Home

Dirigível Autónomo para Busca e Salvamento

1. Ilustra o 42 Resultado do Algoritmo de Hough de uma imagem 42 Devido do facto de este algoritmo obrigar a inumeros calculos por parte do DSP verificou se que ap s a sua implementa o o DSP come ou a oferecer lentid o durante o processamento das imagens Desta forma foi necess rio encontrar uma solu o que optimizasse a velocidade de processamento sem comprometer as qualidades no processamento Esta solu o passou por escalar os valores de dist ncia M ximo 50 e ngulo do gr fico resultante de Hough M ximo 100 visto que este n o exige elevada precis o Desta forma o gr fico de Hough compacto fornece muito maior rapidez tanto nos c lculos de execu o do mesmo como no seu processamento 3 2 2 Seguimento do Robot ATRV Jr Foi elaborada uma pesquisa exaustiva ao ficheiro de exemplo apelidado de VideoInEdgeDetection de forma a encontrar a vari vel de mem ria onde se aloja a imagem de entrada e sa da do DSP de modo a ser poss vel fazer o processamento da mesma entre a passagem da imagem de entrada para a sa da Essas vari veis s o pVideoInBuf a de entrada e pVideoOutBuf a de sa da Como para o seguimento do robot ATRV Jr n o necess rio executar o algoritmo Sobel este foi desactivado de forma a optimizar o programa no que respeita ao tempo de processamento Como o robot a ser seguido um robot em que a cor vermelha predominante procurou se encontrar a solu o mais eficaz para a
2. Ilustra o 17 Teste dos motores utilizando o gerador de fun es em baixo e visualizando o sinal recebido com aux lio de um oscilosc pio em cima Durante os testes foi poss vel verificar com o aux lio de um oscilosc pio da marca Tektronix modelo TDS 210 que existe uma zona morta Ilustra o 18 na invers o da rota o da h lice problema que foi resolvido atrav s da implementa o de um pequeno algoritmo no c digo do DSP o qual imp e um offset de um valor ao sinal enviado para o controlador do motor traseiro e dois valores para o controlador dos motores dianteiros de forma a este n o coincidir com a zona de transi o Durante os testes verificaram se os valores de dutycycle de funcionamento dos motores criando se as tabelas dos valores m nimos m ximos e da zona morta de cada um apresentados nas Tabelas 1 2 e 3 zona marta llustragao 18 Grafico do funcionamento do motor 22 Tabela 1 Dutycycle do motor traseiro Dutycycle Movimento do motor 5 0 Roda ao maximo para a esquerda 7 2 Parado zona morta 7 4 11 2 Roda ao m ximo para a direita Tabela 2 Dutycycle dos motores dianteiros Dutycycle Movimento dos motores 5 0 Roda ao maximo para a esquerda 6 8 Parado zona morta 7 2 10 0 Roda ao maximo para a direita Tabela 3 Dutycycle do motor de rota o da haste dos motores dianteiros Dutycycle Rota o da haste 6 0 0 7 4
3. 16 2 3 Cockpit O cockpit apresenta um formato aerodinamico construido numa resistente fibra de carbono PET Plastic oferecendo leveza e ao mesmo tempo robustez Ilustra o 8 Al m do cockpit ja existente foi necess rio proceder montagem de outro que adquirimos pois o que existia n o tinha as dimens es necess rias para suportar a nova electr nica inserida como por exemplo a placa de processamento DSP Este novo cockpit foi constru do em fibra de vidro transparente permitindo assim a visualiza o dos leds da placa de processamento para poss veis fins de debug Este material foi escolhido por ser muito resistente e ao mesmo tempo flex vel possibilitando fazer diversas aberturas de forma a termos acesso aos bot es da placa e permitir a passagem dos diversos cabos de liga o necess rios Ilustra o 9 Ilustra o 8 Cockpit original Ilustra o 9 Novo cockpit Como ao acoplar o novo cockpit ao envelope do dirig vel se altera o seu centro de gravidade foi necess rio efectuar alguns testes de forma a se encontrar o ponto de acoplamento que oferecesse o melhor equil brio Esse ponto situa se na metade inferior do dirig vel ligeiramente mais atr s que o meio do dirig vel como se pode visualizar na Ilustra o 10 Ilustra o 10 Dois ngulos diferentes do dirig vel 17 A fun o destes dois componentes suportar toda a electronica de controlo como o DSP os controladores dos motore
4. o 74 Traject ria fechada realizada com Vmea 0 3m s e a uma altitude de 6M cceccseeeseeeeeeees 79 Ilustra o 75 Sequencia de imagens no decorrer de um percurso rectANQulal ccceeeeseeeceeeeeeeeeeeeeeeeeeaees 81 Ilustra o 76 Sequencia de imagens no decorrer de uma curva iene aerea rea amaa ara naaaanoa 82 Indice de Tabelas Tabela 1 Dutycycle do motor traseiro icici esd ei Ae dE Sab da GRE cate Snap saca gubendadeeeeteeaeeeaeee 23 Tabela 2 Dutycycle dos motores dianteiros cccceccceecceecceeceeececccueceueceuecuecueceeecueeeueseuecseeseeeseeeseeeseesaeeses 23 Tabela 3 Dutycycle do motor de rota o da haste dos motores dianteiros eee 23 Tabela 4 Vari veis de processamento dos blocos ccceccseccneeceeeceeceeeeeeeceeeceeeseeeseeeseeeeeeseeeseeeseeeneeeseeeaeeees 51 Tabela 5 Comandos enviados para o simulador eee erre aerea rer ear ee acres ee narra arena renas 70 Tabela 6 Resultados dos testes de velocidade e eereeeeee eee ee eee n eee ree area aeee aacenrennneda 71 Tabela 7 Resultados dos testes de rotacas rrarena a A a a Aa E E AOE EEA 71 Tabela 8 Equa es de segundo grau do funcionamento dos motores dianteiros cceecceecceeeseeeneeeeeeeneeees 73 Tabela 9 Equa es de segundo grau do funcionamento dos motores dianteiros cccecceecceeeseeeeeeeneeeneeees 73 1 INT
5. DES han E OB aD 4 nr i m 6 100 150 200 20 30 350 400 450 500 550 Figure 5 Figure 6 IM Ilustra o 44 Output do programa MatLab Em cima imagem original esquerda imagem original sem os pix is considerados vermelhos pelos thresholds a direita imagem dos pix is considerados vermelhos Como se pode visualizar na Ilustra o 44 as gamas escolhidas para os threshold das componentes s o suficientes para se conseguir captar um vasto leque de vermelhos Desta forma conclui se ser esta uma boa solu o para restringir a procura de pix is vermelhos O formato de imagem YUV pode ser armazenado em memoria de diversos modos No caso do DSP adquirido este armazena a imagem utilizando o formato UYVY sendo este o formato mais popular da varia o 4 2 2 do formato YUV Este formato o mais comum na codifica o de imagem devido rela o qualidade de imagem resultante vs compacta o de informa o dos pix is Isto se cada componente YUV de cada pixel fosse guardado em mem ria eram necess rios 24 bits pois para guardar a informa o de cada componente s o necess rios 8 bits mas no formato UYVY s necess rio guardar 16 bits de informa o de cada pixel pois este formato faz uma jun o de informa es de cada dois pix is consecutivos Assim o formato UYVY guarda as informa es de cada pixel segundo o esquema apresentado na Ilustra o 45 poupando espa o em mem ria e tempo de processamento
6. direita na mesma imagem e Uma ferramenta de verifica o da organiza o dos espa os de memoria utilizados As ferramentas acima referidas s actualizam ap s o stop do decorrer do programa Este programa permitiu a programa o do DSP em linguagem C e Assembly 50 3 4 2 Seguimento de Linhas Os algoritmos mencionados neste Subcapitulo encontram se explicados no Subcapitulo 3 2 1 O processamento de imagem que elabora o algoritmo Sobel utiliza uma segmenta o da imagem adquirida seguidamente explicado de forma a optimizar o tempo de processamento do algoritmo pois a dimens o da imagem processada pelo algoritmo Sobel mais reduzida que o tamanho da imagem completa A imagem recebida processada em blocos de 120 pix is horizontais e 72 verticais perfazendo um conjunto de 6 blocos horizontais por 4 verticais como representado na Ilustra o 50 A vari vel SobelOutBlockCount cont m o n mero do bloco que se encontra a ser processado no momento Ilustra o 50 Exemplo da segmenta o da imagem recebida De forma a evitar aguardar entre a finaliza o de processamento de um bloco e o inicio do seguinte pelo preenchimento da vari vel com o bloco seguinte o algoritmo desenvolvido utiliza duas vari veis para o preenchimento dos blocos uma para os blocos mpares outra para os pares Tabela 4 Desta forma enquanto se processa a vari vel referente a um bloco a outra vari vel est a ser preenchida com o
7. es e sistemas electr nicos onboard como foi referido ao longo deste relat rio O esquem tico das liga es efectuadas no dirig vel encontra se na Ilustra o 65 na qual se demonstra a separa o da electr nica pelos dois cockpits acoplados ao dirigivel e respectiva liga o entre eles interruptor do Sistema Cockpit Dianteiro Cockpit Traseiro G Receptor A RF Video Portatil iL de Trabalho Interruptor do Sistema Ilustra o 65 Esquematico das liga es do dirig vel Como o dirig vel ir funcionar a uma altitude de aproximadamente 5 metros no ambiente de testes e de modo a prevenir acidentes derivados de falhas de baterias ou de programa o do algoritmo do DSP durante a execu o de testes foi implementado um Interruptor do Sistema que se encontra identificado na Ilustra o 65 e que corta a alimenta o das baterias que alimentam os controladores dos motores caso seja accionado atrav s de um interruptor existente no antigo comando RF do dirig vel e que foi desactivado devido ao facto do dirig vel passar a ser aut nomo 6 Desta forma o utilizador poder desligar todos os motores do dirigivel em caso de necessidade sem recorrer directamente ao dirigivel garantindo mais seguran a em caso de falha 4 2 Simulador USARSim No desenvolvimento de aplica es roboticas uma das fases determinantes para o sucesso da apli
8. o TCP IP com dois tipos de formatos apresentados na Tabela 5 Estes comandos s o enviados regularmente para o simulador controlando o seu movimento Tabela 5 Comandos enviados para o simulador Inicializa o do robot INIT ClassName robot class Name robot name Location x y z Rotation r p y Accionamento de movimento ao DRIVE AltitudeVelocity float LinearVelocity float LateralVelocity robot float RotationalVelocity float Normalized boo 70 4 5 Calibracoes Testes e Experi ncias Calibracao do simulador De forma a usufruir do simulador elaborado no programa UsarSim de modo a que a transi o para o real seja feita com o m nimo de altera es foi necess rio calibrar todos os par metros do mesmo tais como o tempo de acelera o o momento de in rcia no arranque paragem e rota o Para tal foram efectuados diversos testes com o dirig vel real para cada uma das vari veis Estes testes consistiram em programar o dirigivel com movimentos simples durante um per odo de tempo e atrav s da imagem obtida pela c mara incorporada e das marca es no ch o foi poss vel medir os tempos de cada movimento Foram elaborados diversas experi ncias para cada movimento do dirigivel testado com o intuito de se obterem os valores de calibra o mais fidedignos com a realidade Ap s a execu o dos diversos testes foi feita uma an lise aos resultados de forma a anular os que se desviavam em demasia dos valore
9. o campo das linhas impares e o campo das linhas pares Cada um destes campos preenchido em cada varrimento da imagem de forma que ap s finalizar o preenchimento de um dos campos ir recome ar o varrimento da imagem para o preenchimento do campo seguinte o que ir implicar que a imagem adquirida para o segundo campo seja da frame seguinte Resumindo para adquirir uma imagem completa necess rio adquirir as linhas mpares da frame actual e as linhas pares da frame seguinte Ilustra o 47 Este m todo provoca um pequeno arrastamento nas imagens em movimento derivado do intervalo de tempo entre a capta o de duas frames como se pode visualizar na Ilustra o 48 em contrapartida permite maior rapidez na aquisi o de imagens e futuro reenvio das mesmas pois a placa de processamento tamb m utiliza este m todo para enviar a imagem para o output de v deo Outra vantagem deste sistema assenta nos movimentos cont nuos nas imagens ao inv s de se visualizar o movimento aos solu os r Ilustra o 47 Exemplo do m todo de varrimento entrela ado Ilustra o 48 Exemplo de uma imagem em movimento O formato de imagem utilizado foi o sistema PAL pois a c mara adquirida para incorpora o no dirigivel utiliza esse sistema 49 3 4 1 VisualDSP Como foi referido os fornecedores de placas de processamento DSP disponibilizam uma plataforma propria de trabalho para o desenvolvimento ex
10. sem comprometer a qualidade da imagem 2 image pixels Ilustra o 45 Organiza o dos pix is no formato UYVY 45 3 3 Gera o do Sinal de Audio para Controlo dos Motores Neste Cap tulo apresenta se o estudo efectuado sobre o sistema de sa da de udio da placa de processamento com o intuito de usufruir dessa mesma sa da para controlar os motores Assim iniciou se o estudo por um exemplo de udio fornecido pelo fabricante da placa com o nome de Audio Talkthrough Neste caso disp e se como nica fun o a de enviar o sinal de udio recebido directamente para a sa da sem qualquer processamento interm dio Ap s se ter testado o funcionamento deste exemplo efectuaram se pequenas experiencias com a finalidade de se aumentar o conhecimento sobre o recebimento e envio de sinais de udio utilizando o DSP entre elas a modifica o do sinal de entrada a altera o das portas de sa da do sinal e a sua divis o Seguidamente foi instalado o DSP entre o m dulo receptor de sinal de comando modulo RF existente no interior do dirig vel e os controladores dos motores do dirig vel Esta instala o possibilita o teste capacidade do DSP de reproduzir os sinais necess rios para o controlo dos motores Ap s a confirma o das capacidades do DSP iniciou se a programa o de sinais que permitam comandar os motores do dirigivel De modo a prevenir todo o sistema electr nico do dirigivel de erros de programa
11. 90 Para especifica es mais detalhadas dos motores ver a pasta de Anexos gt Datasheets que se encontra no CD acoplado a esta tese 23 2 6 Controladores Os controladores s o os respons veis pela convers o entre o sinal de controlo PWM sinal de entrada e o sinal recebido pelos motores de corrente cont nua sinal de sa da controlando assim a velocidade de rota o do motor em fun o da tens o que se aplica aos seus terminais O formato do sinal conhecido como Pulse Width Modulation PWM ou Modula o de Largura de Impulso tem por base manter a amplitude e frequ ncia do Impulso variando a sua largura de acordo com a amplitude do sinal modulador Assim a largura ou dura o dutycycle do Impulso ir permitir variar a velocidade de rota o dos motores Estes controladores eram originalmente comandados atrav s de um m dulo receptor de r dio frequ ncia RF de sinais do telecomando Um dos objectivos deste projecto foi a anula o desse receptor passando a ser a placa de processamento onboard a respons vel pelo envio dos sinais de comando do dirigivel para os controladores Desta forma todo o controlo feito no dirig vel tornando o um ve culo a reo aut nomo No dirig vel em estudo existem tr s controladores um para os motores dianteiros s o motores n o independentes outro para o motor traseiro e outro para o controlo da rota o da haste que suporia os motores dianteiros
12. De qualquer forma conseguiu se realizar experi ncias de seguimento de linhas que confirmam o funcionamento de todo o sistema 81 ASS Ilustra o 76 Sequencia de imagens no decorrer de uma curva 82 6 CONCLUS ES Este projecto permitiu alargar o nosso conhecimento em diversas reas da Engenharia principalmente na rea de Electr nica e na de Rob tica Durante o desenrolar do projecto familiariz mo nos com importantes ferramentas de desenvolvimento de algoritmos de diversas reas como os programas LabView para a programa o de placas de aquisi o VisualDSP para programa o de placas de processamento e o simulador UsarSim para simula es realistas de robots Toda a automa o do dirigivel atrav s do processamento da imagem captada foi conseguida bem como o simulador realista elaborado para o desenvolvimento do trabalho Projectos Futuros e Utiliza es Para que no futuro este projecto se possa valorizar e evoluir dever que ser equacionada a aquisi o de um dirig vel que possua um envelope de maiores dimens es e em consequ ncia de motores mais potentes e velozes para utiliza o no exterior Tamb m o envelope poder ser em poliuretano ou outro material mas com um tratamento que permita menor permeabilidade e perda do g s de enchimento A oportunidade de transitar o funcionamento do dirig vel para o exterior permite a inclus o de um GPS a bordo permitindo a programa o de rot
13. E main_core_B c cay ere fe sas pecs di REFERENCIA Y ERROR U E Process data c yr y j enpensute MEETER alfa_dir ERROR U I sm2 7 7 Calculo Centro de Massa do carro a seguir num vermelhos 237 a Source Files num vermnelhos auxiliar 318792 E shared memory L2 e tra a ie 59 Header Files r E shared_memory_L2 h Desenha os vermelhos que foram considerados vermelho VideoOutStart auxiliar u0 VideoOutStart auxiliar 1 y0 VideoOutStart auxiliar 2 v0 VYideoOutStart auxiliar 3 y1 iT Project x e e D a Loa I ent e jS E e 14 04 08 Segue ryJr je e Ai X processor State 4 levice 0 a Loa e P e 14 04 08 ryJr de ltime E EE e levice O a Loa wm Device Oia Halted e e 0 b Loa I P p 14 04 08 rvd d 1 Device O b Halted 0 b Loaded C Document E 14 04 08 J d lt FH 0 b Load complete 8 g e gt gt Ms E Console Build lt gt F Status Groups f Ready Halted Line 810 Col 1 VBScript NUM Ilustra o 49 Imagem do VisualDSP vers o 4 5 Este software oferece diversas ferramentas teis durante o desenvolvimento do c digo implementado na placa tais como entre outras e Um debugger para verifica o de erros de compila o e Uma ferramenta de visualiza o das imagens guardadas em mem ria no DSP Image Viewer em cima direita na Ilustra o 49 e Uma ferramenta de verifica o dos valores das vari veis utilizadas Expressions a meio
14. Todos eles encontram se instalados dentro do cockpit dianteiro e s o alimentados por duas baterias uma para o controlador dianteiro e a outra partilhada pelos controladores traseiro e de rota o de forma a optimizar o peso do dirig vel Estes controladores s o tamb m respons veis pela alimenta o dos seus respectivos motores Derivado do facto do m dulo RF ser desactivado do circuito electr nico do dirig vel foi necess rio alterar o processo de alimenta o do sistema de rota o da haste que suporta os motores dianteiros controlador motor encoder pois era alimentado atrav s desse mesmo m dulo que fornecia a tens o de 5 Volts necess ria para o seu funcionamento Desta forma foi escolhida e implementada uma solu o que utiliza a tens o que o controlador do motor traseiro fornece sa da pois desta forma n o necess rio adicionar uma bateria extra de 5 Volts o que aumentaria significativamente o peso do dirig vel visto que a tens o sa da do controlador suficiente para alimentar todo o sistema de rota o da haste Ao sinal de controlo do sistema devido s especifica es do controlador foi necess rio impor um sinal de offset de 3 Volts atrav s de duas pilhas AA de 1 5 Volts de forma a conseguirmos comandar o sistema atrav s dos comandos enviados pela placa de processamento onboard pois as sa das de udio cortavam a componente continua do sinal Este offset n o foi poss vel ser executado
15. aerea area aa aaa ea aa ranma nara aa maa ara naaaanoa 18 Ilustra o 139 Imagem da camara 1 s 05 202252maialo fia aE demas ynadlap oes EN Sh ra ad ada Sa aaa dna DS 19 Ilustra o 14 Imagem da camara Zanasi SE Ne ils a E A E a 19 Ilustra o 15 Motores dianteiros e haste de suporte erre eereaareaae rear aaa aa naaa ntre rrente 20 IUStFa o 16 MOLORASCIO rca ad is aa a a ose ake eine Sore eins No ees 20 Ilustra o 17 Teste dos motores utilizando o gerador de fun es em baixo e visualizando 22 Ilustra o 18 Gr fico do funcionamento do motor erre reearee acre ree area ce acena cen reneeaa 22 Ilustra o 19 Controlador dos motores dianteiros cece eeceeeeseeeeeeceseeeeseeeseueeseeeseueeseeesaeeeseeeeaaes 25 Ilustra o 20 Controlador do motor traseiro e ar errar eaa ee aerea rena ca ore E 25 I strac o e a Imagem do DSP aaa pra io asas custa aid da a a e a rd 28 Ilustra o 22 Esquematico da localiza o dos conectores LED s e switches ccccccecceeceeceeceeceeseeseeseeeees 29 Ilustra o 23 Distribui o das orbitas e sat lites pela Terra cccccccceecceecceeeceeeneeeeeeeseeeeeeceeeeeeeseeeneeeaeeeaeeees 30 Ilustra o 24 Esquema das pseudo dist ncias entre receptor e sat lites ereta 31 Ilustra o 25 Diversos formatos de coordenadas erre rena ree a
16. de quando todos os motores se encontram em movimento constante valor de dutycycle enviado para cada um deles constante e se alterar o valor de dutycycle de um deles verifica se que todos os outros sofrem uma altera o no sinal recebido reagindo com uma sobrecarga ou uma quebra no seu movimento durante o per odo de transi o do valor de dutycycle alterado Ao verificar se esta situa o ligou se a sa da do DSP a um oscilosc pio que confirmou a exist ncia de interfer ncias entre os tr s sinais de controlo Para resolver estas interfer ncias implementou se um desfasamento no envio dos sinais para os tr s motores isto em vez de se enviar o sinal para todos eles em simult neo foram espa ados igualmente durante o per odo de envio desfasados 333 do tempo do per odo como se encontra demonstrado na Ilustra o 46 permitindo assim que a influ ncia de cada um sobre os outros seja suficientemente pequena de forma a n o influenciar a rota o dos motores Amplitude Waveform Graph me angle ThrustPropeller Es TailPropeller E Ilustra o 46 Quatro per odos dos sinais de controlo enviados para os motores Em rela o ao m todo de recebimento de imagem do DSP este adquire a atrav s do formato que utilizado mais usualmente nos dias de hoje conhecido como o m todo de varrimento entrela ado de imagens 48 Este m todo capta uma imagem e grava a num vector com dois campos
17. do na imagem recebida no DSP criou se no ambiente de simula o um cont nuo e aleat rio nev o cujos flocos servem para interferirem no processamento da imagem recebida obrigando o algoritmo a superar as interfer ncias Ap s os testes dos algoritmos de seguimento de linhas e do robot ATRV Jr verificou se que o sistema completo funciona com bastante qualidade mesmo quando o dirigivel foi sujeito a situa es mais extremas como curvas com ngulos de 90 no seguimento de linhas e em casos de rampas cuja linha a seguir aumenta e diminui de largura devido altera o da dist ncia entre a linha terrestre e o dirig vel No caso do dirigivel se encontrar a seguir o robot terrestre aquele supera facilmente as situa es inesperadas tais como mudan as de direc o por parte do ATRV Jr ou em situa es de rampa com a mesma problem tica do caso das linhas De seguida s o apresentadas algumas das experiencias efectuadas para teste do sistema completo primeiro no Seguimento do robot ATRV Jr Experiencias 1 2 e 3 e de seguida no Seguimento de Linhas Experiencia 4 19 Experiencia 1 Na Ilustra o 71 encontra se apresentada uma experi ncia de seguimento do robot ATRV Jr numa traject ria em forma de U onde ambos os robots partem da posi o de repouso no instante t Os A velocidade de seguimento desta experiencia de 0 58m s e o dirig vel opera a uma altitude de 6m Os gr ficos apresentados s o de Posi
18. eeenneera 64 Ilustra o 62 Liga es de v deo e dos controladores do DSP eee eee cece eee seers eae eeesaeeeeaaeeeeeeeeeaes 65 Ilustra o 63 Bancada de trabalho em laborat rio reter erre ree aereas ee aerea re aa rennoa 66 Ilustra o 64 Esquematico das liga es do ambiente real rena aerea reea mae rraaaaaanoa 67 Ilustra o 65 Esquematico das liga es do dirig vel erre eee ere rea ce acena can areneada 67 Ilustra o 66 Imagens do dirig vel simulado erre erre area nenaaa ea aa nana aerea naa ara naaaanoa 68 Ilustra o 67 Placa de aquisi o da National Instruments eee erer eee ree aerea me area cen re a reneeaa 69 Ilustra o 68 Interface gr fico do software LabView eric reane aaa ea aa rea manera aa naa ara nanaaanoa 70 Ilustra o 69 Velocidade linear do dirig vel em X vs dutycycle dos motores dianteiros 72 Ilustra o 70 Velocidade angular do dirigivel vs dutycycle do motor traseiro erre 72 Ilustra o 71 Trajectoria em forma de U realizada com V 0 58m s e a uma altitude de 6M 76 Ilustra o 72 Traject ria de invers o de marcha realizada com V 0 58m s e uma altitude de 6m 77 Ilustra o 73 Trajectoria fechada realizada com V 0 78m s e a uma altitude de 6M cccccseeeneeeeeeeeeeees 78 Ilustra
19. es ambientais nomeadamente ventos Estes ve culos s o normalmente caracterizados pela forma elipsoidal do envelope o qual mantido r gido por uma sobrepress o no interior conferindo rigidez e aerodin mica aeronave A t tulo de curiosidade o nome do dirig vel do projecto PASSAROLA adv m da primeira aeronave conhecida no mundo um bal o de ar quente o primeiro que se elevou no ar inventada e constru da 13 pelo padre jesuita portugu s Bartolomeu de Gusmao da Universidade de Coimbra em Portugal e financiado pelo Rei D Joao V Era uma pessoa com grande capacidade imaginativa e matematica conseguindo comprovar as suas teorias desenvolvidas acerca da maior leveza do ar quente A 8 de Agosto de 1709 Bartolomeu fez voar um pequeno balao de ar quente na Sala dos Embaixadores na Casa da India pela primeira vez no mundo perante uma assist ncia importante onde se inclu a a familia Real al m de elementos do Corpo Diplom tico e da Corte Portuguesa Mais tarde Bartolomeu de Gusm o fez a primeira viagem a rea tripulada desde o Castelo de S o Jorge ao Terreiro do Pa o cerca de 1Km N o foram muitas as pessoas que assistiram ao acontecimento mas um cronista da poca relatou o feito e ilustrou a sua not cia com um desenho produto da sua fantasia e imagina o que designou por PASSAROLA desenho este que ainda hoje pode ser visto no Museu do Ar da For a A rea Portuguesa Ilustra o 4 Ilustra
20. h que conseguir a estabiliza o num determinado ponto do espa o i e velocidade de deslocamento nula efeito conseguido pela disposi o dos seus motores e h lices A sustentabilidade dos bal es e dirig veis conseguida atrav s do composto gasoso que utilizado para o enchimento dos mesmos mas s o os motores que lhe permitem a desloca o horizontal ou vertical No Instituto Superior T cnico existe o projecto de busca e salvamento conhecido por Projecto RESCUE Navega o Cooperativa para Robots de Salvamento desenvolvido no Instituto de Sistemas e Rob tica Este projecto visa a implementa o de um sistema de salvamento aut nomo baseado em robots que possibilite o socorro a v timas e o mapeamento do terreno em situa es de cat strofe e de dif cil acessibilidade A equipa de robots composta por um robot terrestre ATRV Jr Ilustra o 1 e um robot a reo um dirigivel conhecido por PASSAROLA Ilustra o 2 Ilustra o 1 Robot ATRV Jr Ilustra o 2 Robot PASSAROLA Este projecto pretende integrar um conjunto de agentes aut nomos a trabalhar em forma o capazes de interagir e cooperar entre si num cen rio de cat strofe terramoto maremoto ou desastre nuclear onde as condi es s o demasiado adversas ou de dif cil interven o humana e necess rio uma interven o r pida das equipas de salvamento de forma a prevenir ou minimizar a ocorr ncia de v timas Neste projecto o dirig
21. o 3D e Posi o Orienta o versus Tempo durante a traject ria de teste de cerca de 240m em 400s denotando se em todo o percurso um pequeno atraso temporal do dirig vel em rela o ao robot terrestre derivado ao controlo do PASSAROLA ser efectuado em rela o ao centro da imagem e n o ao centro de massa do robot de onde retirado o valor da posi o do robot no simulador Verifica se que o seguimento da traject ria efectuada pelo robot ATRV Jr executado com sucesso pelo dirigivel Posi o 3D Posi o X versus Tempo 20 40 60 80 100 120 140 160 180 0 50 100 150 200 250 300 350 400 x m Tempo s Posi o Y versus Tempo Orienta o versus Tempo Yaw rad 0 50 100 150 200 250 300 350 400 oo 50 100 150 200 250 300 350 400 Tempo s Tempo s Ilustra o 71 Traject ria em forma de U realizada com V 0 58m s e a uma altitude de 6m 76 Experiencia 2 Nesta experi ncia realizou se uma invers o de marcha ao robot ATRV Jr a meio da realiza o de uma traject ria rectilinea segundo x com uma velocidade de 0 58m s Ambos os robots iniciam a experiencia em t Os a partir das suas posi es de repouso A atitude de opera o do dirig vel novamente 6m Como se pode verificar atrav s da visualiza o da Ilustra o 72 o sistema de controlo implementado no dirig vel capaz de reagir e recuperar a movimentos bruscos efectuados pelo robot terrestre Posi o 3D Posi o X versus Temp
22. o 4 Ilustra o do PASSAROLA Pouco mais se sabe acerca deste aparelho pois na poca o desconhecimento na rea de ci ncias aeron uticas era grande e todos os projectos e documentos originais do inventor se perderam com o passar do tempo Como curiosidade a proveni ncia do nome Zeppelin que tamb m aplicado aos dirig veis Este nome adv m em mem ria do Lord Zeppelin o pioneiro na constru o de dirig veis capaz de se moverem sem o aux lio do vento pouco antes da primeira guerra mundial Este dirigivel tinha o formato de um charuto e na sua g ndola existia um conjunto de h lices que eram respons veis pela manobrabilidade do ve culo Ilustra o 5 Ilustra o 5 Fotografia do primeiro dirig vel 14 lremos utilizar como base de desenvolvimento do projecto um dirigivel ja existente no IST propriedade do Instituto de Sistemas e Robotica ISR e que foi construido no Trabalho Final de Curso da Licenciatura de Engenharia Electrotecnica e de Computadores pelo aluno Thomas Krause O seu trabalho consistiu no desenvolvimento do estudo sobre a dinamica do dirigivel e controlo do mesmo atrav s de radio O dirigivel era comandado atrav s de um telecomando RF em modo manual controlado por um utilizador ou em modo autom tico em que um computador enviava comandos atrav s do telecomando RF utilizando uma liga o RS 232 Existia a bordo uma c mara que enviava imagens para a ground station ou esta o base qu
23. se criado um simulador que corre num computador independente possibilitou se o teste de todo o algoritmo desenvolvido e implementado no DSP antes de se utilizar o dirig vel real Desta forma e de modo a simular o ambiente de trabalho o mais pr ximo do real foi elaborado um sistema de liga es que permite conectar o DSP directamente ao simulador atrav s de uma placa de aquisi o de sinais ADC explicada no Subcap tulo 4 3 Este sistema permite utilizar a mesma placa de processamento que se ir implementar onboard no dirig vel como o c rebro do sistema simulado oferecendo assim a m xima proximidade com o sistema real utilizado minimizando os erros e problemas existentes na transi o do sistema simulado para o real Desta forma foi necess rio modificar e criar os diversos tipos de conex es necess rios para permitir as liga es entre os sistemas electr nicos do dirig vel e preparou se o hardware e software dos computadores de trabalho utilizados de modo a permitir utilizar todo o sistema em sincronia 63 Preparou se toda a montagem do sistema de forma a optimizar o numero de liga es e facilitar a transi o das conex es do ambiente de simula o para o ambiente real Na Ilustra o 61 encontra se o esquem tico das liga es necess rias de forma a simular o desempenho do dirig vel no simulador UsarSim A placa de aquisi o referida encontra se representada por um bloco identificado com as siglas ADC Anal
24. se exemplificada na Ilustra o 62 pela designa o de V deo Out Tamb m como sa das do DSP encontram se as liga es aos tr s controladores dos motores do dirig vel De forma a permitir como referido acima a liga o simult nea dos outputs dos motores para o sistema simulado e para o sistema real as sa das de output do DSP foram duplicadas na pr pria placa como se pode verificar na Ilustra o 62 pois esta possu a sa das de udio suficientes que permitiram a duplica o 64 A liga o para a placa de aquisi o feita por cabos de video composto RCA RCA e convertidos em BNC na liga o placa propriamente dita De forma a facilitar a montagem do sistema foi atribu da uma cor a cada sa da da placa DSP para os controladores Ilustra o 62 e correspondente entrada de cada controlador para a placa de aquisi o Ilustra o 67 Como liga o de entrada do DSP encontra se a liga o de V deo In correspondente liga o da c mara de bordo Ilustra o 62 Liga es de v deo e dos controladores do DSP Em rela o ao Computador de Trabalho Pentium IV 3 0 GHz com 1GHz de RAM e WinXP necessitou de uma placa de aquisi o de imagem placa de TV cuja fun o receber a imagem de output do DSP permitindo a sua visualiza o para fins de debug ou simplesmente para se visualizar o funcionamento do algoritmo implementado e correspondente movimento do dirig vel Neste computador foi
25. simula o do dirigivel o qual contem instalado o simulador UsarSim Subcap tulo 4 2 O programa elaborado oferece o interface gr fico da Ilustra o 68 que permite controlar os motores manualmente alterar o computador de simula o e visualizar tanto os ciclos de trabalho recebidos do DSP bem como o ultimo comando enviado para o simulador Usar Labview tentativa 3 4 2008 vi File Edit Operate Tools Window Help gt 2 Comutador Manual Automatico IP do computador com o simulador Reset Al Machine Port 10 0 21 232 3000 ok STOP Controlo manual da velocidade dos motores XZ Angle ia o Tail n G 0 2 _ Ultimo input Line x cde Ultimo Dutycyles comando DRIVE xZ ngle 0 001041 ThrustPropeller 0 000000 TailPropeller 0 000000 gt 0 Bam 6m enviado 69 4m Gr fico dos dutycycles recebidos do DSP Amplitude Waveform Graph Yzange ThrustPropeller TailPropeller A Ilustra o 68 Interface gr fico do software LabView Com aux lio desta ferramenta foi poss vel simular o controlo do dirigivel no simulador que se elaborou utilizando o DSP e todo o c digo implementado neste como fonte dos sinais de entrada do programa LabView permitindo desta forma o teste dos algoritmos implementados no DSP sem ser necess rio recorrer ao dirigivel propriamente dito O output deste programa um comando enviado para o simulador atrav s de uma comunica
26. simulador e depois com o dirig vel real Subcapitulo 4 5 A ltima fase do projecto consiste no teste de todo o sistema em funcionamento tanto em simula o como em realidade Cap tulo 5 12 2 HARDWARE DO DIRIG VEL 2 1 Descri o e Arquitectura do Dirigivel O que um dirig vel Um dirig vel um ve culo a reo composto por um gigantesco bal o uma pequena g ndola e propulsores que o tornam capaz de controlar o seu trajecto propuls o e orienta o Um exemplo de dirigivel o demonstrado na Ilustra o 3 Ilustra o 3 Imagem de um dirig vel O bal o deste veiculo cheio de um g s pouco denso como o h lio ou o hidrog nio mais leve que o ar oferecendo ao veiculo a capacidade de pairar no ar Esta sua caracter stica torna o num ve culo muito seguro est vel de baixo custo e pouco poluente em compara o com outros ve culos a reos Outra vantagem destes ve culos o baixo n vel de ru do tornando o um atractivo para a sua utiliza o em ambientes habitados Devido ao facto de ser necess ria pouca energia para sustentar o dirig vel no ar a autonomia deste ve culo bastante elevada Claro que como em todos os sistemas n o existem s vantagens Uma das limita es dos dirig veis prende se com o facto do seu elevado volume oferecer grande resist ncia ao ar n o permitindo velocidades elevadas de desloca o e tamb m ser bastante sens vel s varia es das condi
27. sua detec o A hip tese mais simples passaria por encontrar os pix is vermelhos da imagem recebida pelo DSP o que se reflectiu numa pesquisa sobre o tipo de formato com o qual a imagem de entrada guardada na memoria da placa de processamento O formato da imagem recebida pelo DSP conhecido como YUV ou YCbCr na varia o 4 2 2 Este formato define uma cor atrav s das suas caracter sticas de luminancia Y e crominancia azul U e vermelha V e a varia o do formato corresponde ao m todo de armazenamento em mem ria da imagem Foram elaborados alguns testes imagem de modo a se encontrar a melhor solu o para a detec o dos vermelhos Optou se inicialmente por anular as componentes da imagem Y e U deixando unicamente activa a componente da cromin ncia vermelha V Aplicando um threshold componente V da imagem define se a gama de cromin ncia vermelha pretendida podendo restringir a gama de cores que se ir encontrar Esta solu o oferece um resultado razo vel na detec o de vermelhos na imagem como se pode verificar na Ilustra o 43 43 Ilustra o 43 esquerda encontra se uma imagem unicamente composta pela componente V da imagem da direita Foi elaborada outra alternativa para a detec o de vermelhos que se baseava na transforma o do formato YUV da imagem em RGB Red Green and Blue Esta solu o n o se mostrou favor vel devido ao n mero de c lculos necess rios para efectuar a
