George Andrew Brindeiro Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo George Andrew Brindeiro

Sumário Introdução Contextualização do projeto Estado atual do projeto Tarefas Futuras Conclusão Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Introdução O problema da Localização A partir de medidas de sensores diversos, obter estimativas confiáveis de posição, velocidade e atitude em relação a um sistema de coordenadas de referência Como a localização se encaixa no contexto de um sistema robótico autônomo Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Introdução Ambiente Sensores Variáveis de Estado Dimensão do Espaço Interno Externo Natural Artificial Ambiente LADAR Visão Estéreo GPS UMI Odometria Sensores Posição Velocidade Atitude Variáveis de Estado Bidimensional Tridimensional Dimensão do Espaço Sistema de coordenadas livre SLAM Mapas pré-definidos Cartografia Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Introdução Sensores Proprioceptivos Acelerômetro Girômetro Mede as componentes tridimensionais da força específica atuando sobre o corpo em que está preso Girômetro Mede as componentes tridimensionais da velocidade de rotação em torno de cada um de seus eixos de máxima sensibilidade Magnetômetro Mede as componentes tridimensionais do campo magnético local Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Figura 1 – Sistemas de coordenadas E e N Introdução Sensores Exteroceptivos Receptor GPS Dispositivo que é capaz de fornecer estimativas de posição e velocidade a partir de sinais emitidos por satélites artificiais Figura 1 – Sistemas de coordenadas E e N Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Introdução (a) (b) Figura 2 – Sensores utilizados no projeto (a) MEMSense NanoIMU (b) GPS Novatel OEMV-1 Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Contextualização Mestrado do prof. Antônio Padilha (2007) Título da Dissertação: “Desenvolvimento de um sistema de localização 3D com aplicação para robôs aéreos” Desenvolvimento de sistema de baixo custo com altímetro, acelerômetro, girômetro, magnetômetro e receptor GPS Descrição dos modelos dos sensores utilizados Modelagem do problema de localização utilizando quatérnios Procedimentos de calibração dos sensores Algoritmos de fusão sensorial Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Contextualização Figura 3 – Arquitetura do sistema de localização 3D proposto na dissertação do prof. Antônio Padilha Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Contextualização Figura 4 – Sistema de localização 3D e ambiente de experimentação em tempo real Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Figura 4 – Diagrama de blocos do FKE de localização 3D Contextualização Figura 4 – Diagrama de blocos do FKE de localização 3D Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Figura 5 – Boss (CMU), Junior (Stanford), Google Car Contextualização Aplicação: Carros autônomos Figura 5 – Boss (CMU), Junior (Stanford), Google Car Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Figura 6 – Veículo Autônomo (UFMG) e Baliza Automática (GRACO – UnB) Contextualização Aplicação: Carros autônomos Figura 6 – Veículo Autônomo (UFMG) e Baliza Automática (GRACO – UnB) Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Estado atual do projeto (b) Figura 7 – Leituras do Acelerômetro (a) Eixo x (b) Eixo y (c) Eixo z (c) Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Estado atual do projeto (b) Figura 8 – Leituras do Girômetro (a) Eixo x (b) Eixo y (c) Eixo z (c) Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Estado atual do projeto (b) Figura 9 – Leituras do Magnetômetro (a) Eixo x (b) Eixo y (c) Eixo z (c) Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Estado atual do projeto Figura 10 – Projeto da PCI no Altium Designer Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Estado atual do projeto Figura 11 – Placa fabricada no SeedStudio Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Estado atual do projeto Figura 12 – Testes de alimentação da placa e conectividade das trilhas Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Estado atual do projeto Figura 13 – Montagem da placa com GPS e UMI Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Tarefas Futuras Software para coleta de dados Ensaios com o módulo em ambiente externo Calibração dos sensores EKF/UKF para fusão sensorial Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Tarefas “Mais” Futuras Montar mais módulos Software para envio de dados para DGPS Ensaios com módulos trocando mensagens Filtro distribuído para localização cooperativa Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Conclusão Objetivo Localização no LARA Construir novo sistema de localização 3D utilizando GPS/UMI para utilização em robôs móveis em ambiente externo Localização no LARA Filtragem Estocástica + Sistemas Híbridos Robótica + Visão computacional Ambientes Inteligentes Muito o que fazer este semestre! Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011

Referências Bibliográficas A. P. L. Bo e G. A. Borges. Desenvolvimento de um sistema de localização 3D com aplicação para robôs aéreos. Dissertação de Mestrado, Dep. de Engenharia Elétrica, Universidade de Brasília, 2007. D. H. Titterton, J. L. Weston. Strapdown inertial navigation technology. Peter Peregrinus LTD. on behalf of the Institution of Electrical Engineers, 1997. J. B. Kuipers. Quaternions and rotation sequences: a primer with applications to orbits, aerospace and virtual reality. Princeton University Press, 1998. M. S. Grewal, L. R. Weill, A. P. Andrews. Global Positioning Systems, Inertial Navigation and Integration. JohnWiley & Sons, 2001. A. H. Jazwinski. Stochastic Processes and Filtering Theory. Dover Publications, 1970. Sistema de localização por GPS/UMI para robôs móveis em ambiente externo 16/11/2011