Método para projetar arquiteturas de sensores para detecção de obstáculos em veículos aéreos não tripulados dedicados à inspeção de torres de alta tensão

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Berger, Guido Szekir
• Orientador(a): Wehrmeister, Marco Aurélio
• Banca de defesa: Barroqueiro, Carlos Henriques , Todt, Eduardo , Fabro, João Alberto , Wehrmeister, Marco Aurélio
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Drone - Projetos e construção; Detectores - Aplicações industriais; Energia elétrica - Distribuição - Inspeção; Energia elétrica - Transmissão - Inspeção; Métodos de simulação; Drone aircraft - Design and construction; Detectors - Industrial applications; Electric power distribution - Inspection; Electric power transmission - Inspection; Simulation methods
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4835

Este trabalho tem como objetivo propor um método para projetar arquiteturas de sensores base­ado em representações de figuras geométricas para identificação de obstáculos existentes den­tro do cenário de inspeções de torres de alta tensão com o uso de um VANT (Veículo Aéreo Não Tripulado) de pequeno porte. Neste contexto, esta temática e´ de grande interesse devido à necessidade de realizar inspeções cada vez mais complexas e sofisticadas. Aeronaves não tripuladas possuem a capacidade de conduzir inspeções sobre conjuntos de torres elétricas au­tonomamente e com custos operacionais reduzidos. Diferentes tipos de sensores de detecção, de baixo custo financeiro, foram caracterizados em ambientes interno e externo, das quais foram extraídas informações relacionadas ao seu desempenho de atuação. Para isto, foram utilizados como alvos dos sensores, componentes comumentes utilizados em torres de alta tensão, pos­sibilitando avaliar o comportamento de detecção dos sensores quando aplicados em cenários de inspeção de torres elétricas. Diferentes composições de sensores em VANTs multirrotores foram analisados, objetivando desenvolver uma arquitetura sensorial que seja capaz de iden­tificar múltiplos obstáculos quando aplicada ao cen´ario de inspeção de torres de alta tensão. Para isto, foram modelados no simulador V-REP, seus padrões de feixes, possibilitando anali­sar previamente, a capacidade de detecção de cada arquitetura modelada quando utilizada em um VANT multirrotor para inspeção de torres elétricas. Com base nos resultados obtidos pela caracterização de diferentes tipos de sensores, identificou-se que os sensores HC-SR04 e Li­darLite V3, apresentaram os melhores desempenhos de detecção, os tornando adequados para serem empregados em sistemas de prevenção de colisão com obstáculos em um VANT multir­rotor. Observou-se que a utilização de múltiplos sensores ultrassônicos, quando dispostos lado a lado, apresentaram bons resultados de detecção ao serem distanciados sob uma abertura angular de 25°, minimizando os problemas relacionados ao efeito crosstalk e de incerteza angular. Uma arquitetura de sensores de baixo custo, capaz de identificar múltiplos obstáculos existentes em um ambiente de inspeções detalhadas de torres elétricas, foi desenvolvida no simulador V-REP, gerando informações da capacidade de detecção para um VANT multirrotor. A mesma arquite­tura de sensores modelada no simulador V-REP foi integrada a um protótipo VANT multirrotor para adquirir informações de detecções em uma torre elétrica real. Os resultados gerados na comparação de desempenho dos sensores simulados com os reais, mostram a existência de estreita similaridade, indicando que o método desenvolvido nesta pesquisa pode servir como um mecanismo para avaliar preliminarmente o comportamento de detecção de diferentes arqui­teturas de sensores previamente caracterizados, quando utilizados em VANTs para inspeções elétricas. Diante disto, torna-se possível integrar os sensores caracterizados nesta pesquisa, em sistemas de controle de navegação com desvio de obstáculos em um VANT multirrotor, possi­bilitando o tornar autônomo e com capacidade de realizar tarefas de inspeções detalhadas sobre conjuntos de torres elétricas em um reduzido custo operacional.