28. vel ter a miss o de efectuar o reconhecimento do terreno enquanto uma equipa de robots m veis se desloca no solo mantendo permanente contacto com o dirig vel obtendo informa es sobre o terreno e outras e servindo como transmissor de informa es entre robots terrestres e a esta o base Esta teoria de controlo de forma es pode ser alargada para outros sistemas como por exemplo nas miss es espaciais incluindo a explora o de novos planetas Tamb m que considerar a vertente militar O presente trabalho foi realizado no mbito desse projecto e dedicou se totalmente automa o do dirigivel PASSAROLA concebendo desenvolvendo e implementando todo o sistema electr nico para o seu controlo de forma a alcan ar como objectivo o seguimento de uma linha ou de um robot terrestre em movimento o robot ATRV Jr Tendo este trabalho duas componentes interligadas a componente electr nica e a componente rob tica foi a primeira desenvolvida por mim e a segunda pelo colega Ricardo Alc cer em 5 num trabalho em complementaridade e interliga o com o objectivo comum do funcionamento global do sistema Para tal foi necess rio redesenhar o circuito electr nico do dirig vel de forma a incluir um computador de bordo respons vel pela aquisi o de imagem seu processamento implementa o do algoritmo de controlo do dirigivel e condu o do mesmo por actua o dos motores bem como outros componentes necess r
29. 21 77 SOL_COMPUTED SINGLE 29 5 4287648 8 386 487942 7961 120 2957 53 7810 WGS84 3 1845 2 2964 4 5378 0 000 0 000 7 7 0 0 0 0 0 0 d6 441209 tendo este a responsabilidade do tratamento desses dados para fun es de controlo O sistema constru do baseia se na liga o do sistema GPS receptor antena bateria ao DSP acoplado com a placa de extens o RS 232 por um cabo RS 232 Este cabo liga a COM1 do receptor com o canal 1 da UART daughter card do DSP Para alimenta o do DSP usada uma bateria de 5V ficando assim o sistema completamente independente Ilustra o 32 Ilustra o 32 Sistema GPS constru do 35 36 3 SOFTWARE DO DIRIG VEL 3 1 Arquitectura do Software Em simult neo com o estudo e desenvolvimento da componente de hardware fomos recolhendo informa o e desenvolvendo estrat gias para a abordagem da componente de software do nosso trabalho Esta componente de software debru ou se na programa o dos algoritmos de controlo das traject rias do dirig vel na placa de processamento DSP Inici mos pelo estudo da placa DSP atrav s da leitura dos manuais pesquisa em f runs de informa es e dicas e a experimenta o dos exemplos fornecidos pelo software da placa Ap s alguns testes iniciou se o estudo detalhado do m todo de aquisi o de imagem de uma c mara atrav s do DSP com o objectivo do futuro processamento dessa mesma imagem e ajuda na navega o do dirig vel Esta
30. RODU O A Rob tica uma rea da Engenharia onde a investiga o desperta cada vez mais o interesse de muitas empresas com vista optimiza o de processos Nos dias de hoje a automatiza o de processos algo quase indispens vel em qualquer ind stria onde a interven o do homem tende a ser cada vez mais reduzida optimizando processos reduzindo custos acelerando e melhorando os servi os a produ o e os resultados desses processos este o desafio da Rob tica construir m quinas capazes de interagir entre si e com as pessoas e com isso conseguirem autonomamente gerar solu es para problemas e cooperarem entre si de modo a facilitarem as suas tarefas reduzindo custos e tempos Quando se trata de rob tica aplicada navega o a rea a situa o ainda mais incipiente A investiga o desta vertente da rob tica n o se encontra t o desenvolvida mas promete grande expans o em breve Como rob tica a rea encontram se os robots avi o os robots helic ptero e os robots balao dirigivel onde a principal caracter stica diferenciadora reside na sua constitui o e forma de voo e por isso requerem tipos de controlo diferentes Cada um destes tipos de robots tendo em comum a necessidade de sustenta o no ar requerem sistemas de controlo diferenciados no caso dos avi es a necessidade de se atingir uma determinada velocidade para que o efeito aerodin mico garanta a manuten o do voo J nos helic pteros
31. ROLA a evolu o de um trabalho iniciado no Instituto Superior T cnico integrado no Projecto RESCUE Navega o Cooperativa para Robots de Salvamento Este projecto visa o desenvolvimento de solu es rob ticas para busca e salvamento em situa es de cat strofe O objectivo deste projecto a concep o desenvolvimento e implementa o de todo o sistema electr nico que proporcione ao dirigivel uma completa automa o no seguimento de linhas ou de um robot terrestre o robot ATRV Jr em ambiente real Para tal elaboramos um simulador realista que permite testar todo o algoritmo implementado no dirig vel permitindo a sua visualiza o e consequente calibra o dos seus comportamentos minimizando os ajustes necess rios na transi o do conjunto para ambiente real Deste modo ao dirig vel existente foi acoplada uma placa de processamento DSP que recebe imagem enviada por uma c mara onboard e calcula todo o controlo necess rio para comandar os motores durante o decorrer do seu percurso Palavras Chave Dirig vel PASSAROLA Controladores PWM DSP Processamento de imagem Seguimento de Linhas e ATRYV Jr VisualDSP UsarSim Abstract The PASSAROLA project is a continuation of work begun in the IST and is integrated in the RESCUE Project Cooperative Navigation for Rescue Robots The project aims to develop robotic means for search and rescue in emergency catastrophe situations Thus the ob
32. Seguimento de Linhas elaborado num circuito fechado com comprimento de 600m e com uma forma que proporciona se diversas curvas e contra curvas de modo a se testar o desempenho do algoritmo implementado Posi o 3D Posi o 3D Linha Passarola um gt N w m o 1 1 1 1 200 gt y m oo x m 20 4 60 80 100 120 140 160 180 x m Posi o X versus Tempo Posi o Y versus Tempo 180 160 140 120 E 100 80 60 40 20 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Tempo s Tempo s Orienta o versus Tempo Processamento de imagem em t 215s Yaw rad 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Tempo s Ilustra o 74 Traject ria fechada realizada com Vmea 0 73m s e a uma altitude de 6m 19 5 2 Resultados em Ambiente Real Ap s o correcto funcionamento do algoritmo implementado em simula o transitou se todo o sistema para a realidade com pequenos ajustes nas calibra es dos controladores de forma a optimizar o movimento do dirigivel e adapta lo s condi es do ambiente Foram efectuados testes aos dois programas de seguimento desenvolvidos que responderam com SUCESSO Como se esperava o dirig vel actual revelou ser um sistema dificil de controlar derivado a sua pequena envergadura peso e fraca potencia dos motores tornando o praticamente imune ao atrito do ar sendo assim muito sens vel a interfer ncias externas onde pequenos movimen
33. U 128 e V 128 excepto os pontos considerados vermelhos dentro da rea predefinida de pesquisa de forma a facilitar a visualiza o da imagem e respectiva compreens o e dar a possibilidade de inserir cinco pequenos gr ficos na imagem com a varia o dos erros das vari veis de controlo e dutycycles ao longo de um per odo de tempo de 13 segundos como ir ser explicado adiante Ap s a pesquisa dos pix is vermelhos de uma frame calcula se o centro de massa desses pix is atrav s do somat rio de cada uma das suas componentes e divide se no final pelo n mero de pix is considerados vermelhos Equa o 3 X pixel n mero total de pixeis vermelhos pixel centro de massa EQ n mero total de pixeis vermelhos centro de massa Com este algoritmo implementado deparamo nos com um problema no caso de existirem dois conjuntos distintos de pix is vermelhos na imagem correspondentes a dois objectos vermelhos Neste caso o algoritmo n o retorna o centro de massa de um dos objectos mas sim o centro de massa dos dois objectos agregados resultando um vector que n o indicaria a posi o correcta a seguir Um exemplo desta situa o o demonstrado na Ilustra o 54 T a 0a TY PAUSE Jrecoro ROS Ilustra o 54 Exemplo do centro de massa de dois objectos agregados 56 Assim elaborou se uma pequena restri o aquando da verifica o da cor do pixel processado Esta restri o consiste na pes
34. USB 9233 cuja fun o ser de seguida explicada Ilustra o 67 Placa de aquisi o da National Instruments Esta placa tem como funcionalidade a convers o instant nea do sinal anal gico entrada em sinal digital sa da transformando assim os sinais de udio emitidos pelo DSP para os motores em sinais reconhec veis pelo software LabView instalado no computador de trabalho Esta transforma o dos sinais permite ao programa LabView receber os sinais enviados para os motores do dirig vel e envi los via TCP IP para o simulador Como se pode visualizar na Ilustra o 67 as entradas da placa s o em formato BNC cujas conex es foram transformadas em conex es RCA de forma a tornar poss vel lig las ao DSP A sa da digital via liga o USB 4 4 Aplica o em Labview O software de programa o LabView um software de programa o gr fica da National Instruments que usa cones em vez de linhas de texto para criar aplica es O c digo deste software organizado como um diagrama de blocos onde o fluxo de dados determina a forma de execu o do algoritmo implementado Foi elaborado um programa capaz de interpretar os sinais emitidos pelo DSP correspondentes aos ciclos de trabalho enviados para os motores reais do dirig vel transformando esses sinais em valores 69 continuos correspondentes aos valores de velocidade simulada dos motores e enviando os via TCP IP para o computador respons vel pela
35. a em formato ASCII em periodos de 2 segundos Este receptor GPS possui dezenas de logs e comandos que permitem obter nao so a posi o actual j processada em v rios formatos de coordenadas como o rel gio com informa es sobre o ano m s semana dia e horas e tamb m o almanaque com informa o de todos os sat lites velocidade linear informa o sobre as esta es correc es ajustes e at mesmo mudan a de sistema de localiza o SBAS L BAND DGPS etc Durante os testes efectuados concluiu se que a performance do GPS suficientemente precisa cerca de 1 8 metros segundo o fabricante A ocorr ncia de multipath na antena do receptor que retorna neste caso uma incerteza do resultado foi tamb m verificada experimentalmente nos casos de ocorr ncia de reflex es p ex utiliza o da antena junto a um edif cio de vidro ou de interac o de obst culos p ex edif cios Nestas situa es o receptor GPS perde a comunica o e h que aguardar uma melhor recep o de sinais Ilustra o 30 verificando se por isso a necessidade de operar num espa o amplo de modo a ser vis vel o n mero suficiente de sat lites com sinais directos para o c lculo da posi o do receptor Na Ilustra o 30 demonstra se o resultado de um teste efectuado ao sistema GPS no trajecto Instituto Superior T cnico Cidade Universit ria onde se podem verificar algumas descontinuidades no trajecto devido a problemas de tra
36. a navega o moderna fornecendo a posi o tridimensional do ponto medido em tempo real e com grande precis o tanto em terra como no mar ou no ar Este sistema foi concebido pelo Departamento de Defesa dos Estados Unidos da Am rica sendo inicialmente operado apenas por militares norte americanos Actualmente o Departamento continua a financiar e controlar todo o sistema GPS mas este pode ser utilizado gratuitamente por qualquer pessoa numa vers o menos exacta desde que possua um receptor que capte os sinais emitidos pelas duas d zias de sat lites em orbita 29 Para se conseguir adquirir a localiza o especifica de um ponto no Globo Terrestre atrav s do sistema GPS necess rio o conjunto de tr s sub sistemas 1 O segmento espacial 2 O segmento de controlo 3 O segmento do utilizador O segmento espacial space segment composto pela constela o de sat lites existente em orbita volta do planeta Terra com o objectivo de enviar sinais de informa o referente sua orbita ephemeris via r dio especialmente codificados e que permitem o c lculo da posi o velocidade e tempo pelos receptores de GPS Estes sinais transmitidos s o divididos em duas portadoras emitidas em microondas de diferentes frequ ncias a L1 que transporta a mensagem de navega o a frequ ncia 1575 42MHz e a L2 utilizada para medir o atraso ionosf rico pelos receptores 1227 60MHz A constela o de sat lites composta p
37. a o ponto 0 de forma a localizar o robot terrestre no centro da imagem recebida pela camara do dirigivel Na Ilustra o 58 poss vel visualizar um exemplo do vector de erro da componente x Reciprocamente a vari vel de controlo vertical do dirig vel erro y a componente vertical do vector de erro entre o ponto do centro da imagem e o ponto do centro de massa do objecto Devido ao facto de os pix is da imagem crescerem no sentido descendente o erro y tem valores negativos quando o ponto do centro de massa se encontra acima do ponto do centro de imagem i e o dirig vel encontra se atrasado em rela o ao robot terrestre e valores positivos quando se encontra abaixo i e O dirig vel ultrapassou o ponto de refer ncia do robot terrestre 59 Este valor de erro enviado para o processador core B atrav s da vari vel da memoria partilhada Controlo 1 ao qual feito o sim trico antes de ser utilizado no c lculo do controlador dos motores dianteiros no ficheiro Process data c Os valores m ximos obtidos por este erro s o equivalentes metade dos pix is verticais de uma imagem completa 143 no eixo negativo de Y e 143 para o eixo positivo e o ponto de refer ncia situa se em 0 Optou se por desenhar este vector com cor como se encontra demonstrado na Ilustra o 58 de modo a facilitar a an lise durante o desenrolar dos testes do funcionamento do algoritmo SG Ilustra o 58 Eixos das coo
38. anteiros e traseiro encontram se descritos com maior detalhe em 5 Analogamente ao Seguimento de Linhas encontra se o diagrama com a mesma divis o entre cores Imagem Captada C lculo do controlador PID da C mara dos motores Pesquisa de pixeis vermelhos na imagem C lculo dos dutycycles dos motores Envio dos valores de erro para os controladores dos motores H E Reprodu o dos sinais de controlo dos motores com respectivos dutycycles C lculo do centro de massa do objecto vermelho Envio dos sinais para os motores C lculo de valores de erro de posi o e de ngulo Ilustra o 60 Esquem tico da organiza o dos algoritmos implementados em cada core 61 3 4 4 Sincronia dos Dois Programas Nesta fase pretende se juntar num unico projecto os dois programas de processamento o de video e o de controlo dos motores que se encontram a funcionar separadamente e ambos no processador core A Neste Subcap tulo aborda se o modo utilizado que permitiu a jun o entre os dois programas de forma a se conseguir ter todo o controlo do dirig vel a funcionar em sintonia Foi efectuado um estudo detalhado sobre os ficheiros linker ldf de cada um dos programas v deo e udio respons veis pela inicializa o das mem rias processadores bibliotecas e aloca o de memoria para vectores Como o DSP est equipado com dois processadores decidiu se fazer uma separa o de fun es por cores
39. ao dO DSP usssiiasrasdasa rain dia asas eo iai Eai saida A 47 SH VISUQUSPS Prosas ias ds a aa cies has dinate TICO Saulo feat aAa ner lia Dia das Ba alte Dice vital 50 342 Seguimento de LENNA soa ssrcearieg ado air so nas ad os ab EC lU rabo nook ead do neat a celas eee eerie eae eee 51 So Sequimento AMB dl assess assbdsca as Ligando E saio Dn SD eal a ae eal el 56 SEA SINCrONIa dos DOIS Programas ponen aa a SS ns O Segs pista 62 4 SISTEMA DE ENSAIO DIRIG VEL eae 63 4 1 CONSU IOa a ene cnr eee eR One i oe eee er ere rere re eee eee errr 63 4 2 SIMMUIACOR AY Sale Ia sara ara A TE TN 68 4 3 PIACa OS AQUISI O ia Sa RA E aa 69 4 4 PONE ECAC Em MEADVIC Nasa abas aan Dana E EE 69 4 5 Calibra es Testes e Experi ncias erre eere arena A eea ra aeee arranca nan reanoa 71 Be HR ES EAEE EEEE EE PEE PEIEE TEN PEPEPEPE nd a E EAEE De ae dA O E a da E de E 75 5 1 Resultados em Ambiente de Simula o cccecccecceeeceeeceeceeeceueceueceeeceeecueseueeeuecueseeeseeeeaeeaeeseeeees 75 5 2 Resultados em Ambiente Red ate eae a SUS ch seinem spas a a LOS GSE MRE SGD E aac 80 o CONCLUS ES een ten ena ai nen Re do nn eT ee ee UE Ra RE A EO ARO Sa O ba Ni ARE Ra 83 Referencias BIDIIOORATICAS csircatrasiiaa das diaria asia dna Aaa aa ndo dos tages deh aca dp lee An sas Ro Scan deS dasmadebeendeiateaane 85 Rererencias aa Interessa iai iu ASS ADS ELO RISO DESA LE GDA BSS SESDEC GLS a denned ODIN a INCC Die DIDCaL ea ies 86 In
40. aquisi o de imagem foi efectuada atrav s do exemplo fornecido apelidado de VideoInEdgeDetection Seguidamente estudou se em pormenor o processamento de imagem no DSP Por estudo em pormenor entende se o estudo do c digo do exemplo testado a pesquisa em f runs de exemplos e informa es e de seguida a elabora o de pequenos exemplos como o negativo da imagem a execu o do Algoritmo de Sobel para detec o de contornos e a detec o de linhas atrav s de algoritmos eficazes para o efeito Ap s o dom nio do DSP no que se refere componente de v deo estudou se a rea referente ao audio da placa de forma a possibilitar a liga o dos motores do dirigivel s sa das de som da placa com o intuito de se controlar a navega o do ve culo atrav s do DSP Ap s a an lise e conhecimento de funcionamento do DSP elaboraram se dois programas independentes um de seguimento de linhas e outro de seguimento do robot ATRV Jr descritos nos Subcap tulos 3 4 2 e 3 4 3 A componente do trabalho referente ao controlador dos motores em ambos os programas foi realizada em colabora o com o colega Ricardo Alc cer e integrada na sua tese em 5 de onde se traduziram os algoritmos efectuados em MatLab para linguagem C utilizada para programar o DSP 3 Em simultaneo com o desenvolvimento dos programas de seguimento foi elaborado o simulador do dirigivel explicado em mais pormenor no Subcapitulo 4 2 Para finalizar o proj
41. as pr definidas e auxiliar na localiza o do dirig vel no seguimento do robot ATRV Jr onde ambos poder o comunicar entre si e trocar coordenadas de forma a optimizar os seus movimentos Com a utiliza o do sistema GPS deixar de ser necess ria para seguimento do robot a c mara incorporada podendo esta ser aproveitada para outras finalidades A incorpora o do GPS no dirigivel permite tamb m o controlo em altitude do mesmo de forma muito simples A este sistema dever ser incorporado um sensor de medi o de dist ncias como por exemplo um sensor que utilize a tecnologia por infravermelhos ou radiofrequ ncia que serviria para medir a dist ncia entre o solo e o dirigivel de forma a incluir no controlo a informa o da altura ao solo do dirig vel Outro melhoramento que poder mostrar se til principalmente na utiliza o exterior de um dirig vel de maior dimens o o qual ir ser de mais dif cil manobrabilidade ser a introdu o de controladores independentes para os motores dianteiros de forma a minimizar as diferen as de rota o entre as 83 duas h lices oferecendo auxilio nas manobras de viragem e possibilitando o reajuste de direc o de modo a compensar for as externas atrav s do accionamento de maior ou menor rota o em cada um dos motores dianteiros independentemente Uma rea que oferece vantagem na utiliza o do dirig vel ser a vigil ncia de inc ndios em zonas florestais vasta
42. atrav s de c digo na placa de processamento porque a placa reajusta o sinal m dio de sa da a zero n o permitindo criar o sinal pretendido sa da da mesma 24 Ap s o estudo detalhado do controlador do motor traseiro verificou se que o mesmo possu a um sistema de protec o no arranque conhecido por Power On Protection POR que s permite o inicio de funcionamento do motor ap s o sinal de controlo do mesmo ter atravessado a posi o de repouso isto o motor s come ar a receber comandos vindos do seu controlador ap s este ter recebido o sinal de controlo referente rota o nula do motor Este sistema de protec o utilizado em alguns controladores de forma a evitarem o descuido do utilizador ao ligar os motores com a indica o de comando no m ximo que poderia causar situa es indesejadas Foi elaborado um algoritmo que inicializa o controlador do motor traseiro atrav s do envio de um sinal PWM com um dutycycle abaixo do valor de repouso e seguidamente o envio de um sinal com dutycycle acima Desta forma o controlador do motor traseiro fica inicializado e preparado para receber comandos para enviar para o motor aconselh vel no caso de se adquirirem motores mais potentes para o dirig vel adquirirem se tamb m controladores com sistema POR Ilustra o 19 Controlador dos motores dianteiros Ilustra o 20 Controlador do motor traseiro As especifica es mais detalhadas dos controladore
43. bateria est tamb m ligado um interruptor cujo funcionamento ser explicado no Cap tulo 4 No cockpit traseiro existe uma bateria de 7 2 Volts para alimenta o da placa de processamento e uma bateria de 11 1 Volts para alimenta o da camara onboard e do emissor RF de v deo utilizado unicamente para fins de debug e visualiza o em terra das imagens que a c mara do dirig vel est a captar Para mais especifica es sobre baterias ver a pasta de Anexos gt Datasheets que se encontra no CD acoplado a esta tese 2 8 Placa de processamento DSP Digital Signal Processor DSP um microprocessador program vel com uma arquitectura especializada capaz de operar em tempo real no processamento digital de sinais com velocidades muito superiores aos microprocessadores para aplica es gen ricas Este chip o c rebro da placa de processamento utilizada que composta para al m do microprocessador DSP por diversos outros componentes necess rios para o seu funcionamento como mem rias internas cache de dados e instru es unidades de DMA Direct Memory Access timers portas externas porta serie portas RCA portas para m dulos de extens o entre outros 26 O processamento de um sinal digital feito com recurso a opera es simples adi o multiplica o e transfer ncia de memoria sendo necess rio no caso de sinal anal gico sa da de transdutores p ex microfone a sua convers o para sinal digita
44. bjectivo de eliminar poss veis ambiguidades ao obter se o ponto m ximo da mancha de pontos analisada todos os pontos vizinhos a ele que se encontrem dentro de um raio pr definido s o anulados de forma a n o interferirem nos c lculos seguintes o que vai permitir oferecer rapidez nos c lculos pois esses pontos do gr fico n o ser o analisados futuramente 52 Ap s a obten o dos quatro pontos mais acentuados do grafico de Hough s o calculados os par metros declive m e ordenada na origem b de cada um dos quatro pontos correspondentes a quatro supostas rectas da imagem Equa o 1 Supostas rectas pois os pontos encontrados no gr fico de Hough poder o corresponder a pontos isolados na imagem em vez de rectas pormenor que tamb m foi considerado no decorrer do desenvolvimento do projecto atrav s da verifica o da intensidade dos pontos vizinhos do ponto analisado na imagem resultante do algoritmo Sobel a sen Com os parametros das rectas calculados calculam se os dois pontos de interseccao de cada recta com a circunfer ncia de raio pre definido atrav s da constante D e centrada no centro da imagem atrav s das equa es i mj b S Qmb V Qmb 4 1 m b D 2 PO dA eq da recta gt i mj b eq da circunfer ncia gt D i j Seguidamente s o calculados os ngulos dos segmentos de recta que unem cada ponto ao centro da imagem sendo que o valor de refer ncia do ngulo 0 ra
45. bloco seguinte e que fica pronto para ser processado antes de o primeiro ser finalizado Tabela 4 Vari veis de processamento dos blocos Sobel In Buf0O Sobel In Bufi 1 25 21 45 Sobel In Buf0O Sobel In Bufi 51 Como foi explicado no Subcap tulo 3 4 a imagem adquirida pelo DSP por dois vectores referentes as linhas mpares e s linhas pares da imagem o que traduz na numera o dupla de cada segmento da imagem como se pode visualizar na Tabela 4 De forma a minimizar o tempo de processamento de cada frame optou se por processar apenas alguns dos blocos da imagem recebida Esta decis o deve se ao facto de o algoritmo de seguir linhas implicar um elevado n mero de c lculos fazendo a execu o do algoritmo arrastar se durante o processamento de todos os blocos e provocando atrasos consider veis Assim foram trabalhadas outras solu es como por exemplo a de se processarem os blocos em xadrez pois como o objectivo seguir linhas com este sistema de blocos processados ser poss vel encontrar todas as rectas da imagem Esta solu o n o foi no entanto levada avante pois continuariamos a ter in meros blocos a calcular e como s nos interessa procurar linhas a seguir a volta do centro da imagem e s no hemisf rio superior optou se por analisar unicamente dois blocos os blocos acima do centro da imagem esquerda e direita blocos 8 32 e 12 36 respectivamente Esta solu o permitiu elaborar todo o proces
46. ca o sem d vida a cria o de um simulador realista que teste os seus comportamentos em ambientes virtuais oferecendo ao investigador a facilidade de teste dos c digos desenvolvidos para o controlo dos robots permitindo fazerem se de modo simples as calibra es e ajustes necess rios para o ptimo funcionamento de todo o conjunto retornando assim a transi o para o robot real de forma mais directa e quase sem altera es Desta forma foi elaborado um simulador pr prio para o robot PASSAROLA tendo sido escolhido para o efeito o simulador UsarSim Urban Search and Rescue Simulator Este simulador baseado no motor de jogo Unreal Tournment 2004 da EpicGames e o simulador mais utilizado por todo o Mundo para simular novos robois Este simulador mostrou se essencial no desenrolar deste projecto permitindo minimizar os tempos e custos de testes e ofereceu um ambiente de trabalho important ssimo para futuros projectos baseados em dirig veis Em 5 encontram se todos os estudos efectuados para a cria o deste simulador bem como a explica o de todos os detalhes que se considerou de modo a implementar um dirigivel simulado o mais pr ximo da realidade Ilustra o 66 Imagens do dirigivel simulado 68 4 3 Placa de aquisi o De forma a conectar a placa de processamento do dirigivel ao simulador elaborado foi necessario adquirir e utilizar uma placa de aquisi o da marca National Instruments modelo NI
47. cer ecran cera cee area cena ce nana naneda 31 Ilustra o 26 Exemplo das reflex es dos sinais transmitidos pelos sat lites err 32 Ilustra o 27 Esquema do Sistema de GPS Diferencial eee renan emrenanerenmrenaeranas 32 ll stracag 28 Antena de recep o GPS us i a csc sc DL ee cee eee eS 33 listracao 29 Modulo de recepcad GPS ss fat eee Hee i enti aoe eles 33 Ilustra o 30 Mapeamento do GPS NUM trajeCtO ccceccccsceceeeecseeceeeseecenseeceucesseeeeeeesseeeseeeteeeeteeeteeeneeesaaes 34 Ilustra o 31 Esquematico de alimenta o dos dois componentes do sistema GPS cccccseeeeeeeseeeneeeeeeees 35 Wustr o 32 Sistema GPS CONSIMUIdO sscssas sa a Est oe las alas U Ra dO ELG as DOES das SED 35 Ilustra o 33 Referencial do GINGIVEl sssiaanasa asian assa gaa ado cnlsardinio dna das uia dido re dia al da dai dido irei sao dna 38 Ilustra o 34 Eixos x y considerados na IMAG SIM amsassess sas ubisass Mag aaiaas idas canis usa lana does al cus ance ess 39 lustra o 35 Esquematico do Algoritmo Sobel sas sto dps dista seca thine us mess logs usas lona eee quo dai 39 listra o 36 Imagen ongina s lt 525050hsa500 vagando as aro a a non DE dna dae vap as 40 Ilustra o 37 Imagem resultante do Algoritmo Sobel erre eeereeereea er erenreran aerea renan renaas 40 Ilustra o 38 Imagem ap s aplica o do Algoritmo Sobel e threshold elevad
48. de forma a n o os sobrecarregar Assim sendo o core A ficou respons vel pelo processamento de imagem e o core B pelo controlo dos motores e respectivos controladores Como em ambos os projectos os processadores utilizados eram unicamente o core A foi necess rio fazer uma pesquisa de como activar o segundo processador mem ria e perif ricos Esta divis o de fun es entre os processadores foi estruturada de forma a optimizar a informa o partilhada e a troca de valores entre processadores A jun o dos dois ficheiros ldf foi elaborada em tr s passos e testados consecutivamente 1 Iniciou se definindo certos ficheiros como bibliotecas de forma a se poder chamar nos ficheiros c as suas fun es e alocaram se as bibliotecas dos dois projectos na memoria do L2 SRAM 2 Transferiu se o conte do do ficheiro ldf do programa de udio referente ao processador core A para o local referente ao processador core B existente no ficheiro ldf do programa de v deo Foi necess rio ter aten o s vari veis com nomes repetidos e s diferen as de nomes das vari veis ao longo do c digo conjunto 3 De seguida juntaram se ao projecto de v deo j contendo o nome ficheiro ldf os ficheiros do programa de udio pr processados para funcionar no core B Apos o passo 3 concluido obteve se um projecto que engloba o processamento de imagem da camara e o controlo dos motores atraves das saidas de audio em perfeita sincronia de funci
49. detec o da cor vermelha como pretendido No momento do teste efectuado e demonstrado nas Ilustra es 13 e 14 as c maras encontravam se fixadas no mesmo local e em instantes de tempo simult neos de forma a se poder comparar as diferen as de imagem entre ambas Desta forma foi elaborada uma pesquisa das c maras existentes no mercado que se encontrem dentro dos pr requisitos pretendidos e que oferecessem a melhor rela o qualidade pre o Assim optou se por adquirir a c mara da marca Sony HQ1 Helmet Camera com as especifica es CCD Chip 1 3 ExviewHAD SS HQ1 P 82 de ngulo ptico F Resolution PAL 795x596 pixeis Power Supply 12VDC Power Consumption 150mA or less Weight 65g Low light sensitivity of 0 01Lux As especifica es mais detalhadas da c mara encontram se na pasta Anexos gt Datasheets que se encontra no CD acoplado a esta tese 19 2 5 Motores O sistema de propuls o do dirig vel composto por tr s motores que s o os respons veis pela locomo o do mesmo Estes motores est o dispostos da seguinte forma Dois motores acoplados a uma haste que se encontra ligada ao cockpit dianteiro montada sobre servomecanismos motor encoder respons veis pela rota o da haste permitindo aos motores girarem 180 e tornando assim poss vel a desloca o do dirigivel em altitude S o estes os motores respons veis pelo movimento do dirig vel no eixo X e Z tanto no semi eixo p
50. dianos se encontra sobre o eixo horizontal positivo Posteriormente escolhido o ngulo a seguir pelo dirig vel atrav s do crit rio do ngulo que se encontra mais vertical isto mais perto do valor de refer ncia z 2 pois sera esse o ngulo referente recta que se encontra a ser seguida Antes de enviar por fim o valor do ngulo atrav s da vari vel de memoria partilhada Controlo 3 para os controladores dos motores feita a verifica o de continuidade do movimento do dirigivel significando isso que o valor do ngulo final submetido ao teste de obrigatoriamente se encontrar dentro do intervalo de limites 7 3 e 7 3 e centrado no valor do ngulo anterior Desta forma conseguiu se oferecer um controlo de seguimento b sico ao algoritmo protegendo o de eventuais ru dos na imagem que adulterassem os resultados pretendidos enviando momentaneamente para os motores um valor disparatado que iria influenciar a suavidade do seu deslocamento As Ilustra es 51 e 52 s o imagens retiradas entrada e sa da do DSP Atrav s destas imagens pode se verificar que a primeira uma imagem enviada directamente pelo simulador UsarSim que ainda n o sofreu qualquer processamento A segunda imagem uma imagem p s processada pelo DSP tendo como base a primeira Esta imagem como se pode visualizar cont m a imagem resultante do algoritmo Sobel a semicircunfer ncia utilizada para c lculo do vector de direc o do dir
51. dice de Ilustra es lustracao T RODOCA TRV dhacxasice Ne a E PS RE RES SR DECR EE DD DORSO PAN RS MEN eee 10 Iistra o2 Robot PASSAROL Asa nose ndo e RGE ena OO DE pd Ea ae ee ia E 10 lustra o 3 Imagem de um dirigivel szinssiassaca sirsname die rabasab danado rio canas bad one cebiadandiho dad acedida aid h ad sauschdadbatsaodannaeedcdas 13 Ilustra o 4 Ilustra o do PASSAROLA en eee eeeeeeeseeeeseeeeaeeseeesaeceseeeeseeeseueeseeeseeeeseesaeeeseeetanes 14 Ilustra o 5 Fotografia do primeiro dirig vel cccccscecseeccseeceeeceeeecseeseucenseeseucesseeeeueesseeeseeesseeeneeesesenseeseaes 14 Ilustra o 6 Esquema do sistema original erre ree a nae arena aaa ea aan ra acena renan a ara nannaanoa 15 Ilustra o 7 Posi o das asas traseiras do dirig vel erre ree eee ree rea rea ceara area eenneeaa 16 IUStra o E COCKOIPONIGING es success bolita cattle dinhero cali Set gal taut Sand hh ee ADO tout bleu ot Sa T 17 NS TAC AGO NOVO COCK DIE arse ena aa e nest hake ada nao fados cs ancas eee a aaae aee eaea aae Spirae 17 Ilustra o 10 Dois ngulos diferentes do dirig vel cccseccccseeecseeeeeeeeeseeeeceeeeseeeesseeeseueesseeeeseeeesseeeeseeesses 17 Ilustra o 11 Electr nica do cockpit dianteiro e er err ee reee cre ee aerea cena ren arena ren a neanoa 18 Ilustra o 12 Electr nica do cockpit traseiro erre
52. dirigivel com comunica o directa com os motores e sensores tornando o PASSAROLA completamente aut nomo o estudo descrito em 2 enriquece nos com viv ncias e problemas para os quais devemos estar preparados durante o trabalho bem como guia de orienta o para a implementa o do controlador no sistema real Sabendo a princ pio que o PASSAROLA ter como sensor uma c mara de v deo com o objectivo de seguir traject rias ou objectos presentes no solo e futuramente para aquisi o de mapas topogr ficos no sentido de fazer o reconhecimento de uma rea s acess vel por meios a reos tamb m importante o estudo de 3 onde focado com mais pormenor a din mica das imagens numa sequ ncia de v deo retirada a partir de um dirig vel bem como a calibra o da c mara de v deo e seguimento de objectos numa imagem sendo neste caso til o conhecimento j adquirido na cadeira de Processamento de Imagens e Vis o PIV onde foi realizado um projecto de seguimento de pequenas imagens templates conhecidas a priori ao longo de uma sequ ncia de v deo Seguidamente fez se uma pesquisa exaustiva sobre todos os componentes existentes no dirig vel tais como controladores motores h lices modulo RF e transmissor de v deo RF e de todos os componentes necess rios adquirir para completar o prot tipo como a placa de processamento a c mara onboard baterias e um novo cockpit Passou se fase de teste desses componentes e sel
53. do Algoritmo Sobel Como se pode verificar atrav s da visualiza o da Ilustra o 37 as fronteiras que mais se destacam s o os contornos das linhas da estrada pois s o os que det m o maior contraste entre as cores das suas fronteiras preto branco e preto amarelo Conclu mos assim que este algoritmo seria eficaz no seguimento de linhas pois ao implementar um threshold elevado obt m se uma imagem pr processada muito simples constitu da exclusivamente pelas linhas da estrada Ilustra o 38 optimizando o desempenho do algoritmo de seguimento Ilustra o 38 Imagem ap s aplica o do Algoritmo Sobel e threshold elevado O passo seguinte para o seguimento das linhas ser encontrar rectas na imagem e calcular o ngulo dessas mesmas rectas de forma a se escolher o seguimento da recta mais vertical da imagem podendo utilizar se o ngulo da recta para controlo do motor traseiro respons vel pela rota o do dirig vel sobre o eixo Z rota o yaw Ap s uma pesquisa de algoritmos para esse efeito escolheu se o Algoritmo da Transformada de Hough sendo este o algoritmo que melhor se adapta s necessidades do algoritmo a implementar 40 Este algoritmo tem como principio em cada ponto da imagem tra ar todas as rectas poss veis que intersectem esse ponto descrevendo uma sinus ide referente ao ponto em an lise num gr fico de dist ncia vs ngulo Essa dist ncia representa a dist ncia mais curta entre a or
54. do movimento do motor Sabendo que a fun o correspondente zona morta seria implementada atrav s do envio do valor O de dutycycle s se apresentam as equa es referentes s outras duas fun es de cada um dos motores Tabelas 8 e 9 onde x corresponde ao valor de dutycycle enviado pelo programa e y ao valor da velocidade do motor 72 Tabela 8 Equa es de segundo grau do funcionamento dos motores dianteiros Motores Dianteiros 0 002798 x x 0 2668 x x 5 315 y 0 004184 x x 0 8007 x x 36 03 y 70 80 90 100 Tabela 9 Equa es de segundo grau do funcionamento dos motores dianteiros Motor Traseiro 05 7 0 00298 x x 0 5341 x x 23 24 y 73 18 83 88 93 0 005924 x x 0 7162 xx 20 8 y Com estas fun es foi poss vel obter uma aproxima o a realidade de todos os pontos n o testados que se incluam dentro do intervalo de valores experimentados 13 Ap s a obten o das equa es que descreviam o movimento do dirigivel estas foram implementadas no software LabView utilizado para enviar os comandos para o simulador possibilitando assim o teste de todos os algoritmos desenvolvidos para o DSP no simulador de forma mais realista Foram repetidos os testes reais no simulador e atrav s da compara o visual entre os dois v deos resultantes o v deo real e o do simulador verificou se a qualidade
