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Authors
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Abstract(s)
This works focuses on the modeling, control, and simulation of a over-actuated Un- manned Aerial Vehicle (UAV) prototype. This vehicle is a Hexacopter Tilt-Rotor (HTR) that 2 of the 6 actuators are independently tilted using servomotors, providing high ma- neuverability and reliability. This approach is predicted to maintain zero pitch throughout the trajectory and is expected to improve the aircraft’s steering accuracy. This arrangement is particularly beneficial for Precision Agriculture (PA) applications where accurate monitoring and management of crops are critical. The enhanced maneuverability allows for precise navigation in complex vineyard environments, enabling the UAV to perform tasks such aerial imaging and crop health monitoring. The employed control topology consists of cascaded Proportional (P)-Proportional-Integral-Derivative (PID) controllers using the Successive Loop Closure (SLC) method on the five controlled Degrees of Free-
doms (DoFs). Regarding the control allocation method, it is developed is an extension of Fast Control Allocation (FCA) technique. To validate this proposed approach, simulated results using Gazebo software and Robot Operating System (ROS) demonstrate that the aircraft achieves stability and maneuverability throughout different scenarios, achieving a maximum pitch of ±1.5◦, significantly improving PA practices. Furthermore, a comparison of the HTR with a traditional hexacopter validates the proposed approach.
Este trabalho tem como objetivo a modelagem, controle e simulação de um protótipo de Veículo Aéreo Não Tripulado (UAV) superatuado. Este veículo é um Hexacóptero Tilt-Rotor (HTR) em que 2 dos 6 atuadores são inclinados independentemente usando servomotores, proporcionando uma elevada manobrabilidade e estabilidade. Espera-se que esta abordagem mantenha uma arfagem em zero ao longo da trajetória e que melhore a precisão da direção da aeronave. Esta disposição é particularmente vantajosa para as aplicações da Agricultura de Precisão (PA), onde a monitorização e a gestão precisas das culturas são fundamentais. A capacidade de manobra melhorada permite uma navegação precisa em complexos campos de vinhas, permitindo que o UAV execute tarefas como imagens aéreas e o monitoramento do estado das culturas. A topologia de controle implementada consiste em controladores P-PID em cascata utilizando o método SLC nos cinco graus de liberdade (DoF) controlados. Relativamente ao método de alocação de controle, este é desenvolvido como uma extensão da técnica Alocação de Controle Rápida (FCA). Para validar a abordagem proposta, resultados simulados usando o software Gazebo e ROS demonstram que a aeronave alcança estabilidade e manobrabilidade em diferentes cenários, atingindo uma arfagem máxima de ±1.5◦, melhorando significativamente as práticas de Agricultura de Precisão. Além disso, uma comparação do HTR com um hexacóptero tradicional valida a abordagem proposta.
Este trabalho tem como objetivo a modelagem, controle e simulação de um protótipo de Veículo Aéreo Não Tripulado (UAV) superatuado. Este veículo é um Hexacóptero Tilt-Rotor (HTR) em que 2 dos 6 atuadores são inclinados independentemente usando servomotores, proporcionando uma elevada manobrabilidade e estabilidade. Espera-se que esta abordagem mantenha uma arfagem em zero ao longo da trajetória e que melhore a precisão da direção da aeronave. Esta disposição é particularmente vantajosa para as aplicações da Agricultura de Precisão (PA), onde a monitorização e a gestão precisas das culturas são fundamentais. A capacidade de manobra melhorada permite uma navegação precisa em complexos campos de vinhas, permitindo que o UAV execute tarefas como imagens aéreas e o monitoramento do estado das culturas. A topologia de controle implementada consiste em controladores P-PID em cascata utilizando o método SLC nos cinco graus de liberdade (DoF) controlados. Relativamente ao método de alocação de controle, este é desenvolvido como uma extensão da técnica Alocação de Controle Rápida (FCA). Para validar a abordagem proposta, resultados simulados usando o software Gazebo e ROS demonstram que a aeronave alcança estabilidade e manobrabilidade em diferentes cenários, atingindo uma arfagem máxima de ±1.5◦, melhorando significativamente as práticas de Agricultura de Precisão. Além disso, uma comparação do HTR com um hexacóptero tradicional valida a abordagem proposta.
Description
Mestrado de dupla diplomação com o Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG
Keywords
Unmanned aerial vehicle Hexacopter Over-actuated UAV Tilt-Rotor Precision agriculture