Using Quaternions to Avoid Singularities in UAV-UGV Multi Robot Systems

Nome: Harrison Neves Marciano
Tipo: Dissertação de mestrado acadêmico
Data de publicação: 25/08/2021
Orientador:

Nomeordem decrescente Papel
Mario Sarcinelli Filho Orientador

Banca:

Nomeordem decrescente Papel
Ignacio Agustin Mas Examinador Externo
Lucas Vago Santana Examinador Externo
Mario Sarcinelli Filho Orientador

Resumo: Controlar uma formação de um veículo terrestre não tripulado (VTNT) e um veículo aéreo não tripulado (VANT) com base no paradigma de estruturas virtuais envolve relacionar as variáveis que descrevem a formação, chamadas variáveis da formação, com as posições dos robôs, chamadas variáveis dos robôs. Essa relação gera o que se chama transformações do espaço da formação para o espaço dos robôs, e vice-versa. Uma questão importante que surge ao adotar tal formulação é que pode haver posições relativas dos veículos que caracterizam singularidades de formação. A caracterização de tal formação com base em coordenadas esféricas (distância e orientações relativas) apresenta um ponto de singularidade quando o VANT está diretamente acima do VTNT, preparando-se para pousar nele, por exemplo. Esta Dissertação de Mestrado tem seu foco exatamente nessa situação, tratando do pouso do VANT sobre o VTNT, que emula uma estação base estática ou móvel para o VTNT. Nesse caso, a singularidade é o fato de o VANT não ter a garantia de estar alinhado lateralmente com o VTNT, não permitindo, assim, obter com precisão o estado atual da formação ao iniciar a manobra de pouso. Para lidar com esta questão, esta tese propõe uma representação diferente da formação, livre de singularidades, com base em quatérnios unitários, e um controlador de formação, com base nesta formulação, para guiar a formação em tarefas de seguimento de trajetória. Além do desenvolvimento teórico, o texto também apresenta resultados de experimentos executados, utilizando uma formação composta por um VTNT \\\\\\\\\\\\\\\\emph{Pioneer 3-DX} e um VANT \\\\\\\\\\\\\\\\emph{Bebop 2}, que validam a formulação e o controlador propostos.

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