55. dos valores medidos Com esta calibra o foi poss vel fazer todos os ajustes dos controladores e algoritmos de forma r pida e simples n o tendo que recorrer ao sistema real poupando in meras horas de experiencias Calibra o dos vermelhos Para a calibra o da gama de vermelhos que a luminosidade do local de testes oferece foi utilizado o mesmo processo descrito no Subcap tulo 3 2 2 Foram retiradas diversas imagens de v rios ngulos ao robot ATRV Jr em diferentes horas ao longo do dia atrav s da liga o directa do input ao output de v deo do DSP Seguidamente processaram se essas imagens utilizando o programa em MatLab elaborado para o efeito encontrando se facilmente os thresholds das componentes YUV dos pix is adaptadas s caracter sticas do local de trabalho Este m todo de pesquisa das gamas de cor permite uma r pida adapta o a qualquer local de trabalho e inclusive a uma mudan a de cor que se pretenda seguir 74 5 RESULTADOS 5 1 Resultados em Ambiente de Simula o Ap s as calibra es do ambiente real com o ambiente simulado elaboraram se diversos testes de modo a confirmar se o correcto funcionamento de todo o sistema entre os quais se testou o comportamento do dirig vel para situa es extremas como varia es bruscas de movimentos velocidades de movimento e altitudes de trabalho elevadas proporcionando imagens dif ceis de processar De forma a se simular a presen a de poss vel ru
56. e poderia servir para fechar o loop de controlo do ve culo Ilustra o 6 O sistema de v deo c mara mais sistema de direc o da mesma foi desmontado em virtude do sistema que existia n o cumprir as especifica es que pretendemos RC Controller Ilustra o 6 Esquema do sistema original Este sistema de controlo utilizado no mbito de 2 foi descontinuado uma vez que se pretende colocar todo o processamento de sensores e controlo do ve culo a funcionar harmoniosamente a bordo do dirig vel O dirig vel utilizado para o projecto composto por diversos componentes como o envelope o cockpit os motores de trac o a electr nica de controlo controladores dos motores receptor RF do sinal do comando a c mara e respectivo emissor de sinal e as baterias de alimenta o dos componentes 15 2 2 Envelope O envelope do dirig vel utilizado feito com material poliuretano com uma espessura de 3 5mil i e 89um e tem como dimens es 4 metros de comprimento e 2 metros de di metro maior O poliuretano demonstra uma boa flexibilidade e resist ncia o que permite aguentar uma maior press o do ar no seu interior por outro lado demonstrou ter uma permeabilidade alta significando que se esvazia relativamente r pido n o se mantendo totalmente cheio durante um dia de trabalho e por isso modificando a sua sustentabilidade ao longo do tempo Para equilibrar o esvaziamento necess rio fazer peq
57. ec o dos a adquirir sua aquisi o e assemblagem ao dirig vel 11 O dirigivel existente foi remontado e testado de modo a confirmar toda a sua funcionalidade Para tal foi necessario estudar pormenorizadamente todos os componentes de forma a possibilitar a reconstru o do sistema electr nico do dirig vel Ap s esse trabalho todos os componentes do dirigivel ficaram em perfeito funcionamento No Cap tulo 2 encontram se descritos em pormenor as caracter sticas e respectivos testes de cada componente de hardware do dirig vel inclusive as informa es sobre a placa de processamento escolhida para comandar todo o dirig vel Toda a documenta o obtida sobre os componentes do dirig vel encontra se anexada ao relat rio atrav s de um CD Sobre a componente de software desenvolvido para este projecto iniciou se com a elabora o de um simulador pr prio para o dirigivel no ambiente Usarsim explicado no Subcapitulo 4 2 que ser uma ferramenta de trabalho de important ssima utilidade durante o desenvolvimento dos algoritmos de seguimento Subcap tulo 3 4 porque permite verificar a correcta funcionalidade do sistema sem a necessidade de utilizar o dirigivel real facilitando e minimizando tempo no processo de debug Por fim implementaram se os algoritmos de controlo descritos em mais pormenor em 5 e calibrou se todo o sistema principalmente o simulador e os controladores recorrendo a testes no
58. ecto foram efectuados diversos testes do dirig vel no simulador UsarSim de forma a se calibrarem e afinarem todas as vari veis dos controladores e comprovar o perfeito funcionamento dos algoritmos realizados antes de transitar como passo final para o mundo real onde se efectuaram experiencias com o dirig vel real Eixos e Coordenadas Utilizadas De seguida realizada uma abordagem sobre os eixos de refer ncia do dirigivel que ser o referidos ao longo deste relat rio A descri o do ve culo ao longo do relat rio feita com base no referencial que se encontra fixo ao ve culo sendo a sua origem coincidente com o centro de gravidade C G do dirigivel Desta forma o eixo X o eixo que aponta na direc o frontal do ve culo o eixo Z aponta em direc o ao solo e o eixo Y colocado de forma a tornar o sistema ortogonal Cada eixo do referencial fornece mais um grau de liberdade ao movimento do dirig vel referente rota o sobre cada um deles perfazendo assim um total de seis coordenadas independentes necess rias para definir a posi o e orienta o do ve culo univocamente b ma f p roll u surge f Ls an Xp q pitch r yaw Vp p Kiowan 2 1 W heave Ilustra o 33 Referencial do dirigivel O sistema de eixos da imagem recebida processada utilizados para descrever pormenores no decorrer deste relat rio encontram se representados na Ilustra o 34 38 gos C S
59. ecu o simula o e depura o do c digo do projecto que se pretende concretizar Como o DSP adquirido para o projecto foi desenvolvido pela Analog Devices o software de desenvolvimento fornecido foi o VisualDSP na vers o 4 5 gt Analog Devices VisualDSP Target ADSP BF561 EZ KIT Lite via Debug Agent 1 Project Passarola_dsp Device 0 a VideoInEdgeDetection_Buffers meS Fie Edit Session View Project Register Memory Debug Settings Tools Window Help ox sugas s mt EE a2 amaga E x a Cs Be gt je g 26 Passarola dsp v Debug 4 Ba Hes AV APR oer ha x E 0 5 Image Viewer x Project Group teste_grupo 4 projects 1 Passarola dsp a aaRS wvoid CopyImage u8 VideoInStart u8 Video0utStart int field 7 int X ITU ACTIVE DATA PER LINE fall Source Files int Y PAL_ILAF1_END PAL_ILAF1_START 1 E dummy c int X2 PAL DATA PER LINE 3 Linker Files int x y E VideolnEdgeDetection_BF561_ int ul y0 v0 yl b 5 E Header Files a e ee Gi Bi R2 G2 B2 E adi_itu656 h nat a by E SDK ezkitutilties h int xx yy xxl t dist lider 72 Seguir carro sobelh int procura x 50 procura v 35 Limites da nova area de procura 1 E Talkthrough h float phi VideolnEdgeDetection h inb pel gal 9 de int raio x raio y Raio de procura de vermelhos E VideolnEdgeDetection_Syste int xa xb ya yb ral Cored HA CoreB fe
60. eed ee TY PAUSE RECORD Ilustra o 34 Eixos x y considerados na imagem 3 2 Algoritmos de Processamento de Imagem 3 2 1 Seguimento de Linhas Ap s a pesquisa dos conte dos fornecidos pelo software da placa de processamento optou se por utilizar o exemplo de v deo chamado VideoInEdgeDetection Este exemplo aplica o algoritmo Sobel em tempo real imagem de entrada produzindo sa da uma imagem a preto e branco onde o pixel com a cor branca significa uma mudan a brusca de intensidade de cor produzida pelas fronteiras ou intersec es entre objectos com diferentes intensidades de cor O Algoritmo Sobel baseia se em convoluir a imagem original com duas matrizes horizontal e verticalmente produzindo duas novas imagens que ap s se calcular a raiz quadrada da soma dos quadrados das mesmas se obt m a imagem final para detec o de fronteiras A esta imagem ao se aplicar um threshold que define o valor m ximo da intensidade dos pix is que se considera como pontos de contorno Ilustra o 35 obt m se como resultado uma imagem a preto e branco de onde se salientam a branco as fronteiras dos objectos da imagem original como se pode visualizar nas Ilustra es 36 e 37 7 4 20 2 n I dx 0 E a a lay Jy Edges Image I Threshold a o 060 OPTA Ilustra o 35 Esquematico do Algoritmo Sobel 39 llustragao 36 Imagem original llustragao 37 Imagem resultante
61. eiros de forma a que na aproxima o s curvas se reduza a velocidade de modo a permitir o seguimento correcto da linha sem erros Os controladores dos motores dianteiros e traseiro encontram se descritos com maior detalhe em 5 De seguida ilustra se um diagrama de blocos com a descri o da ordem dos processos do algoritmo de Seguimento de Linhas onde se visualiza os dois ciclos de trabalho independentes referentes a cada core do DSP Imagem Captada da C mara Leitura de um bloco da imagem Aplica o do Algoritmo Sobel Aplica o do Algoritmo de Hough C lculo dos dutycycles dos motores Envio do ngulo da recta Reprodu o dos sinais de Pesquisa das rectas mais a seguir para os controladores controlo dos motores acentuadas da imagem dos motores com respectivos dutycycles r a C lculo dos par metros m e b das rectas Envio dos sinais para os motores Intersectar as rectas com circunfer ncias C lculo do ngulo das rectas em rela o ao eixo vertical Escolha da recta a seguir Ilustra o 53 Esquematico da organiza o dos algoritmos implementados em cada core 55 3 4 3 Seguimento ATRV Jr LA Como explicado no Subcap tulo 3 2 2 o seguimento do robot ATRV Jr efectuado atrav s do seguimento dos pix is vermelhos da imagem Da imagem resultante da aplica o dos algoritmos referidos no Subapitulo 3 2 2 optou se por colorir toda a imagem em tom de cinzento Y 128
62. erros RAG Pol tao oe CORRECTED POSMTIOM Ilustra o 27 Esquema do Sistema de GPS Diferencial No mercado actual est o dispon veis n o s sistemas de GPS port teis ou fixos para c lculo da localiza o mas tamb m sistemas de GPS com diversas funcionalidades acopladas como por exemplo a possibilidade de se obterem rumos calcular desvios marcar pontos tra ar rotas entre outras Estes sistemas podem ainda ser interligados e combinados com outros aparelhos de medi o como sondas pilotos autom ticos radares etc facilitando e tornando mais eficazes e r pidas m ltiplas fun es do quotidiano 32 Futuramente a Europa ira lan ar um sistema semelhante ao GPS denominado GALILEO que se encontra em fase de implementa o Pretende se que este sistema seja controlado pela sociedade civil de modo a n o estar dependente de interesses pol ticos ou de objectivos militares Este sistema ser composto por 27 sat lites operacionais e mais 3 de reserva em orbita a 23616km de altitude Uma inova o do sistema fase ao existente a possibilidade de emiss o de resposta a sinais como por exemplo pedidos de socorro podendo assim informar os n ufragos que o seu pedido de socorro foi captado O in cio de funcionamento do sistema GALILEO ainda est por definir devido a complexidades no seu desenvolvimento 2 9 2 Sistema GPS preparado O sistema GPS preparado para ser implementado no dirig vel um sistema adquir
63. et i or x 0 lt X x cada pixeis BA smi2 for x 0 x lt X x 4 cada 2 5 Q pe foriy 0 y lt Y y 7 y linhasx Source Files auxiliar ut y X2 gt ul VideoInStart auxiliar yO VideoInStart auxiliar 1 vO VideoInStart auxiliar 2 7 Crominancia Vermelha yl VideoInStart auxiliar 3 adi_adv7179 c adi_adv7183 c E adi_itu656 c SDK ezkitutilities c B sobel_fast asm B VideolnE dgeDetection_BF561_ i Normal Address 0x60DE18 UYYY 0x80 0x10 0x80 0x10 col 782 rc E VideolnEdgeDetection_Buffer if x gt inicio_x 2 amp x lt fim_x 2 amp y gt inicio y amp y lt fim_y 2 t lt gt E VideolnEdgeDetection_Callbac if y0 gt 40 amp y0 lt 120 amp u0 gt 80 amp u0 lt 120 amp vO gt 160 amp v0 lt 255 can VideolnEdgeDetection_Syste if y0 gt 80 amp yO lt 130 amp u0 gt 100 amp u0 lt 130 amp vO gt 160 amp vO lt 255 77c Device O a Expressions Unsigned Integer E E Readme VideolnE dgeDetection_B amp vO gt VHIN amp vO lt VMAX amp yO gt YMIN amp yO lt YMAX amp uO gt UMIN amp uD lt U kada a x py CoreB Era i f Name Value A entro da imagem propriamente dita em pixeis gt 36 erro x 110 0 Source Files C lculo do angulo entre o carro e para onde o dirigi E Initialize c Subtrair O carro ao centro da imagem erro_ 82 0 B ISR c Xxl int 8 2 por se saltar de 2 em 2 pixeis por c Controlo 3 0 837076
64. eu processamento e decis o da traject ria a seguir produzindo e enviando sinais de controlo para os motores do dirig vel adquiriu se uma placa de processamento conhecida como DSP especializada em processamento de imagem pois fundamental a rapidez de processamento das imagens captadas pela c mara de forma a ser o mais pr ximo do tempo real o tempo entre a capta o de imagem e a transmiss o dos comandos para os motores Assim foi escolhido o m dulo ADSP BF561 Blackfin do fabricante Analog Devices Inc Esta placa composta por um chip composto por dois poderosos e eficientes microprocessadores de baixo consumo permitindo repartir as tarefas a executar simultaneamente por ambos os cores Optou se por desenvolver a tarefa de aquisi o de imagem e seu processamento no core A enquanto o core B respons vel pela modula o do sinal de controlo enviado para os motores 2 1 4 4 4 z pg eeeuene eeeceaes Ilustra o 21 Imagem do DSP Caracteristicas do ADSP BF561 Max Clock 600 MHz Numero de processadores Cores 2 64k words de L1 SRAM por core 128k words de L2 SRAM 3 Conectores de expansao Memory Interface Peripheral Interface e Host Port Interface Alimenta o de 7 2V Programa o por liga o USB Para a programa o da placa de processamento foi utilizado o ambiente de desenvolvimento IDE fornecido pela Analogic Devices com o nome VisualDSP na vers o 4 5 Foi necess rio c
65. fi INSTITUTO SUPERIOR T CNICO PASSAROLA Dirig vel Aut nomo para Opera es de Salvamento Parte Electr nica David Lopes Jer nimo Disserta o para a obten o de grau de mestre em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Juri Presidente Jose Antonio Beltran Gerald Orientador Prof Francisco Alegria Co Orientador Prof Pedro Lima Vogais Gongalo Nuno Gomes Tavares Outubro 2008 Agradecimentos Quero agradecer aos Professores Francisco Alegria e Pedro Lima pela orienta o e disponibilidade que me proporcionaram no desenvolvimento deste meu trabalho disserta o de mestrado bem como ao meu colega Ricardo Alc cer com quem desenvolvi o trabalho complementarmente mas individualmente em mbitos distintos o meu trabalho na componente de electr nica e o trabalho do meu colega na componente de rob tica Alem do Ricardo tamb m os colegas Cristina e Manuel foram muito importantes na constitui o de um grupo de trabalho muito dedicado e solid rio ao longo dos cinco anos do curso que nos proporcionou um excelente trabalho de equipa na nossa forma o profissional como engenheiros e a matura o das nossas personalidades num curso que escolhemos e para o qual est vamos bem vocacionados e que realiz mos com grande entusiasmo Tamb m a todos os Professores e colegas agrade o porque a sua ajuda me proporcionou o est mulo que necessitava para levar a cabo este meu trabalho Resumo O projecto PASSA
66. iale eta lia sth ban Dash Tuas as bina tacks Densa io achileslacth Den aa Dota Sica Sat 13 2 1 Descri o e Arquitectura do DIrigivel ccccccsscccsececseeceeeeeececseeeeeesseeeeeeesseeeeeeessaeenseeseaeeneeeseesenes 13 2 2 mal V2 6 615 ss na te aren a Ri Ra DD ane oer eer Cece CS a 16 2 3 OCI ONE os ses RR RR RAE aia eh OR DR ORA RO DR RR AS RR RAD ase lb DR 17 2 4 camard dE O JOSE REP oe eri Reet A RD RREO E BRR IS PR DESDE E REF RDNS PE PIE O eee 18 2 5 MOLOG S an dad aa AE E e aa Ee a DEA 20 2 6 Be ght ke Feo 0 Suen a TD a OR ta N E 24 2 7 BAGAS aea a E E RR OS SR SE RR PRE RR 25 2 8 Facade processam nto DOP rain prada ads sda aaa NS a acata a ca 26 2 9 Posicionamento por GPRS esses daga Jase idade pra a a a ae E a E Ea 29 294 Descri o dO GPS usas sons to fsguas a as docacbasdeosde dadeesa nanda nido padosanDadess dare sa aE piadas 29 29 2 Atema GR preparado isca ced cos cano o pads sn aba a Sa SR Doro o a or ata 33 Se SORT ARE DO DIRIGIVE Espanca donde eaa oe pai CESPE 37 3 1 Arquiicetura do SOWIE na sia ate aaa te ett tlre aaa Do lira aaa co abit 37 3 2 Algoritmos de Processamento de IMaQeM ccccscccsececeeeeeececseeenseeceueesseeeeueesseeeeeeesseseneeeseaseneeees 39 321 o equimento de LiNhAS sassen adaga do acena dd add ea di o detendo dd do pe da 39 3 22 Seguimento do Robot ATRV dr eos cetera Sell a Diga aids Seal e a heel eee 43 3 3 Gera o do Sinal de Audio para Controlo dos Motores 46 3 4 Programac
67. ido empresa NovAtel e composto por uma antena de recep o de sinal e um m dulo de tratamento e processamento do sinal recebido O modelo da antena GPS 701 Ilustra o 28 desenhado para operar com a frequ ncia GPS L1 1575 42MHz e o modulo de recep o GPS o modelo FlexPak G2L 3151W OEM4 Family Ilustra o 29 A interliga o entre os dois m dulos feita atrav s de um cabo coaxial com adaptadores para conectores TNC Ilustra o 28 Antena de recep o GPS Ilustra o 29 M dulo de recep o GPS Como primeira fase do desenvolvimento do sistema GPS para o dirig vel foi necess rio compreender o funcionamento do presente GPS Para tal experimentou se o sistema com recurso ao interface gr fico GPSolution 4 fornecido pela NovAtel para teste das diversas fun es logs e comandos do aparelho de modo a concluir qual seria o log e qual o seu formato de sa da ASCII Abreviated ASCII ou Bin rio que melhor se adaptaria ao projecto Pretendendo se que o programa adquira informa es sobre a localiza o do receptor em metros onde por agora apenas interessam as duas coordenadas X Y e considerando a aproxima o da superf cie do globo no ponto a um plano optou se pelo pedido do log LOG COM1 BESTUTMA ONTIME 2 ao receptor e que devolve as suas coordenadas actuais no sistema UTM em metros Resumidamente este log pede que o receptor envie para a sua porta 33 COM1 a BESTUTM conseguid
68. ig vel e o pr prio vector de 53 direc o que indica qual o erro de ngulo do dirig vel em rela o a vertical com o qual efectuado o controlo de rota o do mesmo de forma a minimizar esse erro Ilustra o 51 Imagem recebida do simulador Ilustra o 52 Imagem p s processada com o vector de indica o de direc o Para que o projecto final corresse em tempo o mais aproximado do real obrigou a algumas optimiza es de c lculos durante o seu desenvolvimento Um exemplo dessa optimiza o encontra se no algoritmo Sobel onde todo o seu c lculo efectuado numa linguagem de baixo n vel neste caso utilizou se a linguagem Assembly oferecendo grande rapidez nos c lculos efectuados em cada pixel Outra optimiza o elaborada constituiu a cria o de uma tabela de valores de seno e outra de coseno permitindo assim optimizar o seu c lculo Esta decis o deveu se ao facto de a placa de processamento n o conseguir efectuar estes c lculos em tempo real quando s o necess rios em largo n mero Assim permitiu se a utiliza o destes c lculos em larga escala sem prejudicar o desempenho do algoritmo As tabelas s o compostas por 100 valores correspondentes aos ngulos de 0 a 27 o que para a sua utiliza o no algoritmo de Hough onde o resultado final est escalado em 100 unidades para os ngulos comprovou se ser um valor satisfat rio pois n o se obt m erros de aproxima o dos resultados relevante
69. igem pr estabelecida da imagem e a recta que intersecta o ponto em estudo a recta da dist ncia cruza a recta em estudo com um ngulo de 90 graus O ngulo representa o ngulo do segmento de recta da dist ncia mais curta ao eixo horizontal que passa na origem da imagem As Ilustra es 39 e 40 demonstram um pequeno exemplo do funcionamento do algoritmo Este algoritmo baseia se na equa o d x cos 0 y sin6 que descreve cada recta que intersecta o ponto x y onde d e O correspondem a dist ncia e ao ngulo respectivamente acima mencionados Assim ao efectuar este algoritmo em todos os pontos da imagem que se considerou como sendo pontos fronteira e sobrepondo os gr ficos resultantes obt m se um gr fico de dist ncia vs ngulo onde os pontos mais acentuados correspondem as caracter sticas das rectas existentes na imagem como se pode visualizar no exemplo da Ilustra o 41 Ilustra o 39 Exemplo de 3 pontos de uma recta e 6 poss veis Ilustra o 40 Gr fico dist ncia vs rectas que os intersectam ngulo resultante dos 3 pontos 41 gt Analog Devices VisualDSP Target ADSP BF561 EZ KIT Lite via Debug Agent Project Passarola_dsp Device 0 9 VideolnEdgeDetection_Buffers c DSO sg CERE ART a EDAGE anay 5x y a E t Passarola_dsp Debug v aS Ne 4 M M By am P A ds E w E u8 N SOBEL COLUMN SIZE S BEL O a by Project Group teste grupo 3 int n n 1 3
70. incroniza e actualiza os par metros de captura e envio de v deo do DSP permitindo reajustar o formato de imagem e recupera o de erros referentes manipula o de imagem e Push Buttons 4 SW9 Termina o programa que se encontra a correr no DSP Para debug do c digo elaborado utilizou se a sa da de v deo colorindo os pix is de acordo com a inten o pretendida e a fun o printf Expressions Image Viewer existentes no programa VisualDSP que possibilitam a verifica o dos valores das vari veis do c digo No caso de se utilizar a fun o printf esta apresenta os valores das vari veis respectivas durante a execu o do c digo mas proporcionando um atraso durante o correr do mesmo 47 A fungao Expressions encontra se no menu View gt Debug Windows e possibilita a leitura do valor de qualquer variavel do codigo apos se fazer Halt de ambos os processadores facilitando a procura de eventuais erros Por ultimo a fun o Image Viewer possibilita verificar qual a imagem que se encontra numa das variaveis de memoria do DSP apos o Halt dos processadores Depois do c digo de comando dos motores ter sido testado directamente ligado aos motores verificou se existirem interfer ncias nos sinais enviados para os mesmos Estas interfer ncias s o vis veis atrav s da visualiza o dos seus comportamentos irregulares durante os testes Um dos comportamentos que demonstrou a exist ncia de interfer ncias foi o facto
71. ios para alcan ar os fins pretendidos 10 Como ponto de partida para este projecto realizou se uma pesquisa sobre documentos existentes que se relacionassem de alguma forma com o nosso projecto com o intuito de encontrar conhecimentos e estudos relevantes de fim de se consolidarem os conhecimentos sobre o projecto os dirigiveis em geral e o PASSAROLA em particular Descobriu se em 1 que a cinem tica e din mica do PASSAROLA j tinha sido resolvida bem como algum estudo e simula o sobre controlo de seguimento de ve culos terrestres assumidos como lideres Robot ATRV Jr Contactado o autor de 1 conseguiu se o acesso ao simulador em MatLab para o dirig vel escolhendo se este simulador como base de desenvolvimento de trabalho futuro na rea do controlador dos motores Verificou se tamb m em 2 que foi realizado algum estudo sobre o PASSAROLA nomeadamente problemas de controlo devido ao posicionamento dos motores e sua pot ncia estudo sobre a desloca o ptica em imagens retiradas a partir do dirigivel e controlo de navega o onde foram desenvolvidas fun es em linguagem C e sua aplica o directa no dirig vel utilizando processamento por computador e comunica o com o robot atrav s de um comando de RF Embora neste caso o controlo j desenvolvido para o PASSAROLA n o seja muito til para o desenvolvimento do projecto uma vez que se pretende construir um controlador mais geral a funcionar num DSP acoplado ao
72. ir um ngulo ptico alargado grande angular Esta ultima especifica o deriva principalmente do facto do local de testes ser no interior de um pavilh o gimnodesportivo o que implica testes em voo de baixa altitude A baixa altitude combinada com uma c mara de ngulo ptico pequeno dificultaria o seguimento de um objecto por parte do dirig vel pois pequenos movimentos do objecto em terra traduzem se em grandes desloca es na imagem recebida pela c mara 18 Atrav s da visualiza o das Ilustra es 13 e 14 pode se verificar a diferen a entre duas c maras com diferentes ngulos pticos e diferentes sensibilidades ilumina o Ilustra o 13 Imagem da c mara 1 Ilustra o 14 Imagem da c mara 2 Como se pode verificar a imagem da c mara 1 possui um ngulo ptico menor que a grande angular da c mara 2 82 o que se traduz na abertura da imagem recebida Em contrapartida a c mara 2 distorce ligeiramente a imagem ao longo das suas margens Tamb m se visualiza facilmente a diferen a de sensibilidade luz entre as c maras traduzindo se numa imagem mais escura para a c mara com maior sensibilidade luz c mara 1 10 Lux e analogamente uma imagem mais clara para a c mara com menor sensibilidade luz c mara 2 0 01 Lux A baixa sensibilidade luz permite trabalhar em ambientes mais escuros sem que a imagem escure a em demasia dificultando a distin o das cores e prejudicando a
73. jective of the work has concentrated on the design development and implementation of the electronic system which gives the Blimp complete automation following lines marked on the ground or controlled by a land based robot the ATRV Robot Junior in a real environment situation For this a realistic simulator was assembled that allows the testing of all the algorithms installed in the Blimp so they can be visualized and their behaviour consequently calibrated to minimize adjustments between the laboratory experiments and the real environment In this way a DSP Processing Board was coupled to the existing Blimp to receive images sent by an on board camera and to calculate all the control required to command the motors during the mission Key words PASSAROLA Blimp Controllers PWM DSP Image Processing Line and ATRV Jr Following VisualDSP UsarSim Indice RESUMO ee hase hate la e ease Medina Mae E eee eae oo 1 PAO SUC PODER RE DRE E DR CEM E SEEN RE PR EEN EEN ERR E EE REPETE pace sees a ERES PERSA tges ecu aee Sa ceases E sear 2 E EEE EEE EEEIEE donas ds aid EE ETE aa di AEE pac da dor Ao add ETAT AE TAATA ET 3 fate love we leg Cit rs 610 e ne men Rete Ne ee ere ee ne ee re Rr Se ne ere ee ne ne eee ee eer are err ee 5 indice de Tabela Ses nr ota cr tT EO OREO are en en ERS OE CEE ORE TEE Oe do 7 INTRODU O crete sats ch elses a halite Selah Slade Teoh Sete a Se eh eh ea ca 9 2 HARDWARE DO DIRIGIMEIE ts petista Soc
74. k 1 SobslCount Yi LJ Et VidCa TER prinlo s E Ed FFAO3EEC I0 L 0x4e84 v File Edt Options Capture Help o a Status A Groups Console Bula ls i Halted Line 876 Col 14 VBScript NUM Ready Ilustra o 41 Resultado do Algoritmo de Hough a direita de uma imagem simples a esquerda Como para o seguimento de linhas com o dirig vel ben fico conhecer se a dist ncia das rectas da imagem em rela o ao centro da mesma de forma a calcular se o erro de direc o do dirigivel da forma mais simples alterou se o algoritmo de Hough j implementado no que diz respeito desloca o da origem da imagem para o centro da mesma e o c lculo do ngulo da recta da distancia mais curta at 2 PI Ilustra o 42 gt Analog Devices VisualDSP Target ADSP BF561 EZ KIT Lite vio Debug Agent Project Passarola_dsp Device 0 0 VideoInEdeeDetection Buffers c Bo Of s y Motas n smaga we mY qx a Es pa Passarola dsp Debug ii Ba O fH Sf Om B uss Do E E mae CS WE DAR LJ ya Io A paiia BE CR a FFALI4AC 10 1 Oxde84 Ee Pick FFA114B0 I0 H 0xff80 EE Sew ALI 10 Ott FFA114B6 CC RO 0 v ice tha Image Viewer x RA a 888 Angulo ancia Dist is 5 Project C Zoom 4 1 Stabe Halted PD P Devic Osb Halted Console Buid lt gt Status Groups
75. l com recurso a um ADC Analog to Digital Converter para posterior tratamento pelo DSP e seguidamente a reposi o do sinal de sa da em sinal anal gico com o auxilio de um DAC Digital to Analog Converter Nestes processadores a arquitectura especialmente desenhada para que a realiza o de tais opera es seja efectuada com a maior rapidez poss vel processando centenas de milh es de amostras por segundo de forma a reflectir o mais pr ximo poss vel um desempenho tempo real isto a capacidade de amostrar na sa da um sinal live processado no mesmo instante em que foi amostrado O recurso s t cnicas do DSP permite que hoje em dia se realizem praticamente todo o tipo de tratamento de sinais de forma digital superando as t cnicas anal gicas anteriormente usadas A utiliza o destes processadores encontra se disseminada nas diversas areas de investiga o e consumo existindo DSP s de alta performance digitaliza o de imagens de baixo consumo de energia produtos port teis e controlo digital optimizado controlo de motores el ctricos Cada empresa que projecta DSP s cria um ambiente de desenvolvimento IDE pr prio para a sua gama de chips incorporados nas placas faciltando a manipula o e programa o do microprocessador Como para o controlo aut nomo do dirig vel atrav s de uma c mara era necess rio incorporar uma placa de processamento onboard que se responsabilizasse pela aquisi o de imagem s
76. magn ticos do rotor estes submetem no a for as de atrac o e repuls o com o estator produzindo o seu movimento girat rio que poder ser invertido atrav s da invers o da polaridade da tens o el ctrica aplicada permitindo assim a invers o de marcha no movimento do dirig vel Os motores utilizados no dirigivel s o e Dianteiros 2 o Marca Graupner o Modelo Speed 400 o Tens o 7 2 Volt o Peso 73 gramas e Traseiro 1 o Marca Multiplex o Modelo Permax 480 o Tens o 7 2 Volt o Peso 92 gramas e Rota o da barra 1 o Tens o 5 Volt o Inclui encoder para medi o Aos motores dianteiros encontra se acoplado um desmultiplicador gearbox com uma propor o de 1 4 1 O motor traseiro est ligado directamente h lice Como se pode verificar atrav s da visualiza o das ilustra es acima as h lices utilizadas s o de duas p s sendo as dianteiras com a caracter stica de 279x120mm e a traseira de 180x80mm O primeiro valor corresponde dimens o do di metro das h lices e o segundo o factor de propuls o que corresponde ao valor que em cada revolu o da h lice esta avan a no sentido perpendicular sua revolu o sem escorregamento Os motores foram testados de forma a confirmar o seu bom funcionamento com o aux lio de um gerador de fun es da Tektronix modelo AFG 3022 capaz de reproduzir ondas PWM com as caracter sticas desejadas 21
77. nsmiss o entre os sat lites e o receptor de sinal correspondente a obst culos presentes no caminho neste caso os edif cios da Avenida de Roma que estreitaram a banda de vis o impossibilitando a recep o de dados de quatro sat lites Em cima esquerda pode se visualizar o efeito de uma reflex o causada por um obst culo Centre LAT 38 75297443 LONG 915585716 Units Meters Ilustra o 30 Mapeamento do GPS num trajecto De modo a tornar o sistema aut nomo foi necess rio encontrar uma solu o para a alimenta o dos componentes optando se por uma pequena bateria de 12 Volts Assim o m dulo de recep o de sinal alimentado pela bateria sendo a antena alimentada atrav s do m dulo pelo cabo de transmiss o de dados Ilustra o 31 34 Ilustra o 31 Esquematico de alimenta o dos dois componentes do sistema GPS M todo de funcionamento De forma a se acoplar o DSP e o GPS em estreita liga o projectou se um sistema electr nico simples de orienta o e localiza o resolvendo a problem tica dos protocolos de comunica o avaliando simultaneamente as capacidades do DSP Assim projectou se um algoritmo no DSP que pedisse informa es ao GPS atrav s de sequ ncias espec ficas de c digo como por exemplo LOG COM1 BESTUTMA ONTIME 2 ao qual responde automaticamente a sequencia de c digo para o DSP HBESTUTMA COM1 0 78 5 FINESTEERING 1382 302312 000 00000000 ef8c
78. o i o 40 Ilustra o 39 Exemplo de 3 pontos de uma recta e 6 poss veis rectas que os intersectam 41 Ilustra o 40 Gr fico dist ncia vs ngulo resultante dos 3 pontos erre eree rea anraanoa 41 5 Ilustra o 41 Resultado do Algoritmo de Hough a direita de uma imagem simples a esquerda 42 Ilustra o 42 Resultado do Algoritmo de Hough de uma IMAGE ccceccceecceeeceecseeeaeeeeeeseeeseeeseeeneeeseeeaeeees 42 Ilustra o 43 esquerda encontra se uma imagem unicamente composta pela componente V da magen OA GC aan SR a a DS riper do nen di and nda 44 Ilustra o 44 Output do programa MatLab Em cima imagem original esquerda imagem original sem os pix is considerados vermelhos pelos thresholds direita imagem dos pix is considerados vermels Jerar c alate Dela tA eet Cadu do Coal cada Dam oe Salo tench deel EErEE 45 Ilustra o 45 Organiza o dos pix is NO formato UYVY cccccccecceneeeceeeeeeeeeeeeeseeeeaeeeseeeesaeesseeeeeeesaeeeseeesaaes 45 Ilustra o 46 Quatro per odos dos sinais de controlo enviados para os motores 48 Ilustra o 47 Exemplo do m todo de varrimento entrela ado erre era reeareenneda 49 Ilustra o 48 Exemplo de uma imagem em movimento aerea aerea area aa een naa ara nanaanoa 49 Ilustra o 49 Imagem do Vis
79. o ATRVsr 3 3 aTRVIr Passarola Passarola 70 80 90 100 110 120 130 0 20 40 60 80 100 120 x m Tempo s Posi o Y versus Tempo Orienta o versus Tempo Yaw rad 0 20 40 60 80 100 120 Tempo s Ilustra o 72 Traject ria de invers o de marcha realizada com V 0 58m s e uma altitude de 6m 1 Experiencia 3 O percurso da Experiencia 3 um circuito fechado com o comprimento de 700m efectuado a uma velocidade de 0 8m s Mais uma vez os robots partem da posi o de repouso sem velocidade inicial e no instante t Os A dura o da experiencia de 900 segundos A Ilustra o 73 confirma a funcionalidade e resposta dos algoritmos implementados face a um percurso t pico e poss vel do robot ATRV Jr Linha Passarola 1 1 1 e qr ee qe TT 2 ee ee ee ees ee eee eee ee eS ee eee ee Posi o 3D Linha Passarola y m 0 o x m 20 40 60 80 100 120 140 160 180 x m Posi o Y versus Tempo E E 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Tempo s Tempo s Orienta o versus Tempo Processamento de imagem em t 271s gt ATRYJr Passarola Yaw rad 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Tempo s Ilustra o 73 Traject ria fechada realizada com V 0 78m s e a uma altitude de 6m 18 Experiencia 4 Esta experi ncia foi efectuada utilizando o algoritmo de
80. o e picos de tens o testou se previamente todo o conjunto com a sa da do DSP ligada a um oscilosc pio de forma a confirmar o perfeito desempenho do DSP comparando os sinais por ele emitidos com os sinais enviados directamente do receptor RF do dirig vel para os controladores dos motores Como foi referido no Subcap tulo 2 6 os controladores recebem entrada sinais PWM Desta forma foi necess rio implementar um algoritmo que produza um sinal PWM e que ofere a facilmente a altera o do dutycycle do sinal Assim elaborou se um ciclo while com parti o por mil correspondente a um per odo do sinal onde o dutycycle pode ser definido com um valor entre O e 1000 referente permilagem de tempo que se deseja que o sinal esteja activo Decidiu se representar um per odo pelo valor 1000 derivado do facto dos valores de dutycycle pretendidos para o controlo dos motores serem de pequena ordem Ap s a confirma o do funcionamento do algoritmo elaborado ligou se o DSP directamente aos controladores dos motores e produziu se um sinal PWM com dutycycle constante de forma a enviar um valor de rota o constante para o motor iniciando assim o controlo dos motores atrav s do DSP 46 3 4 Programa o do DSP Optou se por elaborar dois programas distintos para o controlo do dirigivel em virtude dos objectivos de cada serem distintos o que se traduziu na utiliza o de m todos de racioc nio diferentes O primeiro programa de
81. og to Digital Converter Liga o TCP IP 2 pc com USARSIM 2 E USARSIM Sa da de Video PLACA DE VIDEO PC DE TRABALHO Carregar e iniciar rograma prog gt lt Leitura da mem ria do DSP debug Visual DSP Programa o do DSP Entrada de Video Presto PVR PLACA DE VIDEO Sa da de Video efeito de debug m Sinal PWM digital Sinal PWM anal gico controlo da velocidade controlo dos motores do robot no simulador Entrada de video simula o da c mara Liga o ao sistema real opcional Ilustra o 61 Esquem tico das liga es do ambiente de simula o Este esquema de montagem permite a possibilidade de ligar a sa da dos comandos do DSP aos motores do dirigivel real permitindo visualizar os movimentos reais dos motores em simult neo com os movimentos simulados Come ando pela placa de processamento DSP esta encontra se ligada com um cabo USB ao computador de trabalho de forma a possibilitar o carregamento do programa elaborado e a execu o de debug das vari veis de mem ria utilizando o programa VisualDSP referido no Subcap tulo 3 4 1 O DSP tamb m se encontra ligado ao mesmo computador mas a uma placa de v deo atrav s de um cabo de v deo composto de forma a permitir a visualiza o do output de v deo do DSP utilizando um programa para a visualiza o do mesmo no computador Presto PVR Esta liga o encontra
