Detecção de Obstáculos e Controle Autônomo para VANT

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segunda-feira, 18 d novembro d 2013
Por Raphael Vitor Costa dos Santos, Sem13

Esse post é uma descrição do projeto de formatura do curso de Engenharia Elétrica com Ênfase em Computação de 2013 desenvolvido pelo aluno Raphael Vitor Costa dos Santos. O projeto aborda o tema de Veículos Autônomos Não Tripulaodos e foi orientado pelo professor Prof. João Batista Camargo Júnior e co-orientado por Magali Andréia Rossi.

Atualmente é comum, ao se acompanhar o noticiário, deparar-se com uma notícia sobre drones ou VANTs, os Veículos Aéreos Não Tripulados. Os novos ocupantes do espaço aéreo vem ganhando destaque por desempenhar funções antes exercidas somente por aviões e helicópteros, no campo civil e também no campo bélico-estratégico. Essa nova tendência levanta a questão da regulamentação desses veículos no contexto global do espaço aéreo e sua integração com os veículos convencionais.

A maior característica de um VANT é não possuir um piloto humano embarcado, o que nem sempre quer dizer que não existe um piloto tomando as decisões. Na maioria dos casos, não se trata de uma aeronave autônoma, ou seja, capaz de avaliar a tomada de uma decisão, para então executá-la, e sim um veículo aéreo remotamente pilotado.

Mas na perspectiva atual, em que a busca por veículos cada vez mais inteligentes e autônomos é cada vez maior, o piloto, mesmo remoto, se torna cada vez menos necessário. Visando uma menor interferência humana no voo do VANT, esforços vem sendo empregados para aumentar a autonomia dos veículos. Nesse cenário se encaixa o sistema de detecção de obstáculos, proporcionando um mecanismo para evitar choques mecânicos com qualquer tipo de objeto que se encontre na trajetória de voo da aeronave.

O objetivo deste projeto de formatura é desenvolver um sistema de detecção de obstáculos integrado a um Veículo Aéreo Não Tripulado de pequeno porte nos âmbitos de hardware e software, com o intuito de evitar colisões mecânicas com obstáculos presentes na sua trajetória de voo, proporcionando um maior grau de autonomia ao veículo.

O projeto consiste em desenvolver um sistema constituído por um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT), controlado por software, capaz de realizar a detecção de obstáculos em sua trajetória e evitar colisões de maneira autônoma. A demonstração do conceito será realizada utilizando um quadricóptero de baixo custo, vendido comercialmente, o Parrot AR. Drone.

Para atender aos requisitos do projeto é necessária a construção de um sistema de sensoriamento remoto a ser acoplado ao veículo aéreo, aumentando a capacidade do mesmo de monitorar o ambiente. O sistema de sensoriamento é composto por sensores infravermelho para a detecção dos obstáculos e um módulo de comunicação para envio dos dados coletados ao controlador central. A estrutura de sensoriamento é planejada para ser totalmente independente, mesmo quanto à energia, usando como fonte de alimentação uma bateria própria, para que não haja a necessidade de mudanças na estrutura interna do quadricóptero, tornando o sistema de sensoriamento independente e reutilizável em outros veículos.

Embora existam aplicativos de controle do Parrot AR. Drone para dispositivos como telefones celulares e tablets, o software de controle do VANT foi desenvolvido especificamente para o projeto, seguindo as diretrizes de uma API fornecida pelo fabricante para a linguagem de programação LabVIEW. O desenvolvimento de um software específico permite maior personalização das características de voo e controle do quadricóptero, evitando a rigidez de um software pronto.

O sistema possui dois módulos: o módulo do quadricóptero e o módulo estacionário. O módulo estacionário é composto pela plataforma de testes onde o software do sistema está embarcado. O módulo do quadricóptero consiste basicamente no veículo aéreo e o sistema de sensoriamento. O módulo estacionário é o responsável pelo controle central do VANT, uma vez que embarcar o processamento no quadricóptero seria inviável pelas limitações impostas pelo hardware, principalmente nos aspectos de consumo de energia e peso da aeronave.

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