Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/9166
Title: Εξερεύνηση χώρου με συνεργασία εναέριου και επίγειου οχήματος
Other Titles: Area inspection via collaboration between a UAV and a ground robot
Authors: Ζήκου, Λήδα
Keywords: Μη επανδρωμένα αεροσκάφη
Σύστημα ενσύρματης εναέριας ρομποτικής τροφοδοσίας
Εξερεύνηση χώρου
Keywords (translated): UAVs
Power-over-Tether
Aerial inspection
Abstract: Το αντικείμενο της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η κατασκευή και ο έλεγχος ενός συστήματος ενσύρματης ενάεριας ρομποτικής τροφοδοσίας μέσω του οποίου μπορούν να τροφοδοτηθούν μικρά Mη Eπανδρωμένα Aεροσκάφη ώστε να εκτελούν πτήσεις μεγάλης χρονικής διάρκειας ή να εκτελούν εφαρμογές που απαιτούν μεγάλα ποσά ενέργειας. Για το λόγο αυτό, παρουσιάζεται η πρωτότυπη ιδέα του Power-over-Tether συστήματος το οποίο μεταφέρει την απαιτούμενη ισχύ από το σύστημα τροφοδοσίας που βρίσκεται στο έδαφος μαζί με τον μηχανισμό, μέσω καλωδίου το οποίο τυλίγεται γύρω από την περιστροφική βάση του μηχανισμού. Το σύστημα Power-over-Tether πέρα από την παροχή ενέργειας κατασκευάστηκε με σκοπό να ελέγχει μέσω κατάλληλων αισθητήρων, μικροελεγκτή και επενεργητή το ελεύθερο μήκος καλωδίου ανάμεσα σε αυτόν και το εναέριο όχημα, εκτελώντας είτε λειτουργία ελευθέρωσης καλωδίου όποτε το εναέριο όχημα απομακρύνεται είτε λειτουργία ανάκλησης καλωδίου όποτε το εναέριο όχημα πλησιάζει τον μηχανισμό και μειώνεται η μεταξύ τους απόσταση. Το σύστημα αυτό κατασκευάστηκε με τρόπο ώστε να λειτουργεί αυτόνομα χωρίς να αντλεί πληροφορίες από το αεροσκάφος. Σκοπός της εργασίας είναι να πιστοποιηθεί η αξιοπιστία του Power-Over-Tether συστήματος ως προς τη λειτουργία του και να πραγματοποιηθεί με επιτυχία η εφαρμογή της εξερεύνησης χώρου. Για την υλοποίηση της οποίας χρησιμοποιείται και ένα τρίτο ρομποτικό σύστημα, πέρα από τον μηχανισμό και το εναέριο όχημα, το οποίο μεταφέρει το μηχανισμό και ακολουθεί μέσω συνεργατικού ελέγχου την κίνηση του εναέριου οχήματος. Για το λόγο αυτό, πέρα από την λεπτομερή ανάλυση της δομής του Power-over-Tether συστήματος και του ε-λέγχου που αναπτύχθηκε και εφαρμόστηκε στο σύστημα, παρουσιάζεται η αρχή λειτουργίας του συνολικού συστήματος, τα βασικά δομικά μέρη του μη επανδρωμένου αεροσκάφους, η μοντελοποίηση της δυναμικής του, ο έλεγχος μέσω του οποίου εκτελεί αυτόνομα πτήσεις στο χώρο καθώς επίσης και οι βασικοί νόμοι κινοδυναμικής του επίγειου οχήματος και ο συνεργατικός έλεγχος. Τέλος, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων που διεξήχθησαν στα πλαίσια αυτής της εργασίας, αναλύονται και αξιολογείται η λειτουργία του μηχανισμού.
Abstract (translated): The subject of this Thesis is the development and control of a robotic mechatronic sys-tem for remote powering of small-scale Unmanned Aerial Vehicles, aiming to achieve pro-longed-endurance flight times in order to address applications with such requirements. To this purpose, the original idea of a Power-over-Tether system was conceptualized, which will be capable of providing the required long-term power endurance from the ground to the aerial system via a cable which is wound onto a custom-developed base. The Power-over-Tether system is also developed in order to control the free cable length via sensors, a microcontroller, and a servo. The system is capable of sensing when the UAV moves away and appropriately releasing additional cable length, or retracting the cable when the UAV backtracks and their relative distance is reduced. The mechatronic implementation and the control framework are developed such that the system is capable of performing these operations autonomously without need for communicated knowledge of the UAV’s state. Additionaly, this work aims to experimentally vertify the performance and reliability of the PoT in a realistic operation with UAV which is tasked with carrying out inspection/mapping of its environment. Moreover, the Power-over-Tether system can also be employed as a non-static remote powering medium via its combination with a mobile ground agent. For the implementation of such a task the UAV continues to be used as an autonomously-navigating agent performing inspection/mapping operations, while the PoT system is mounted on a ground vechicle which also carries the power bank, and provides the necessaring data that enables the ground robot to follow the UAV’s motion in a leader-follower collaborative control fashion. Within this Thesis, a) the UAV’s basic structure, flight dynamics model, control for au-tonomous flight operations, b) the ground robot’s system overview and kinematics model, c) a detailed mechatronic analysis od the Power-over-Tether system and the principles behind its control synthesis, and finally d) the complete systems’s principle of operation, including the aforementioned collaborative control scheme, are presented. Finally, extensive experimental evaluation studies are conducted, demonstrating the realistic application potential of the Power-over-Tether system and the accompanying control schemes developed within this Thesis.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Zikou(ele).pdf4.26 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons