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Localizzazione e inseguimento visuale di un oggetto in movimento mediante un UAV ad ala fissa

Informazioni tesi

  Autore: Giulia Franchi
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2008-09
  Università: Università di Roma La Sapienza
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria dell'automazione
  Relatore: Giuseppe Oriolo
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 126

Questo lavoro di Tesi si è occupato della realizzazione di uno schema di controllo per la localizzazione e l'inseguimento visuale di un oggetto in movimento mediante un UAV ad ala fissa. In particolare è stato sviluppato un progetto per il controllo di una telecamera gimbaled, montata a bordo del minivelivolo OTUS-B realizzato dall' Unmanned Technologies Research Institute (UTRI), per poter inseguire un oggetto in movimento selezionato dall'operatore a terra. Le prime scelte progettuali sono state rivolte alla risoluzione del problema del controllo degli angoli di Pan e Tilit della telecamera, utilizzando una tecnica di controllo nota con il nome di Image Based Visual Servoing (IBVS), anche noto come controllo visuale nello spazio delle immagini. E stato cioè realizzato uno schema di controllo a controreazione basato sull'inversione dello Jacobiano Immagine che permette, sfruttando le immagini provenienti dalla telecamera e le informazioni da queste ricavate, di tenere le coordinate del punto sempre al centro del piano immagine. In questa prima parte, per semplicità di implementazione, l'UAV si muove di moto assegnato con traiettoria predefinita.
Una volta messo a punto il visual servoing si è rivolta l'attenzione all'integrazione di questo schema di controllo in situazioni in cui la traiettoria dell'UAV possa essere controllata dando un ulteriore grado si libertà all'inseguimento visuale. In prima istanza si è provato un approccio di tipo robotico al problema, utilizzando le tecniche di controllo già presenti in letteratura (si vedano [11], [13] e [19]), sfruttando in particolare le proprietà dei robot ridondanti. Si è realizzato ed implementato uno schema di controllo cinematico che vede l'utilizzo della pseudoinversa dello Jacobiano, sfruttando la misura di manipolabilità per controllare, unitamente agli angoli della telecamera, l'angolo di rollio del velivolo. Si sono riscontrati vari problemi nel funzionamento di questo schema di controllo a causa del fatto che il legame del secondo ordine tra l'angolo di rollio e la variazione della direzione di moto dell'UAV viene completamente ignorato dallo schema di controllo tramite inversione dello Jacobiano che tiene conto solo di legami del primo ordine. Purtroppo i risultati ottenuti da questo studio non sono stati soddisfacenti e quindi si è passati a riesaminare il problema costruendo uno schema di controllo in due fasi: la prima per la localizzazione del target, sviluppata tramite la realizzazione di un filtro di Kalman Esteso per la stima delle coordinate dell'oggetto da seguire; la seconda che vede lo sviluppo di un algoritmo di guida volto al loitering dell'UAV intorno al target. La buona convergenza della stima effettuata dal filtro ha permesso di ottenere buoni risultati nel tracking dell'oggetto, grazie anche all'efficienza dell'algoritmo di guida nel raggiungimento della traiettoria desiderata.

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Capitolo 1 Introduzione 1.1 Unmanned Air Vehicles Un UAV, acronimo di Unmanned Aerial Vehicle, pu o essere denito come un velivolo, senza presenza umana a bordo, pilotato grazie ad una stazione di controllo a terra (GCS Ground Control Station) o un sistema on-board cos da renderlo semiautonomo o auto- nomo [1]. Gli UAV, nel senso pi u ampio del termine, esistono da oltre cinquanta anni, ci o non toglie che la loro fama sia venuta alla ribalta solo in quest’ultimi tempi, anche se purtroppo in concomitanza di conitti come quello dei Balcani, dell’Afghanistan, e non ultimo quello dell’Iraq. Lo sviluppo iniziale di tali mezzi si e dovuto all’esigenza di coprire le tipologie di missioni che i militari sono soliti identicare con l’appellativo D3 (Dirty, Dull, Dangerous), vale a dire quelle missioni che risultano essere \sporche" (ad esempio, missioni in zone contaminate), monotone (sorveglianza e ricognizione) e sostanzialmente pericolose per l’incolumit a dei piloti a bordo. D’altra parte, l’impiego degli UAV in campo civile e divenuto recentemente di grande interesse conseguente- mente alla crescita dell’adabilit a e alla riduzione dei costi di tali velivoli, nonch e per le peculiarit a stesse di tali \piattaforme volanti", spesso di dimensioni assai contenute, che li ha resi strumenti ideali per il monitoraggio dell’ambiente e del territorio, nonch e 2

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Parole chiave

controllo roll
eleborazione di immagini
ibvs
jacobiano
kalman
kalman esteso
telecamera
uav
visual servoing
visual tracking

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