82. onamento Prosseguindo se para a fase de processamento das trajectorias a seguir por parte do dirigivel 62 4 SISTEMA DE ENSAIO DIRIG VEL 4 1 Constitui o Para a prepara o de todo o sistema de forma a ser ensaiado foi necess rio preparar dois computadores para efectuarem tarefas distintas O Computador de Trabalho o computador onde se efectua todo o processo de programa o dos algoritmos utilizados para constituir todo o sistema Para tal foi necess rio instalar uma placa de TV e um programa de capta o de imagem que permite a aquisi o da imagem proveniente do DSP possibilitando efectuar facilmente testes e debug aos algoritmos elaborados Foi instalada tamb m a placa de processamento adquirida Subcap tulo 2 8 bem como o respectivo software de programa o VisualDSP que se encontra descrito na Subcap tulo 3 4 1 Depois foi instalada a placa de aquisi o de sinais Subcap tulo 4 3 e um programa de tratamento dos sinais recebidos programa LabView descrito na Subcap tulo 4 4 O segundo computador utilizado o Computador de Simula o i e o computador respons vel por correr unicamente o simulador UsarSim Subcapitulo 4 2 utilizado para testar todo o c digo implementado no DSP antes de se transitar para o dirigivel real Este simulador encontra se instalado num computador parte devido necessidade de elevado processamento de forma a conseguirmos uma simula o em tempo real Tendo
83. onfigurar os switches do DSP de acordo com o manual de instru es do programa VideoInEdgeDetection de forma a preparar a placa para a aquisi o de imagem configurar o modo de boot activar os push buttons e o clock interno encontrar se nas seguintes posi es SW2 SW3 SW4 SW5 1 OFF 2 OFF 1 OFF 2 ON 1 ON 2 ON 1 OFF 2 ON 3 OFF 4 OFF 5 OFF 6 ON 3 ON 4 OFF 3 ON 4 ON 5 OFF 6 OFF 3 ON 4 ON Desta forma os switches devem O DSP adauirido para o projecto tem como portas de entrada e saida conectores RCA de audio est reo e de video composto para as liga es de udio e v deo a placa respectivamente O modo de liga o dos conectores aos componentes do dirig vel encontra se descrito detalhadamente no Cap tulo 4 28 Na Ilustra o 22 encontra se assinalado a localiza o na placa DSP dos conectores de liga o de audio video USB e alimenta o da placa os push buttons switches e LED s Em 6 encontra se o manual do DSP com as especifica es do DSP em maior pormenor Audio Im 4 Audo lt t ideo E ds Tae aton ar Tigi Mate Bate ES Pusipetition habla Ezg wA E Sra po Bloc Salact ey B LES Q LEVS PS SVA g Eya Ilustra o 22 Esquematico da localiza o dos conectores LED s e switches 2 9 Posicionamento por GPS 2 9 1 Descri o do GPS 7 Global Positioning System normalmente denominado por GPS um sistema de localiza o indispens vel para
84. or 24 sat lites est organizada em seis planos orbitais constitu dos por quatro sat lites cada igualmente espa ados de 60 e inclinados cerca de 55 relativamente ao plano equatorial Ilustra o 23 a uma altitude de 20200 km de forma a assegurar que em cada ponto da Terra s o vis veis entre 5 e 8 sat lites n mero suficiente para calcular a localiza o do receptor com efic cia Ilustra o 23 Distribui o das orbitas e sat lites pela Terra O segmento de controlo Control Segment formada por um sistema de esta es terrestres de rastreio dispersas pelo mundo ao longo da Zona Equatorial respons veis pela monitoriza o das orbitas sincroniza o dos rel gios atomicos de bordo e actualiza o dos dados de almanaque transmitidos pelos sat lites Por fim o segmento do utilizador GPS User Segment que inclui os receptores de r dio que captam os sinais emitidos pelos sat lites com uma unidade de processamento capaz de descodificar em tempo real a informa o recebida e os utilizadores do sistema Um receptor GPS GPSR GPS Receiver descodifica as transmiss es do sinal de c digo e fase de m ltiplos sat lites e calcula a sua posi o com base na intercep o das pseudo dist ncias entre os sat lites e o receptor num c lculo semelhante a uma triangula o denominada trilatera o Ilustra o 24 Destes c lculos resulta a 30 posi o do utilizador que pode ser lida em diverso
85. ositivo como no negativo pois os motores possuem revers o Ilustra o 15 Os dois motores partilham o mesmo controlador o que obriga a funcionarem em simult neo Estes motores s o retratados ao longo do relat rio como os motores dianteiros do dirig vel Um motor montado transversalmente no estabilizador traseiro inferior respons vel pela rota o em torno do seu centro de massa em torno do eixo Z conferindo assim a orienta o desejada ao dirig vel Ilustra o 16 Este motor ser retratado como o motor traseiro do dirig vel Os eixos considerados no decorrer deste relat rio encontram se explicados no Subcap tulo 3 1 Ilustra o 15 Motores dianteiros e haste de suporte Ilustra o 16 Motor traseiro Estes motores s o alimentados por corrente continua e comandados atrav s de controladores que ir o ser explicados mais pormenorizadamente no Subcap tulo 2 6 e que recebem sinais PWM Pulse Width Modulation ou seja Modula o por Largura de Impulsos Os motores de corrente continua s o motores que recebem a entrada uma tens o vari vel que controla a sua velocidade de rota o Estes motores s o compostos por um estator fixo com campos magn ticos fixos criados por manes permanentes ou electroimanes e um rotor m vel ligado ao eixo de transmiss o de movimento composto por bobinas que quando percorridas por correntes 20 el ctricas geram campos magn ticos Em fun o da polaridade dos campos
86. que corre o simulador para simula o do conjunto e Em cima da bancada vis vel o cockpit dianteiro do dirig vel onde se encontra acoplado a haste de rota o que suporta os motores dianteiros Por detr s deste cockpit encontra se a asa do dirigivel que suporta o motor traseiro Ilustra o 63 Bancada de trabalho em laborat rio De modo a aumentar a portabilidade de todo o sistema aquando da transi o para o real preparou se um Port til de Trabalho com o software de programa o do DSP o VisualDSP e adquiriu se uma placa de TV externa possibilitando a visualiza o da imagem de sa da do DSP que transmitida atrav s de um sistema de transmiss o de r dio frequ ncia O esquem tico das liga es necess rias para o uso do dirigivel em ambiente real encontra se na Ilustra o 64 66 PORTATIL DE TRABALHO Viewal DSP a Programa o da DSP Placa de Te Extensa Presa PYE DIRIG VEL Canapa o ih e ET Erirags de vejen Ladura da rare da OOP tra ej Lic acre he elo bed ores dog ribi Siral FAAA acedicece Phe WCU mogen Saka de vide me de dg Ilustra o 64 Esquematico das liga es do ambiente real Como se pode verificar atrav s do esquema s necess rio um port til de trabalho e o dirig vel real para se testarem os algoritmos implementados no DSP No que diz respeito ao dirig vel este sofreu algumas altera es ao n vel das liga
87. quisa de pix is vermelhos unicamente na zona circundante do ltimo centro de massa calculado optimizando em termos de rapidez a execu o do algoritmo Ilustra o 55 f Orr i OTR TY PALISE rEcoRo Ilustra o 55 Exemplo do c m de um objecto existindo mais que um objecto na imagem Caso a zona procurada seja demasiado pobre em pix is vermelhos devido ao movimento repentino do objecto vermelho a seguir na imagem esta zona alargada de forma linear at ao tamanho da imagem tendo como ponto de paragem um ponto m nimo de pix is vermelhos predefinido como se pode verificar atrav s da visualiza o do exemplo demonstrado na Ilustra o 56 Este valor pode ser alterado de acordo com o objectivo final mas aconselha se caso o dirig vel trabalhe a uma altitude elevada a diminuir o n mero de vermelhos encontrados pois o robot ATRV Jr vis vel pela c mara ser constitu do por poucos pontos vermelhos devido dist ncia entre os dois s f OTF I OTR rw pause faecon Ilustra o 56 Exemplo do aumento da zona de pesquisa de vermelhos 57 Desta forma ap s o programa fazer o primeiro varrimento da imagem e detectar um corpo vermelho este ser seguido sem interfer ncia de outros corpos na imagem excepto no caso de se cruzarem dois corpos de tal modo pr ximos que a zona de procura de pix is vermelhos inclua os dois corpos Caso esta situa o ocorra o algoritmo s alterar o alvo a seguir no caso do n
88. r de referencia do ngulo 7 2 o valor da vari vel actual para se obter o valor de erro do ngulo entre 7 e mz correspondendo ao erro positivo a rota o para a direita do dirig vel o objecto a seguir encontra se direita da recta vertical que passa pelo centro da imagem e ao erro negativo a rota o contr ria o objecto a seguir encontra se do lado esquerdo da imagem pi E E tw Pause Recoaro Ilustra o 57 Eixo e vector do ngulo de erro A vari vel a que se chamou controlo lateral do dirig vel erro_x a componente horizontal do vector de erro entre o centro da imagem e o centro de massa do objecto a ser seguido Este erro enviado para o processador respons vel pelo envio de sinais para os motores atrav s da vari vel partilhada Controlo 0 que utilizada no c lculo do controlador do motor traseiro do dirigivel ficheiro Process data c Os valores retornados por esta vari vel s o positivos quando o dirig vel se encontra esquerda do robot terrestre o que implica um erro lateral no sentido do eixo horizontal positivo direita Analogamente quando o dirig vel se encontra direita do robot a seguir o erro lateral encontra se sobre o eixo horizontal negativo esquerda e portanto ter um valor negativo O valor m ximo do erro ser igual ao valor de metade dos pix is horizontais da imagem 360 para o caso do valor ser negativo e 360 para o caso contr rio sendo o valor de refer nci
89. rdenadas da imagem e respectivos vectores de erro em xe y Como foi referido foram introduzidos cinco gr ficos das diversas vari veis de controlo em fun o do tempo na imagem de output Ilustra o 59 os quais s o actualizados em tempo real Estes gr ficos d o nos um feedback do comportamento do dirig vel e do seu desempenho ao longo do tempo permitindo assim confirmar a funcionalidade dos controladores dos motores na obten o da posi o de refer ncia Os gr ficos inclu dos na imagem de output s o em cima os das vari veis de dutycycle enviadas para os motores o motor traseiro esquerda e os dianteiros direita em baixo os dos valores de erro de posi o no eixo Y e X e de rota o respectivamente 60 fT oF TP I OTA Ty PAUSE RECORD Ilustra o 59 Output do DSP enviado para a base em terra Optou se por manter a ltima instru o enviada para os motores no caso do robot terrestre sair da imagem recebida pela c mara Esta op o deve se ao facto do dirigivel ser mais lento a arrancar que o robot terrestre e no caso de este arrancar com velocidade elevada e sair da imagem o dirig vel ir acelerar ao m ximo com o objectivo de o alcan ar o mais brevemente poss vel Devido din mica do dirig vel ap s o seu corpo se encontrar em movimento este ir conseguir facilmente acompanhar o robot ATRV Jr nos casos em que este se movimente a velocidades elevadas Os controladores dos motores di
90. s Como foi referido no Subcap tulo 3 4 utilizou se a ferramenta Image Viewer do programa VisualDSP para verificar o correcto funcionamento da aquisi o de imagem da imagem p s processada pelo algoritmo Sobel e da imagem p s processada pelo algoritmo de Hough Para a visualiza o das imagens necess rio correr o projecto e posteriormente fazer Halt a ambos os processadores na altura desejada De seguida executa se a aplica o e escolhe se a vari vel de memoria que se pretende visualizar Escolhe se depois o formato em que a mesma se encontra elaborada e o tamanho da imagem pretendida que corresponde ao tamanho do vector da vari vel escolhida No caso de se desejar visualizar a imagem resultante do algoritmo Sobel deve se escolher a vari vel Image In OU Image Out com o formato 8bits e o tamanho da imagem de 122 por 72 pix is 54 Para o caso de se desejar visualizar o gr fico resultante do algoritmo de Hough deve se escolher a vari vel Hough Space O formato 8bits e a dimens o da imagem de 50 pix is verticais Dist ncia por 100 horizontais ngulo Ap s o algoritmo de seguimento de linhas se encontrar em funcionamento com a velocidade do dirig vel no eixo X constante deparou se nos um problema de seguimento da linha nas situa es de curva principalmente nas curvas mais apertadas devido velocidade excessiva do robot Desta forma optou se por elaborar um controlador simples para os motores diant
91. s Vision based control of an autonomous Blimp VideoBlimp Universidade T cnica de Lisboa Instituto Superior T cnico Lisboa Portugal Setembro 2008 IdMind Engenharia de Sistemas Lda Blimp Zepper 40 with bubble shape for extra lift Functional Report Lisboa Portugal Maio 2002 Ricardo Alc cer PASSAROLA Dirig vel Aut nomo para Opera es de Salvamento Parte Rob tica Universidade T cnica de Lisboa Instituto Superior T cnico Lisboa Portugal Setembro 2008 ADSP BF561 EZ KIT Lite Evaluation System Manual Revision 2 0 Analog Devices Norwood USA Janeiro 2005 Joao Alexandre Sergio Almeida Controlo de um Dirigivel Escola Superior Tecnologia Setubal 24 de Outubro de 2003 VisualDSP 4 5 example Read me VideolnEdgeDetection_BF561 Analog Devices VisualDSP 4 5 example Read me Talkthrough TDM C Analog Devices 85 Referencias da Internet Site do Projecto RESCUE do Instituto de Sistemas e Robotica http rescue isr ist utl pt Site da placa DSP da Analog Devices hitp www analog com Site de f rum da placa DSP da Analog Devices htip www blackfin org Site de f rum da placa DSP da Analog Devices htip www dsprelated com Site da placa de aquisi o da National Instruments http www ni com Site de motores da marca Maxon http Avww maxonmotor com Site de electronica da marca Graupner http www graupner de Site de electr nica para aeromodelismo http Avw
92. s o encoder a haste de suporte dos motores dianteiros a c mara de video usada para navegacao o transmissor de video RF e ainda as baterias de alimentacao de todos os componentes electr nicos do ve culo Ilustra es 11 e 12 Permite futuramente a instala o de um GPS para navega o no exterior Ilustra o 11 Electr nica do cockpit dianteiro Ilustra o 12 Electr nica do cockpit traseiro A haste que se encontra ligada ao cockpit dianteiro feita em alum nio garantindo um suporte r gido de forma a poder suportar os dois motores dianteiros 2 4 C mara de V deo Como a placa de processamento utilizada tem como entrada de video uma liga o de v deo composto foi necess rio a aquisi o de uma c mara com o mesmo tipo de sa da Assim come ou se por efectuar um estudo sobre c maras as suas especifica es e caracter sticas de modo a escolher a c mara que melhor se adaptaria s necessidades do projecto Ap s se definirem as especifica es desejadas e devido do facto de esta ser acoplada ao dirig vel procurou se uma c mara que oferecesse a melhor escolha Assim a c mara tem ser leve para minimizar o peso que o dirig vel suporta deve ser resistente para suportar pequenos acidentes que possam ocorrer durante a utiliza o do dirig vel ser de dimens es reduzidas ser pouco sens vel luz pois o local de testes sofre grandes altera es de luminosidade durante o dia e por ltimo possu
93. s pois permite devido sua altitude de trabalho cobrir uma vasta rea com a vantagem de n o ser poluente ruidoso e ser econ mico em termos energ ticos De forma a aumentar a autonomia do dirig vel poss vel incorporar pain is solares de prefer ncia flex veis os quais poder o revestir todo o envelope de forma a gerar energia aumentando o seu tempo de voo Para utiliza o do dirig vel na detec o de focos de calor correspondentes a inc ndios ser necess rio incluir onboard um sensor de calor como por exemplo uma c mara de v deo com detec o por infravermelhos e um m dulo emissor o qual enviar para a base o alerta de inc ndio e a sua localiza o Outra rea de aplica o do dirig vel poder ser em aplica es militares e de seguran a ou para transmiss o de imagem de acontecimentos como por exemplo desportivos desfiles e festivais sendo necess rio apenas incluir uma c mara com maior defini o e com estabilizador de imagem a qual enviar v deo atrav s de um emissor RF 84 Refer ncias Bibliogr ficas 1 2 3 4 9 6 7 8 9 Joao Costal Forma es de robot a reos e terrestres Universidade T cnica de Lisboa Instituto Superior T cnico Lisboa Portugal 1 de Novembro de 2004 Thomas Krause Description of an aerial robot and the position control library Institute of Systems and Robotics ISR Lisboa Portugal 2004 Filipe Metelo Lu s Campo
94. s dos motores encontram se na pasta de Anexos gt Datasheets que se encontra no CD acoplado a esta tese 2 7 Baterias Foi elaborada uma pesquisa sobre as baterias existentes no mercado de forma a se encontrar a solu o que melhor serve o sistema utilizado Foram tidos em conta certos aspectos importantes como e Tens o fornecida Volt e Intensidade de carga miliAmpere hora e Peso gramas e Dimens es mil metros 25 Devido a necessidade de capacidades de energia e tensao elevadas para o funcionamento dos componentes electr nicos optou se por adquirir baterias mais potentes de forma a aumentar o seu tempo de dura o e possibilitando a partilha de uma mesma bateria por mais do que um componente electr nico apesar do inconveniente de estas baterias serem mais pesadas Desta forma foram adquiridas as seguintes baterias e Reedy Black Label 2 Ni MH 7 2V 3700mAh 407g 102x31x20mm 1 e Reedy Black Label 2 Ni MH 7 2V 3300mAh 399g 102x31x20mm 1 e Flight Power EVO 25 Li Po 11 1V 1500mAh 1249 102x31x20mm 2 No cockpit dianteiro efectuaram se as liga es necess rias para que os tr s controladores sejam alimentados atrav s de duas baterias uma para o sistema dos motores dianteiros e outra para o sistema de rota o da haste dos motores dianteiros e para o sistema do motor traseiro Esta altera o foi poss vel gra as elevada capacidade da bateria de 7 2 Volts que adquirimos A esta
