tem como objetivo apresentar os testes realizados e discutir os
resultados obtidos. O primeiro teste, foi realizado no clube de aeromodelismo Aerocircus, na
cidade de Joinville-SC. Um clube de aeromodelismo apresenta o cenário ideal para testes de
aplicações relacionadas a veículos aéreos, pois é um local de ambiente aberto, o que garante a
disponibilidade do sinal de GPS e não possui movimentações de carros e pessoas no entorno,
o que garante que os testes aconteçam sem riscos de acidentes.
Figura 23: Coleta de Dados no Primeiro Teste.
Como pode ser observado na figura 23, o primeiro teste, foi realizado com a aplicação
em desenvolvimento, e o HUD ainda não havia sido integrado a aplicação. O objetivo deste
teste era realizar um voo de trajeto circular e visualizar a trajetória percorrida através dos
pontos marcados no mapa a partir do recebimento das coordenadas latitude e longitude.
Infelizmente, por questões de inexperiência para operação deste tipo de veículo, e
alguns parâmetros mal configurados, o hexarotor apresentou um comportamento inesperado,
não ganhando a altitude na tentativa de decolagem. Devido a este imprevisto, pode se
observar na figura 23, que todos os pontos de localização foram marcados na pista, quando se
tentou decolar, e no box de manutenção. O segundo teste, foi realizado dentro do ginásio de
esportes da Udesc Joinville.
37
Figura 24: Coleta de Dados no Segundo Teste.
Ao final do segundo teste, apresentado pela figura 24, o voo aconteceu sem maiores
problemas e o HUD já havia sido integrado, porém como pode se observar na figura 24,
alguns pontos foram marcados fora dos limites onde os testes foram realizados, o que
demonstra que a eficiência da aplicação é prejudicada em locais fechados, devido a
distorções e interferências no sinal de GPS. O terceiro teste, foi realizado no estacionamento
do Centreventos Cau Hansan de Joinville.
Figura 25: Coleta de Dados no Terceiro Teste.
A figura 25 apresenta o resultado do terceiro teste, apesar de o teste ter sido realizado
em um cenário não ideal, devido a grande movimentação de carros e pedestres no local, foi
possível monitorar os pontos percorridos pelo hexamotor e visualizá-los de forma clara no
mapa da aplicação.
38
Durante o desenvolvimento deste trabalho, havia se planejado a realização de mais
experimentos práticos, além dos testes que foram apresentados neste capítulo. Porém,
algumas dificuldades impediram a realização de tais experimentos. A primeira dificuldade foi
a troca do veículo aéreo. A montagem do hexarotor, bem como a realização de ajustes e
configurações iniciais que permitissem o veículo realizar voos de forma satisfatória,
demandou um grande período de tempo. A segunda dificuldade foi encontrar locais
apropriados para realizar os testes com segurança, o clube de aeromodelismo Aerocircus,
poderia ter sido utilizado mais vezes, porém por se tratar de um clube particular, a utilização
do local depende de um convite e agendamento por parte dos sócios. Porém, apesar das
dificuldades encontradas, os testes realizados produziram resultados positivos, pois afirmam
que a solução proposta no capítulo 4 é valida para se realizar monitoramento de voo, em
ambientes abertos, de veículos aéreos não tripulados.
39
6. Considerações Finais
Este trabalho desenvolve uma solução baseada hardware e software livres para voo
monitorado de veículos aéreos não tripulados, fundamentada nos conceitos apresentados nos
capítulos 2 e 3. A solução desenvolvida é útil para os “pilotos” dos veículos aéreos, pois
permite acompanhar em tempo real, diversos parâmetros do aeromodelo em voo, como:
localização, orientação, velocidade de subida e descida, aceleração e nível de bateria. Todas
essas informações, dão suporte ao “piloto”, para que mesmo manualmente, possa se manter o
aeromodelo no trajeto e altitude desejada, além de ser possível identificar comportamentos
inesperados do aeromodelo em voo. Por um outro lado, a aplicação desenvolvida necessita de
algumas melhorias, que por uma questão de tempo não puderam ser implementadas, pode-se
destacar de imediato, a necessidade de uma melhor interface gráfica para apresentação dos
dados e funções que permitam a análise pós voo de alguns parâmetros, por exemplo, pode ser
implementada uma função para exibir um gráfico que permita analisar o comportamento da
aceleração ou da altitude em que o aeromodelo se manteve durante todo o voo.
