Design of a 3D system localization for application in aerial robotics

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2007.Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um sistema de localização 3D para aplicação em um Veículo Aéreo Não-Tripulado (VANT). O sistema é capaz de fornecer em tempo real estimativas da posição, velocidade e atitude do veículo. Devido a restrições impostas pelo veículo no qual o sistema será embarcado, o sistema é composto por dispositivos leves, de dimensões reduzidas e de baixo custo e o uso de sensores baseados em referências externas é limitado. Sob tais requisitos de projeto, os seguintes sensores foram escolhidos para compor o sistema: girômetros, acelerômetros, magnetômetros, sensor de pressão e receptor GPS. O manuscrito descreve o modelo de cada sensor individualmente e os projeto do hardware e do software envolvidos. Os procedimentos de calibração e o algoritmo de fusão sensorial, em que o magnetômetro e o receptor GPS são utilizados para corrigir as estimativas fornecidas pelos sensores inerciais, são apresentados em detalhe. Resultados experimentais provenientes de testes realizados no ambiente do laboratório e em ambientes externos, que confirmam a possibilidade de emprego de tal sistema em diferentes aplicações, também são apresentados. ___________________________________________________________________________________________ ABSTRACTThis work presents the development of a 3D localization system for application on a small Unmanned Air Vehicle (UAV). The system is able to provide real time position, velocity and attitude estimates of the vehicle. Due to restrictions imposed by the host vehicle, the system is composed by low cost, small and light devices and the use of sensors based on external references is limited. Under those constraints, the following sensors were chosen to compose the system: gyrometers, accelerometers, magnetometers, pressure sensor and GPS receiver. The manuscript describes each sensor model individually and the hardware and software design. Calibration procedures and the sensor fusion algorithm are presented in detail, in which magnetometer and GPS receiver are used to correct the estimates updated by inertial sensors. Experimental results from tests carried out in laboratory and outdoors confirm the possibility to employ the system on different applications