95. s formatos como latitude longitude e altitude ou coordenadas X Y Z reportadas num referencial que se encontra no centro da Terra ou em coordenadas UTM Universal Transverse Mercator cujos referenciais cartesianos s o o Equador e o meridiano central de cada zona Ilustra o 25 A partir da varia o da posi o em ordem ao tempo ou da frequ ncia de Doppler poss vel calcular a velocidade Am is Pd Ruage ro Bresser Chock Hine m yh Mrak a TE eat ee q E Se pH ee j paca arte rg a wn Dh EDITE PE SCI Ee EL tat nes foe 08 eo chor oe eo ee pier FORAGE Saas SAE Ree ey fhe Sys ee ch E ao ee ee cue oe i E APAE Ilustra o 24 Esquema das pseudo dist ncias entre receptor e sat lites Eai Geodetic Height of UTM Zone Numbers Point P Pe 1402 03 08 V5 OF 07 08 09 1 14 2 19 1h 15 A 8 Te dA EJB BADA ADO ab dE og d BAC A aE tda Se A dE EN lipsos Ed a urfac PRE E S Point P ENE TMU PRICE ee ete Normal bo Tangent to Ellipae 4 5 T Ellinaoid at Point F LET Semi Major Axis 5 Equator e mt Q DM a E Geodetic A Geodetic Longitude at J Latitude at o Point P Point P 3 Universal Transverse Mercator UTM System Coordenadas Latitude Coordenadas X Y Z Coordenadas UTM Longitude e Altitude Ilustra o 25 Diversos formatos de coordenadas Para uma optimiza o dos c lculos necess rio ter em aten o diversos aspectos Os valores da posi o calculado
96. s obtidos fruto de uma perturba o ambiente durante o decorrer do teste De seguida foi feita uma m dia dos resultados dos testes obtendo se os valores finais descritos atrav s da rela o dutycycle vs velocidade que se encontram nas Tabelas 6 e 7 e nas Ilustra es 69 e 70 os respectivos gr ficos dos resultados Tabela 6 Resultados dos testes de velocidade Tabela 7 Resultados dos testes de rota o Dutycycle Velocidade Dutycycle Velocidade dianteiro em X m s traseiro rota o rad s 71 T Y E O 05 D Ss e 1 a F 5 0 O so 7 ES O S F 65 85 E 05 gt 1 D gt 2 4 1 2 Dutycycle o Dutycycle o Ilustra o 69 Velocidade linear do dirig vel em X Ilustra o 70 Velocidade angular do dirig vel vs vs dutycycle dos motores dianteiros dutycycle do motor traseiro Com o aux lio da ferramenta existente no programa MatLab conhecida como Curve Fitting e as tabelas de resultados obtidos das experi ncias realizadas foi poss vel obter como retorno da ferramenta utilizada as equa es de segunda ordem correspondentes s fun es descritas pelos pontos resultantes De forma a calcular a equa o da fun o desejada do modo mais aproximado poss vel foi feito uma divis o da fun o em tr s outras fun es e a fun o do movimento no sentido hor rio do motor e a fun o do movimento contr rio do motor e a fun o correspondente zona morta
97. s s o naturalmente suscept veis a erros devido a ru dos externos utiliza o da leitura de informa o de sat lites pr ximos uns dos outros a desvios dos dados como por exemplo do rel gio interno dos dados transmitidos da ionosfera ou devido a multi trajectos isto reflex o em obst culos edif cios relevos naturais ou no solo Ilustra o 26 31 Ilustra o 26 Exemplo das reflex es dos sinais transmitidos pelos sat lites Assim para c lculos mais exactos e precisos como trabalhos de cartografia pode se utilizar um GPS com fun o de modo diferencial Diferencial GPS DGPS Um DGPS recebe os sinais dos sat lites e processa os dados cruzados com os sinais enviados por esta es fixas em locais de refer ncia que fornecem correc es e informa es da posi o relativa aos receptores de sinal GPS eliminando erros sistem ticos e desvios optimizando a ordem de precis o do GPS da ordem de um metro Esta solu o s fi vel quando necess ria a m xima precis o e exactid o dos c lculos pois os receptores deste tipo s o dispendiosos e seria necess rio conceber in meras esta es de correc o visto ser necess ria a exist ncia de uma esta o num raio inferior a 100 km com o DGPS para se obter bons resultados Ilustra o 27 Uma outra solu o seria a utiliza o do m ximo n mero de sat lites poss vel para efectuar o c lculo da posi o minimizando assim ao m ximo os
98. samento necess rio para seguir linhas em tempo quase real Denota se um pequeno atraso mas dentro do aceit vel no processamento das frames que cont m um elevado n mero de pix is de rectas dentro dos dois blocos processados situa es que s o pontuais e n o afectam em demasia o decorrer do programa Verificou se tamb m que a solu o escolhida se enquadra dentro das especifica es requeridas pois o facto de o dirig vel se movimentar a uma altitude consider vel faz com que as rectas que se desejam seguir se encontrem dentro da rea desejada Ap s a aplica o do algoritmo Sobel imagem completa aplica se o algoritmo de Hough aos dois blocos definidos para controlo do dirig vel Este algoritmo como explicado no Subcap tulo 3 2 1 retorna as posi es dist ncia ao centro da imagem e ngulo dessa dist ncia das rectas existentes nos dois blocos processados Utilizando o gr fico resultante do algoritmo de Hough efectua se uma pesquisa dos quatro pix is mais pronunciados que correspondem aos quatro picos do gr fico que por sua vez correspondem a quatro poss veis rectas encontradas nos dois blocos da imagem Nesta pesquisa foi tido em conta o facto de uma recta ser representada por uma pequena mancha de pontos com valores elevados no gr fico de Hough o que obrigou a elaborar se um sistema que pesquise todos os pontos vizinhos de cada pixel a fim de se encontrar o ponto m ximo e s esse ser considerado Com o o
99. scrito neste relat rio tem como objectivo comandar o dirig vel a partir do seguimento de linhas brancas existentes no solo O segundo controla o movimento do dirig vel atrav s do seguimento do pequeno robot conhecido como ATRV dr descrito no Cap tulo 1 Neste Cap tulo retratam se os aspectos comuns em ambos os projectos e seguidamente apresentam se nos Subcap tulos 3 4 2 e 3 4 3 as decis es tomadas referentes a cada projecto Foi implementado um timer no core A atrav s da fun o InitTimers para verifica o de tempos de processamento e poss vel utiliza o em c lculos referentes ao controlo dos motores Foram activados os LED s do DSP para poss vel utiliza o de debug o qual s foi utilizado para verifica o do funcionamento dos timers elaborados Os push buttons do DSP encontram se activos e em funcionamento durante o desenrolar do programa Estes push buttons t m as seguintes fun es e Push Buttons 1 SW6 Pausa Retoma o processamento de video Este bot o bloqueia a imagem actual at se voltar a pressionar o bot o Poder servir para verifica o de uma imagem tornando a fixa para facilitar o seu estudo e Push Buttons 2 SW7 Alterna entre o envio do Input directamente para o Output e o processamento entre a recep o de imagem e o envio da mesma para a sa da tornando poss vel verificar o que captado pela c mara do dirig vel para verifica o da imagem recebida e Push Buttons 3 SW8 S
100. sempre que o ultrapassasse por pouco que fosse iria rodar 180 sobre si para tentar reposicionar se no ponto de repouso Esta situa o suceder se ia no caso do dirigivel se encontrar a seguir o robot terrestre em recta e este parasse repentinamente durante o seu trajecto Caso n o se tivesse tomado a decis o de calcular o ngulo com uma pequena dist ncia do ponto de repouso este iria devido sua din mica ultrapassar o ponto pretendido obrigando o a girar sobre si mesmo de forma a minimizar o erro do ngulo Com a solu o implementada o dirig vel ir ultrapassar o ponto pretendido mas s ir rodar sobre si caso tenha ultrapassado em grande dist ncia o ponto Desta forma caso o robot terrestre n o varie de velocidade bruscamente o dirigivel ir abrandar e seguidamente recuar ap s ter passado o ponto at este se encontrar no local desejado O vector de erro do ngulo alfadir calculado atrav s da fun o atan2 retornando valores entre n e x onde o valor de O radianos se encontra coincidente com o eixo horizontal positivo O valor de alfadir guardado na posi o 4 da vari vel partilhada entre os dois processadores Controlo 3 e este posteriormente alterado no ficheiro Process data c onde feita uma convers o dos valores retornados para valores entre 7 2 e 37 2 como representado na 58 Ilustra o 57 de forma a facilitar o envio do sinal de controlo do motor traseiro pois basta subtrair ao valo
101. tamb m instalado o programa LabView descrito no Subcap tulo 4 4 que interliga a placa de aquisi o do Subcap tulo 4 3 com conex o USB ao simulador UsarSim que se encontra instalado no computador de simula o ligado atrav s de uma conex o TCP IP entre os dois computadores Por fim foi tamb m instalado neste computador o programa VisualDSP cuja fun o se encontra descrita no Subcap tulo 3 4 1 e que conecta directamente a placa DSP atrav s de um cabo USB Por ltimo o Computador de Simula o com UsarSim Pentium IV 2 4GHz com 1GHz de RAM placa gr fica ATI de 512MHz de RAM e WinXP recebe como entrada a liga o TCP IP vinda do Computador de Trabalho e como sa da o envio da imagem simulada da c mara do dirig vel para a placa DSP atrav s de uma placa de TV que foi instalada 65 Tal como a designa o do computador indica neste computador que se encontra instalado o simulador utilizado UsarSim que se encontra explicado no Subcap tulo 4 2 Na Ilustra o 63 poss vel visualizar se a montagem em laborat rio do ambiente de trabalho onde da esquerda para a direita se encontram e O Port til de Trabalho para programar o DSP em ambiente de teste real e O Computador desktop de Trabalho utilizado para programar o DSP em ambiente de simula o e O cockpittraseiro com o DSP incorporado e O Computador extra usado para controlar o ATRV Jr em ambiente de simula o e O Computador de Simula o com UsarSim
102. tos demoram a equilibrar Esta constata o j tinha sido comprovada nas experi ncias efectuadas pelo colega Thomas Krause e descritas no seu Trabalho Final de Curso 2 Ainda foi efectuada uma pesquisa atrav s da Internet com o intuito de conhecer o mercado dos dirig veis e seus componentes com o prop sito da poss vel aquisi o de motores mais potentes ou at de um dirigivel de maior envergadura tornando poss vel a sua utiliza o no exterior utilizando o GPS como meio de navega o mas por falta de tempo no desenrolar do projecto e a n o necessidade do mesmo para os fins propostos para este trabalho esta aquisi o ter que ficar para uma futura continua o do trabalho Outro problema que se encontrou adv m do facto da din mica do dirig vel ser imensamente influenciada pelo volume de h lio inserido no envelope e que n o se mant m ao longo de um dia de trabalho devido permeabilidade do envelope alterando consideravelmente o seu movimento obrigando a pequenos reajustes ao n vel do contrapeso da for a de impuls o oferecida pelo h lio e em casos mais discrepantes necess rio reajustar alguns valores do controlador Verificou se que a visualiza o do output de imagem recebida pelo port til de trabalho onde se inclui o sistema de gr ficos implementado foi vantajosa para o desenvolvimento do projecto principalmente durante a calibra o dos controladore e oferece uma percep o das decis es e movimen
103. tos do dirig vel de forma mais simples O interruptor do sistema tamb m se concluiu que oferece seguran a ao sistema e possibilita o controlo do dirig vel em situa es mais perigosas De seguida apresentam se algumas imagens dos testes realizados com o sistema global tendo se testado percursos semelhantes aos testados nas experiencias de simulador de forma a se comparar OS seus comportamentos 80 De notar que derivado a dificuldade de captar as cores vermelhas do robot terrestre em contraste com a cor castanha do chao do pavilhao e pelo facto de existirem poucas zonas vermelhas na vista superior do robot optou se por colocar um saco de tecido de cor vermelha em cima do robot ATRV Jr de modo a melhorar a capta o da cor vermelha Ilustra o 75 Sequencia de imagens no decorrer de um percurso rectangular Para as experiencias do algoritmo de Seguimento de Linhas foram constru das linhas com comprimentos e curvas desejadas para o teste do sistema com o aux lio de uma fita branca Verificou se uma certa dificuldade em manter o seguimento correcto da linha derivado exist ncia de diversas linhas j existentes no ch o do gin sio referentes aos diversos campos oferecendo assim muitas perturba es na imagem real Desta forma conclui se que o processamento de imagem necessita de ser mais trabalhado no que diz respeito rapidez de execu o dos c lculos de controlo bem como robustez na detec o de linhas
104. transforma o tornando o algoritmo muito pesado Desta forma optou se por manter a solu o primeiramente descrita que ap s a realiza o de alguns testes utilizando a c mara do dirig vel se concluiu necessitar de ser optimizada ao n vel da robustez as diferen as de ilumina o respons vel pelas varia es na componente Y do terreno de modo a captar toda a gama de vermelhos De forma a resolver esta defici ncia elaboraram se diversos testes a v rias gamas de vermelhos com diferentes exposi es de luminosidade De seguida processaram se os resultados atrav s de um pequeno programa elaborado em MatLab para verificar em que gama de valores se encontra cada componente da cor YUV para os diferentes pix is vermelhos atrav s da visualiza o dos gr ficos resultantes de modo a criar se thresholds espec ficos para cada uma das componentes melhorando a pesquisa de vermelhos Ilustra o 44 44 MATLAB 7 4 0 R2007a Fle Edt Text Go Cel Tools Debug Desktop Window Help Dae sro ry E 9 Currerk Directory C Docume Shorteuts F Howto Add 2 What s New Fie Edt View Insert Tools Desktop Window Help Oe eG hk BAM OF 08 O Workspace D a x Current Director gt S Editor C Documents Da xX Hela E MN DS tm HOB fo x Name Value g 5 8 iB 1 0 FB 168 2194 sia paT EH Bi 169 9 Ymin 60 EH B2 167 10 Ymax 155 103 0879 Fie Edt View Insert Tools Desktop Window Help
105. ualDSP vers o 4 5 oo ecceccceccceeceeeceeeeeeeseeeceeeseeeseeeseeeaeeeeeeseeeseeeseeeneeeseeeseeses 50 Ilustra o 50 Exemplo da segmenta o da imagem recebida e eierieeeaaera araras 51 Ilustra o 51 Imagem recebida do simulador erre eerae aee aa aaa ea aa renan aerea naa anca nanaaanoa 54 Ilustra o 52 Imagem p s processada com o vector de indica o de direc o e 54 Ilustra o 53 Esquematico da organiza o dos algoritmos implementados em cada core 55 Ilustra o 54 Exemplo do centro de massa de dois objectos agregados ienes 56 Ilustra o 55 Exemplo do c m de um objecto existindo mais que um objecto na imagem 57 Ilustra o 56 Exemplo do aumento da zona de pesquisa de vermelhos cccceccseeeseeeeeeeeeseeeeeeeneeeaeeeaeeees 57 Ilustra o 57 Eixo e vector do ngulo de erro erre ereren renan cera eeaa cream eeaa ce eaa etenaren nne 59 Ilustra o 58 Eixos das coordenadas da imagem e respectivos vectores de erro em x e Y 60 Ilustra o 59 Output do DSP enviado para a base em terra eee era ee aee neeaneena 61 Ilustra o 60 Esquematico da organiza o dos algoritmos implementados em cada core 61 Ilustra o 61 Esquematico das liga es do ambiente de simula o eee
106. uenos ajustes no contrapeso utilizado constitu do por pequenos chumbos A forma do envelope a de uma gota de gua deitada e tendo na cauda acoplados quatro estabilizadores dois na vertical e dois na horizontal que servem para estabilizar o movimento de desloca o do dirig vel Ilustra o 7 Ilustra o 7 Posi o das asas traseiras do dirig vel Relativamente ao g s utilizado para encher o bal o o composto qu mico do elemento h lio He escolha que j provinha do trabalho anterior do colega Thomas Krause Esta escolha deveu se ao material de que composto o envelope e ao facto de ser menos perigoso que a outra hip tese de g s a usar O hidrog nio que tem como grande desvantagem ser inflam vel tornando assim perigoso o seu manuseamento O h lio por sua vez um pouco mais caro mas de mais f cil manuseamento e aquisi o Devido ao pre o elevado do h lio puro as empresas que fornecem este tipo de g s misturam no com outros compostos gasosos mais densos como o azoto e o hidrog nio numa propor o de 30 resultando o g s conhecido por h lio Helibal A empresa fornecedora de botijas de h lio utilizada foi a Air Liquide sediada em Lisboa Portugal Consideramos que por cada metro c bico de h lio se consegue um poder de eleva o de aproximadamente 1Kg em condi es normais Assim segundo 4 tendo o envelope um volume de 5 5m o dirig vel ter aproximadamente 5 5Kg de sustenta o
107. umero de pix is vermelhos encontrados no objecto a seguir seja menor que o numero de pix is vermelhos do objecto que o cruzou Estas situa es poder o ser minimizadas atrav s da adapta o do raio da zona de pesquisa de vermelhos de acordo com a altitude de trabalho do dirig vel e da dimens o do objecto a seguir Desta forma quanto maior a altitude de trabalho e ou menor for o objecto a seguir menor dever ser o raio da zona de pesquisa Ap s o c lculo do centro de massa do objecto a ser seguido s o efectuados os c lculos das vari veis de controlo do dirig vel ngulo de rota o do dirig vel erro vertical e horizontal em rela o ao ponto pretendido da localiza o do centro de massa do objecto a ser seguido pelo dirig vel As coordenadas do centro de massa do objecto alvo de seguimento situam se sob o ponto do centro da imagem X 360 e Y 143 A vari vel de controlo de rota o do dirig vel alfadir o ngulo medido desde o ponto do centro de massa do objecto vermelho a seguir e a semi recta vertical que intersecta o centro da imagem com origem no ponto situado 40 pix is abaixo do ponto do centro da imagem Esta implementa o deve se ao facto de melhorar a reac o do dirig vel quando este ultrapassa por curta dist ncia o ponto final desejado o centro da imagem o que caso o ngulo de rota o seja calculado com origem nesse ponto ele n o conseguiria estabilizar o objecto a seguir nesse ponto pois
108. w phillsmodels com Site de electr nica para aeromodelismo http Anww flima com pt Site de electr nica para aeromodelismo http www mpjet com Site de electr nica para aeromodelismo htip www modelspot com Site de electr nica para aeromodelismo http rc butik dk Site com refer ncias sobre aeromodelismo http Awnww mat uc pt pedro ncientificos Ponteiros htm l Site sobre o formato de imagem YUV http Aww fourcc org yuv php 86

Dirigível Autónomo para Busca e Salvamento

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Dirig&iacute;vel Aut&oacute;nomo para Busca e Salvamento

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Dirigível Autónomo para Busca e Salvamento