Control de seguimiento de trayectorias y evasión de obstáculos para Quadrotor mediante visión estereoscópica

El objetivo de este proyecto es desarrollar un algoritmo que genere trayectorias para que el dron se traslade sobre ellas, se implementarán 2 cámaras “Facecam x1000 – Genius” o un sensor de profundidad para replicar la visión estereoscópica y así detectar objetos que se encuentren en el transcurso d...

Full description

Autores:
Monsalve Ardila, Juan Camilo
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2021
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repository.unab.edu.co:20.500.12749/15037
Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/15037
Palabra clave:
Mechatronic
Algorithm
Stereoscopic vision
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Programming
Data processing
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Comunication system
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Mecatrónica
Programación
Procesamiento de datos
Modelos matemáticos
Sistemas de comunicación
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Algoritmo
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Visión estereoscópica
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description El objetivo de este proyecto es desarrollar un algoritmo que genere trayectorias para que el dron se traslade sobre ellas, se implementarán 2 cámaras “Facecam x1000 – Genius” o un sensor de profundidad para replicar la visión estereoscópica y así detectar objetos que se encuentren en el transcurso de las trayectorias dando la posibilidad de que el dron de manera autónoma sea capaz de evadirlo y regresar a la trayectoria inicial, ya que la idea principal de este trabajo es la de proporcionar un algoritmo básico que suministre el mapeo de una zona controlada por medio de visión estereoscópica, en la cual en posteriores trabajos se tenga la posibilidad de optimizar estos algoritmos de control.
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spelling González Acevedo, HernandoMonsalve Ardila, Juan CamiloGonzález Acevedo, Hernando [0000544655]González Acevedo, Hernando [V8tga0cAAAAJ&hl=es&oi=ao]González Acevedo, Hernando [0000-0001-6242-3939]González Acevedo, Hernando [Hernando-Gonzalez-Acevedo-2199006362]Bucaramanga (Santander, Colombia)2021-11-24T20:33:35Z2021-11-24T20:33:35Z2021http://hdl.handle.net/20.500.12749/15037instname:Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNABreponame:Repositorio Institucional UNABrepourl:https://repository.unab.edu.coEl objetivo de este proyecto es desarrollar un algoritmo que genere trayectorias para que el dron se traslade sobre ellas, se implementarán 2 cámaras “Facecam x1000 – Genius” o un sensor de profundidad para replicar la visión estereoscópica y así detectar objetos que se encuentren en el transcurso de las trayectorias dando la posibilidad de que el dron de manera autónoma sea capaz de evadirlo y regresar a la trayectoria inicial, ya que la idea principal de este trabajo es la de proporcionar un algoritmo básico que suministre el mapeo de una zona controlada por medio de visión estereoscópica, en la cual en posteriores trabajos se tenga la posibilidad de optimizar estos algoritmos de control.1 INTRODUCCIÓN 12 2 OBJETIVOS 16 2.1 OBJETIVO GENERAL 16 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 16 3 MARCO CONCEPTUAL – PARTES DE UN DRON QAV 250 17 3.1 MARCO DEL QUADROTOR “FRAME” 17 3.1.1 CARACTERÍSTICAS 17 3.2 PIXHAWK 4 MINI 19 3.2.1 CARACTERÍSTICAS 20 3.2.2 SISTEMA DE PODER: 21 3.2.3 SENSORES: 21 3.2.4 PESO Y DIMENSIONES: 22 3.2.5 MODOS DE VUELO PX4 MINI 22 3.2.6 MODOS AUTÓNOMO Y MANUAL 23 3.2.7 MODO FUERA DE BORDA “OFFBOARD MODE” 25 3.3 JETSON NANO 28 3.4 CÁMARAS RGB FACECAM X1000 GENIUS 30 3.5 SENSOR DE PROFUNDIDAD – REALSENSE R200 32 3.6 GPS 34 3.7 SOFTWARE 35 3.7.1 PYTHON 35 3.7.2 GAZEBO 36 3.7.3 QGROUNDCONTROL 37 3.7.4 ROS 37 3.8 SISTEMAS DE COMUNICACIÓN 38 3.8.1 SECURE SHEL “SSH” 38 3.8.2 RADIO CONTROL “TRANSMISOR Y RECEPTOR” 39 3.9 CALIBRACIÓN DE LA PIXHAWK 4 40 3.10 SCREEN 41 3.11 ESQUEMA DE COMUNICACIÓN. 