Contribuição ao desenvolvimento de dirigíveis robóticos

Abstract

Este trabalho aborda o desenvolvimento e a implementação de um protótipo de dirigível robótico não-tripulado com capacidade de realizar vôos autônomos reais seguindo trajetórias definidas por pontos de passagem. Para contemplar este objetivo: i) realizou-se modificações estruturais na mecânica e aerodinâmica do dirigível utilizado, adequando-o ao uso como veículo robótico; ii) estabeleceram-se infra-estruturas, embarcada e em terra, de componentes de software e de hardware, envolvendo sensores, atuadores, processadores e software tempo real; iii) introduziu-se aprimoramentos em um modelo dinâmico do dirigível considerando notadamente os aspectos de força de propulsão e influência da dinâmica do vento; com base neste novo modelo, foram desenvolvidos ambientes de simulação em SIMULINK/MATLAB e em Java/VRML e servidores de simulação; iv) implementou-se um ambiente de suporte ao desenvolvimento e à operação do dirigível robótico; v) concebeu-se e implementou-se um sistema de controle e navegação, compreendendo algoritmos de seguimento de trajetória e de perfil de altitude entre pontos de passagem; este sistema foi analisado e seus parâmetros de sintonia ajustados tanto em simulação quanto em vôos reais, e, finalmente; vi) estabeleceu-se um protótipo de arquitetura de software robótico para o dirigível testado apenas em simulação, contemplando aspectos deliberativos e reativos de uma missão robótica completa.

Abstract: This work focuses on the development and implementation of a prototype of an unmanned robotic airship, able to execute autonomous real flights with trajectory tracking through way-points. To accomplish this task: i) the airship's mechanical and aerodynamic components were improved; ii) it was established onboard and ground-based infra- structures of hardware and software components, including sensors, actuators, processors and real time software; iii) improvements were introduced in the airship dynamic model considering propulsion forces and wind dynamics influence; based on this new model, airship simulators in SIMULINK/MATBLAB and Java/VRML environments as well as simulator servers, were developed; iv) a software environment to support the development and operation of the robotic airship was built; v) a control and navigation system was implemented, including trajectory and altitude profile tracking through way-points; this system was analyzed and its tuning parameters were adjusted both in simulation and in real flight, and, finally; vi) a prototype of a robotic software architecture was stablished in simulation, dealing with deliberative and reactive aspects of a complete robotic mission.