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Tipo: TCC
Título: Desenvolvimento de um protótipo de veículo autônomo com localização em um ambiente indoor
Autor(es): Silva, Ruan Felipe de Almeida
Orientador: Braga, André Ribeiro
Palavras-chave: Veículo Autônomo;Filtro de Kalman;Localização Espacial;Robótica
Data do documento: 2022
Citação: SILVA, Ruan Felipe de Almeida. Desenvolvimento de um protótipo de veículo autônomo com localização em um ambiente indoor. 2022. 93 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia de Computação)-Universidade Federal do Ceará, Campus de Quixadá, Quixadá, 2022.
Resumo: A evolução tecnológica observada nos últimos anos em veículos e robôs móveis, permitiu a criação de diversos dispositivos automatizados que auxiliam as pessoas na execução de diferentes tarefas, como o transporte de cargas pesadas e a limpeza de cômodos. A automação de máquinas que conseguem se locomover e atuar de forma independente também permitiu benefícios na exploração submarina de regiões profundas e na pesquisa e investigação interplanetária. Um fator crítico para a navegação de veículos autônomos é a determinação de sua localização. O conhecimento de uma estimativa da posição e orientação do dispositivo, permitem uma maior segurança na tomada de decisão do controle realizado. Determinar a posição de um veículo é uma tarefa desafiadora, principalmente na exploração de lugares remotos ou de ambientes fechados, já que não se pode contar com o auxílio do GPS para esses casos. A partir disso, neste trabalho é proposto o desenvolvimento de um protótipo de veículo autônomo, que pode atuar de forma manual ou autônoma e que consegue navegar e determinar a sua posição em um ambiente fechado. O dispositivo desenvolvido pode ser controlado através de uma aplicação mobile, onde é possível enviar mensagens através do protocolo MQTT, para movimentar e parar o veículo e também alterar o seu modo de operação. Para estimar a posição do protótipo no ambiente, foi desenvolvido um modelo matemático para a movimentação do veículo e este foi aplicado a um Filtro de Kalman Estendido, para utilizar as medidas de distância, aceleração e velocidade angular provenientes dos sensores na determinação da localização do veículo. Testes na execução dos diferentes modos de operação e na determinação da posição em trajetórias distintas foram realizados, para observar tanto o funcionamento dos modos, como a posição do veículo ao longo do tempo, perante a execução de um movimento. Com os resultados obtidos, foi possível observar que a identificação da localização, aconteceu com alguns erros nas trajetórias em determinados casos, mas que os valores de posição final após o movimento estiveram bem próximos dos valores reais coletados. Já os testes nos modos de execução, detectaram uma resposta satisfatória do dispositivo na execução do comando após o envio da mensagem.
Abstract: The technological evolution observed in recent years in vehicles and mobile robots has allowed the creation of several automated devices that help people to perform different tasks, such as transporting heavy loads and cleaning rooms. The automation of machines that can move around and act independently also allowed benefits in underwater exploration of deep regions and in interplanetary research and investigation. A critical factor for the navigation of autonomous vehicles is the determination of their location. The knowledge of an estimate of the position and the orientation of the device, allows greater security in the decision making of the performed control. Determine the position of a vehicle is a challenging task, especially when exploring remote places or closed environments, since GPS aid cannot be used on for these cases. From this, this work proposes the development of an autonomous vehicle prototype, which can act manually or autonomously and can navigate as well as determine its position in a closed environment. The developed device can be controlled through a mobile application, where it is possible to send messages through the MQTT protocol, to move and stop the vehicle and also change its operation mode. To estimate the position of the prototype in the environment, a mathematical model was developed for the vehicle movement and this was applied to an Extended Kalman Filter, to use the measurements of distance, acceleration and angular velocity from the sensors to determine the location of the vehicle. Tests in the execution of the different operation modes and in the position determination in different trajectories were carried out, to observe both the functioning of the modes and the position of the vehicle over time, during the movement executing. With the obtained results, it was possible to observe that the identification of the location happened with some errors in the trajectories in certain cases, but that the final position values after the movement were very close to the real values collected. The tests in execution modes detected a satisfactory response from the device in executing the command after sending the message.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/65338
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