Estas questões não foram implementas a tempo devido a algumas dificuldades
encontradas, principalmente duas. A primeira dificuldade, foi o tempo gasto para entender
questões relacionadas ao Ardupilot, como: parâmetros de configuração, firmwares,
calibragem correta dos sensores, etc. O motivo de se gastar mais tempo que o esperado nesta
epata, foi o fato do Ardupilot 2.6 ser recém-lançado. O Ardupilot é um hardware livre
desenvolvido por uma comunidade, portanto a grande maioria da documentação é relacionada
a versões e firmwares anteriores, versões 2.0 e 2.5. A pouca documentação para a versão 2.6,
fez com que algumas questões fossem entendidas através do uso diário do equipamento ou
através do apoio do professor orientador deste trabalho Ricardo Martins. Assim, no tempo
restante após o entendimento de todas as questões relacionadas ao equipamento Ardupilot, o
foco foi em desenvolver as funcionalidades básicas de uma aplicação para voo monitorado. A
segunda dificuldade, foi a falta de experiência na programação de aplicações para Android.
Não foi entendido de forma clara a criação de layouts complexos e customs views, o que
afetou negativamente a interface gráfica da aplicação desenvolvida neste trabalho.
Porém, apesar destas questões, este trabalho constrói uma base sólida que pode ser
utilizada para o desenvolvimento de futuras aplicações, inclusive relacionadas a voo
autônomo. A solução desenvolvida já é capaz de monitorar os dados de interesse, o que falta
é o sentido inverso, ou seja, a aplicação deve monitorar os dados, recebendo as mensagens da
aeronave, processar os dados e retornar mensagens de controle, permitindo assim que todo
controle de um VANT possa ser feito diretamente na aplicação. A partir do desenvolvimento
de uma solução com autonomia suficiente para controle autônomo de um VANT, surgem
inúmeras possibilidades relacionadas ao desenvolvimento de trabalhos futuros.
6.1 Trabalhos Futuros
O primeiro trabalho futuro proposto é o desenvolvimento de
ground station é uma aplicação que além de monitorar os dados,
navegação, o planejamento de missões de voo de forma autônoma,
interação entre o operador e o hardware embarcado na aeronave, ou
permite que todos os parâmetros de controle e calibragem dos
diretamente na aplicação.
um ground station. O
permite o controle da
além de permitir total
seja, o ground station
sensores sejam feitos
40
Figura 26: Mission Planner.
A figura 26 ilustra o Mission Planner, este é o ground station que acompanha a
solução Ardupilot. O Mission Planner é uma aplicação open source, porém só está disponível
para os sistemas operacionais Windows e Mac, surgindo assim a oportunidade do
desenvolvimento de um ground station para dispositivos móveis, utilizando o equipamento
Ardupilot. Outra questão interessante que poderia ser abordada é o desenvolvimento de um
ground station com suporte de controle para múltiplos VANTs, permitindo assim que diversas
aeronaves realizem missões de voo de forma autônoma e cooperativa.
Figura 27: Ground Station com Duas Aeronaves.
Fonte: (Youtube, 2014)
A figura 27 é uma captura de tela de um vídeo de um teste realizado para controlar
duas aeronaves utilizando o ground station QGroundControl e o protocolo MAVLink, mesmo
protocolo utilizado neste trabalho. Uma solução capaz de monitorar e controlar a navegação
de múltiplos VANTs, possui inúmeras aplicabilidades nas áreas civil e militar. C oncluindo
assim, que a partir da solução desenvolvida neste trabalho, podem ser desenvolvidas novas
aplicações inovadoras, que podem trazer reais benefícios a vida das pessoas, visto que a
41
difusão dos veículos aéreos não tripulados ainda é recente, porém a eficiência do uso destes
veículos vem se destacando cada vez mais, e os resultados apontam um alto potencial de
crescimento no mercado de aplicações relacionadas a veículos aéreos não tripulados.
42
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