Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/12606
Title: Visual area coverage with collaborative autonomous aerial vehicles
Other Titles: Οπτική καλυψιμότητα περιοχής με συνεργαζόμενα αυτόνομα ιπτάμενα οχήματα
Authors: Μπούσιας, Νικόλαος
Keywords: Autonomous swarms
Collaborative robotics
Area coverage
Decentralized control
Muti-agent systems
Sensor networks
Keywords (translated): Εναέρια ρομπότ
Οπτικοί αισθητήρες
Abstract: The current thesis examines the problem of visual surveillance of a planar, convex region of interest by a fully autonomous, heterogeneous swarm of mobile aerial vehicles, equipped with Pan-Tilt-Zoom cameras of conical field of view and operating under GPS-induced 3D localization uncertainty. The proposed gradient-based collaborative control framework, serv- ing as trajectory generator, utilizes a computationally less strenuous Voronoi-free tessellation strategy to monotonically optimize the team’s collective visual coverage over the region of interest, both in terms of total monitored area and the quality of the acquired information. The designed distributed controllers of the flock consist of a multilevel structure, featuring inter- agent cooperation and system-specific trajectory tracking, thus offering significant flexibility regarding the physical implementation of the swarm. For the purposes of this thesis, a swarm of quadrotors is assumed, the dynamics of which are examined and an optimal, dual level (posture-orientation) controller for path following is designed. Multiple simulations where conducted in order to evaluate the efficiency and robustness/resilience of the proposed scheme in a variety of configurations. The required range of communications between the robots of the system is examined and a multi-hop, deterministic communication algorithm is offered.
Abstract (translated): Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει το πρόβλημα της οπτικής καλυψιμότητας μιας κυρτής περιοχής ενδιαφέροντος από ένα αυτόνομο σμήνος εναέριων ρομπότ, εξοπλισμένων με PTZ οπτικούς αισθητήρες κωνικού FOV. Τα ρομπότ δρούν υπό συνθήκες αβεβαιότητας ως προς την τρισδιάστατη θέση τους στο χώρο. Το προτεινόμενο βαθμωτό πλαίσιο συνεργατικού ελέγχου, βασιζόμενο σε Voronoi-free στρατηγικές επιμερισμού της περιοχής ενδιαφέροντος σε κελιά ευθύνης, βελτιστοποιεί μονότονα τη συλλογική κάλυψη που παρέχει το σμήνος ως προς την συνολικά επιτηρούμενη επιφάνεια της περιοχής ενδιαφέροντος καθώς και την ποιότητα της λαμβανόμενης πληροφορίας. Το πλαίσιο ελέγχου δε παρέχει αφαιρετικότητα ως προς την φυσική υλοποίηση των πρακτόρων που απαρτίζουν το σμήνος, επιτρέποντας ετερογένεια/ευελιξία ως προς την σύνθεση του σμήνους και καθιστώντας το σύστημα επεκτάσιμο. Σχεδιάστηκαν επεκτάσεις των αποκεντρωμένων ελεγκτών που περιορίζουν την προβολή της τρισδιάστατης θέσης του κάθε πράκτορα στο χώρο επί του επιπέδου της περιοχής ενδιαφέροντος εντός αυτής και προσφέρουν χαρακτηριστικά αποφυγής συγκρούσεων μεταξύ των πρακτόρων του σμήνους παρά την αβεβαιότητα στον προδιορισμό της θέση τους. Οι προτεινόμενοι αποκεντρωμένοι νόμοι ελέγχου ενσωματώνονται σε μια αρχιτεκτονική ελέγχου δύο ιεραρχικών επιπέδων, με το δεύτερο επίπεδο να αποτελεί τον ελεγκτή που φέρει γνώση της δυναμικής του πράκτορα. Στα πλαίσια της παρούσης εργασίας, οι πράκτορες υλοποιούνται με quadrotors. Ως εκ τούτου, σχεδιάστηκε βέλτιστος ελεγκτής παρακολούθησης τροχιάς δύο βαθμίδων με αποσύζευξη μεταφορικών και περιστροφικών δυναμικών των πρακτόρων. Διεξήχθησαν προσομοιώσεις για την αξιολόγηση της απόδοσης του ανωτέρω σχεδιασμού. Μελετήθηκαν δε οι επικοινωνιακές ανάγκες ενός τέτοιου αποκεντρωμένου συστήματος.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Bousias(ele).pdf8 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons