Autonomy for Unmanned Surface Vehicle

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Santos, André Filipe Almeida
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/10316/86059
Resumo: Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
id RCAP_65c32f4f04465881799d0cb3c3e260b7
oai_identifier_str oai:estudogeral.uc.pt:10316/86059
network_acronym_str RCAP
network_name_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository_id_str https://opendoar.ac.uk/repository/7160
spelling Autonomy for Unmanned Surface VehicleAutonomia para Veículos de Superfície AquáticaASVAutonomiaCOLREGSDWAROSASVAutonomyCOLREGSDWAROSDissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaAutonomous navigation has been successfully presented and developed both on ground and air. Though, autonomy on maritime surface vehicles has proven to be more challenging. In order to have an Autonomous Surface Vehicle (ASV), it ought to have a completely functional Guidance, Navigation and Control (GNC) system.This work presents part of the GNC system for the ASV giving special emphasis on collision avoidance and as the main focus the COLlision REGulationS (COLREGS) mode detection and it's application. For collision avoidance, two submodules were implemented, being the Dynamic Window Approach (DWA) for static obstacles, and a COLREGS compliant algorithm for multi-vehicle encounters, which are set with perimeters of safety.Slights modifications to the original DWA algorithm were introduced in order to better suit the conditions presented, such as the reset of the array of obstacles, when thus are outside of the inner perimeter, in order to reduce computational effort.The COLREGS algorithm implemented is able to detect the COLREGS rule to follow and to generate a new combination of heading and velocity to both, avoid collision and to correspond to the rules requirements.Sensors, such as an IMU and a GNSS system, were responsible to provide total knowledge of the vehicle's position and state, whereas a Lidar and an AIS system, were responsible for the representation of the obstacles and it's attributes. ROS has been employed as the middleware for the ASV, which avoids the need to develop your own code for many aspects of robot control.The computer simulations with Gazebo showed that the collision avoidance system could handle static and dynamic obstacles, with the condition that such dynamic obstacles were vessels with an AIS system integrated. It was demonstrated that the algorithm was capable of detecting the respective rule to follow and thus proceed with a new course which would lead to avoid collision.Navegação autónoma tem sido desenvolvida e apresentada tanto para a terra como ar. No entanto, autonomia para veículos de superfície marítima tem provado algumas dificuldades. Para desenvolver um veículo autónomo de superfície aquático (ASV), é necessário um sistema de orientação, navegação e controlo (GNC) totalmente operacional. Esta tese apresenta uma parte deste sistema GNC para o ASV com um enfase em algoritmos para evitar colisão, com o maior foco na deteção das regras do mar a seguir, COLREGS, e da sua aplicação.Para os algoritmos para evitar colisão, dois sub-módulos foram implementados, sendo o Dynamic Window Approach (DWA) para obstáculos estáticos, e um algoritmo que segue as regras COLREGS para situações de cruzamento de veículos, sendo definidos com perímetros de segurança. Algumas modificações foram introduzidas relativamente ao algoritmo original de DWA, de modo a melhor responder às condições apresentadas, como um reset da variável de obstáculos, quando estes se encontram fora do perímetro interno, de modo a reduzir o esforço computacional requerido. O algoritmo que segue as regras COLREGS implementado, é capaz de detetar qual a regra a seguir e gera o novo conjunto de orientações e velocidades de modo a evitar colisão e cumprir as regras do mar. Sensores, como um IMU e um sistema GNSS, são responsáveis pela representação das posições e estados do veículo, em que por outro lado, o Lidar e um sistema AIS, são responsáveis pela representação dos obstáculos e seus atributos. ROS foi introduzido como o middleware para o ASV, o que evita a necessidade de desenvolver código para muitos aspetos do controlo do veículo. As simulações realizadas no Gazebo demonstraram que o sistema de evitar colisão consegue dar resposta a obstáculos estáticos e dinâmicos, na condição que os obstáculos dinâmicos sejam veículos com sistemas AIS integrados. Foi demonstrado que este algoritmo é capaz de detetar a respetiva regra a seguir e proceder com uma nova trajetória de modo a evitar colisão.2018-09-10info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/86059https://hdl.handle.net/10316/86059TID:202203247engSantos, André Filipe Almeidainfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2020-02-03T11:53:06Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/86059Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T05:33:25.598734Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
dc.title.none.fl_str_mv Autonomy for Unmanned Surface Vehicle
Autonomia para Veículos de Superfície Aquática
title Autonomy for Unmanned Surface Vehicle
spellingShingle Autonomy for Unmanned Surface Vehicle
Santos, André Filipe Almeida
ASV
Autonomia
COLREGS
DWA
ROS
ASV
Autonomy
COLREGS
DWA
ROS
title_short Autonomy for Unmanned Surface Vehicle
title_full Autonomy for Unmanned Surface Vehicle
title_fullStr Autonomy for Unmanned Surface Vehicle
title_full_unstemmed Autonomy for Unmanned Surface Vehicle
title_sort Autonomy for Unmanned Surface Vehicle
author Santos, André Filipe Almeida
author_facet Santos, André Filipe Almeida
author_role author
dc.contributor.author.fl_str_mv Santos, André Filipe Almeida
dc.subject.por.fl_str_mv ASV
Autonomia
COLREGS
DWA
ROS
ASV
Autonomy
COLREGS
DWA
ROS
topic ASV
Autonomia
COLREGS
DWA
ROS
ASV
Autonomy
COLREGS
DWA
ROS
description Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
publishDate 2018
dc.date.none.fl_str_mv 2018-09-10
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/10316/86059
https://hdl.handle.net/10316/86059
TID:202203247
url https://hdl.handle.net/10316/86059
identifier_str_mv TID:202203247
dc.language.iso.fl_str_mv eng
language eng
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron:RCAAP
instname_str FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
instacron_str RCAAP
institution RCAAP
reponame_str Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
collection Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
repository.name.fl_str_mv Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologia
repository.mail.fl_str_mv info@rcaap.pt
_version_ 1833602393689817088

Registros relacionados