42 3.11.1 PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN INTERNO. 42 3.11.2 PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN EXTERNO. 43 4 VISIÓN ESTEREOSCÓPICA 44 4.1 INTRODUCCIÓN A LA ESTEREOSCOPIA 44 4.1.1 GEOMETRÍA DE UN SISTEMA DE VISIÓN ESTÉREO 46 4.1.2 TRIANGULACIÓN 48 4.1.3 CALIBRACIÓN 49 4.1.4 PARÁMETROS EXTRÍNSECOS 51 4.1.5 PARÁMETROS INTRÍNSECOS 52 4.1.6 DISTORSIÓN DE LOS LENTES 53 4.1.7 CALIBRACIÓN ESTÉREO 54 4.2 DESARROLLO DE LA VISIÓN ESTEREOSCÓPICA 55 4.2.1 HARDWARE 56 4.2.2 SOFTWARE 56 4.3 IMPLEMENTACIÓN DEL ALGORITMO DE ESTEREOSCOPIA EN ENTORNO VIRTUAL. 62 5 PLANEACIÓN DE TRAYECTORIA 69 5.1 MARCO CONCEPTUAL DE ROS Y SU FUNCIONAMIENTO 69 5.1.1 NIVEL DE SISTEMA DE ARCHIVOS 69 5.1.2 NIVEL GRÁFICO 70 5.1.3 NIVEL DE LA COMUNIDAD 72 5.1.4 NODOS GENERADOS PARA EL PROYECTO 72 5.2 LIMITACIÓN DE PARÁMETROS DE FALLA 73 5.3 RESULTADOS OBTENIDOS DE LA TRAYECTORIA GENERADA 74 5.3.1 CUADRADO 77 5.3.2 TRIANGULO. 79 5.3.3 ROMBO 3D. 82 6 SISTEMA DE EVASIÓN DE OBSTÁCULOS 85 6.1 ALGORITMO 3DVFH* 85 6.2 RESULTADOS OBTENIDOS DE 3DVFH* 88 6.3 ALGORITMO DE TRIANGULACIÓN DE OBSTÁCULO 90 7 CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES 96 8 BIBLIOGRAFÍA 99 9 ANEXOS 106 9.1 ANEXO 1: CALIBRACIÓN DE SENSORES DEL DRON 106 9.2 ANEXO 2: LOGS DE VUELOS REALES. 106 9.3 ANEXO 3: REPOSITORIO DE CÓDIGOS. 107 9.4 ANEXO 4: FRAGMENTOS DE CÓDIGOS 107PregradoThe objective of this project is to develop an algorithm that generates trajectories for the drone to move over them, 2 “Facecam x1000 - Genius” cameras or a depth sensor will be implemented to replicate the stereoscopic vision and thus detect objects that are in the course of the trajectories giving the possibility that the drone autonomously is able to evade it and return to the initial trajectory, since the main idea of ​​this work is to provide a basic algorithm that provides the mapping of a controlled area by means of stereoscopic vision, in which later works are have the ability to optimize these control algorithms.application/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Control de seguimiento de trayectorias y evasión de obstáculos para Quadrotor mediante visión estereoscópicaTrack tracking and obstacle avoidance control for Quadrotor using stereoscopic visionIngeniero MecatrónicoUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABFacultad IngenieríaPregrado Ingeniería Mecatrónicainfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPMechatronicAlgorithmStereoscopic visionMappingProgrammingData processingMathematical modelsComunication systemControl algorithmsMecatrónicaProgramaciónProcesamiento de datosModelos matemáticosSistemas de comunicaciónAlgoritmos de controlAlgoritmoFacecamVisión estereoscópicaMapeo1. Universidad de Freiburg. (13 de 10 de 2020). Octomap github. Obtenido de Octomap github: https://octomap.github.io/2. Baumann, T. (2018). Obstacle Avoidance for Drones Using a 3DVFH* Algorithm. Spring Term 2018, 673. Cordero, J. P. (2018). Implementación de algoritmos de programación y de protocolos de comunicación inalámbrica para la operatividad de un robot sumo autónomo y RC. Ecuador: UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTIAGO DE GUAYAQUIL.4. Daniel, P. (2014). Planeación de trayectorias para un robot aéreo AR.Drone 2.0 usando GPS. Pontificia Universidad Javeriana Bogotá, 595. Gazebo. (2014). gazebosim.org. Obtenido de http://gazebosim.org/6. geniues. (2 de 09 de 2020). geniuesnet.com. Obtenido de https://co.geniusnet.com/product/facecam-1000x/7. getfpv. (26 de Noviembre de 2016). getfpv.com. Obtenido de https://www.getfpv.com/qav250-mini-fpv-quadcopter-carbon-fiber- edition.html8. institut puig castellar . (2020). elpuig.xeill.net. 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