QuadAALper – The Ambient Assisted Living Quadcopter

107 Pages·2015·2.99 MB·English

by  Ricardo Nascimento

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

QuadAALper – The Ambient Assisted Living
Quadcopter
Ricardo Miguel Gradim Nascimento

Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Fraunhofer Supervisor: Eng. Bernardo Pina
FEUP Supervisor: Ph.D. Prof. António Paulo Moreira

15th of April 2015
© Ricardo Miguel Nascimento, 2015
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Resumo
Nesta dissertação é implementado um sistema para permitir a navegação autónoma de um
quadcopter em ambientes sem sinal GPS nomeadamente espaços indoor. Tirando partido de um
ambiente condicionado com QR codes no tecto, um telemóvel colocado a bordo do quadcopter
realiza a detecção e descodificação dos códigos que contêm informação sobre a localização
absoluta no ambiente de teste. A informação recolhida é utilizada para criar um falso sinal GPS
que ajuda a corrigir os errros de posição provocados pelo controlador do quadcóptero usando um
EKF que realiza a fusão dos dados da IMU com o sinal GPS para corrigir a posição e orientação.
O protocolo de transferência de dados geográficos usado é NMEA. O protocolo MAVLink é
também integrado na aplicação para permitir a comunicação com o quadcopter de forma a
possibilitar o planeamento de missões e a troca de informação de telemetria para monotorização
durante o voo. O sistema utiliza apenas componentes a bordo do quadcopter para processemanto
não estando dependente de qualquer tipo de estação monitora fora do quadcopter ou sinal wi-fi
para transmissão de dados. Toda a transferência de dados é realizada via USB para série. Os
resultados são promissores e promovem a utilização de telemóveis a bordo do quadcopter para
tarefas de localização e mapeamento tirando partido do processador e câmera do telemóvel
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Abstract
In this thesis is implemented a system to allow autonomous navigation of a quadcopter in
GPS denied environments using a mobile device on-board. By taking advantage of a pre-
conditioned environment, a mobile device attached to the top platform of a quadcopter tracks QR
codes in the ceiling that contain information about the precise location in the environment. The
information is used to create a fake GPS signal that then is applied to correct the measures of the
inertial sensors using an EKF implemented in the Pixhawk. The geographic information
transferred from the mobile device respects the NMEA protocol. Also the MAVLink protocol is
integrated in the application to enable mission planning with selected waypoints and receive live
telemetry data for analysis and monitorization of Pixhawk status. The system uses only on-board
equipment for processing as the mobile device and the Pixhawk do all the computational effort.
The promising results allow to open the possibility of the usage of mobile devices on air, taking
advantage of the camera and the processing board to perform localization and mapping tasks.
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Agradecimentos
Aos orientadores, Professor António Paulo Moreira da parte da FEUP e Eng. Bernardo Pina da
parte da Fraunhofer pelo apoio dado durante a dissertação. Ao Eng. André Pereira da Fraunhofer
pelo tempo disponibilizado, visto que não sendo orientador, prestou uma enorme ajuda. Ao James
Overington do forúm DIY Drones pelas inúmeras discussões, sugestões e conselhos sobre a
melhor solução para o projecto. Sem estas contribuições, o resultado final seria certamente
bastante diferente.
Aos meus amigos e especialmente à minha familia por todo o apoio dado durante a dissertação.

Ricardo Miguel Nascimento
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