Estudo sobre metodologias de controle de VANTs para aplicação na criação de sistemas de inspeção

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Rech, Lucas Coradin
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Curitiba
Brasil
Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
UTFPR
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38945
Resumo: This dissertation investigates visual control and positioning methodologies for unmanned aerial vehicles (UAVs) operating in environments without GNSS availability. It proposes an architecture that combines fixed cameras and fiducial markers distributed throughout the environment, enabling accurate pose estimation through computer vision. This configuration provides a low-cost, high-precision, and easily deployable solution, while centralizing processing and reducing the computational load on board the UAV. All experiments were conducted in an indoor environment with approximate dimensions of 5.5 m × 4.0 m × 3.0 m, although the proposed architecture presents no intrinsic limitations for outdoor use. External interferences, such as lighting variations, were not considered during testing. The control algorithms employed are manually tuned PID controllers, since the study focuses on the positioning architecture rather than controller optimization. Experimental results demonstrated average errors below 20 cm and performance comparable or superior to related visual positioning approaches reported in the literature. The proposed system contributes to the development of visual navigation solutions for UAVs in GNSS-denied scenarios, offering a precise, cost-effective, and reliable alternative suitable for inspection and monitoring tasks in confined or structured environments.
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spelling Estudo sobre metodologias de controle de VANTs para aplicação na criação de sistemas de inspeçãoInvestigation of UAV control methodologies for application in the development of inspection systemsDroneVisão por computadorSistema de Posicionamento GlobalNavegação aéreaSistemas de posicionamento interno (localização sem fio)Controle automáticoControladores PIDDrone aircraftComputer visionGlobal Positioning SystemNavigation (Aeronautics)Indoor positioning systems (Wireless localization)Automatic controlPID controllersCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICAEngenharia ElétricaThis dissertation investigates visual control and positioning methodologies for unmanned aerial vehicles (UAVs) operating in environments without GNSS availability. It proposes an architecture that combines fixed cameras and fiducial markers distributed throughout the environment, enabling accurate pose estimation through computer vision. This configuration provides a low-cost, high-precision, and easily deployable solution, while centralizing processing and reducing the computational load on board the UAV. All experiments were conducted in an indoor environment with approximate dimensions of 5.5 m × 4.0 m × 3.0 m, although the proposed architecture presents no intrinsic limitations for outdoor use. External interferences, such as lighting variations, were not considered during testing. The control algorithms employed are manually tuned PID controllers, since the study focuses on the positioning architecture rather than controller optimization. Experimental results demonstrated average errors below 20 cm and performance comparable or superior to related visual positioning approaches reported in the literature. The proposed system contributes to the development of visual navigation solutions for UAVs in GNSS-denied scenarios, offering a precise, cost-effective, and reliable alternative suitable for inspection and monitoring tasks in confined or structured environments.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Esta dissertação apresenta uma investigação sobre metodologias de controle e posicionamento visual para veículos aéreos não tripulados (VANTs) voltadas a ambientes sem disponibilidade de sinais GNSS. Propõe-se uma arquitetura que integra câmeras fixas e marcadores fiduciais distribuídos no ambiente, possibilitando a estimativa precisa da pose do VANT por meio de visão computacional. Essa combinação oferece uma solução de baixo custo, elevada precisão e fácil implementação, favorecendo o processamento centralizado e reduzindo a carga computacional a bordo. Todos os testes foram realizados em ambiente interno com dimensões aproximadas de 5,5 m × 4,0 m × 3,0 m, embora a arquitetura proposta não apresente restrições quanto ao uso em áreas externas. Interferências externas, como variações de iluminação, não foram consideradas nos experimentos. Os algoritmos de controle utilizados baseiam-se em controladores PID ajustados manualmente, visto que o foco do estudo está na arquitetura de posicionamento. Os resultados experimentais evidenciaram erros médios inferiores a 20 cm e desempenho equivalente ou superior a soluções visuais de posicionamento apresentadas em trabalhos correlatos. O estudo contribui para o desenvolvimento de sistemas de navegação visual para VANTs em ambientes internos, oferecendo uma alternativa precisa, economicamente viável e compatível com aplicações que exigem operação confiável em contextos de negação de GNSS.Universidade Tecnológica Federal do ParanáCuritibaBrasilPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática IndustrialUTFPRWehrmeister, Marco Auréliohttps://orcid.org/0000-0002-1415-5527https://lattes.cnpq.br/5548205054206839Cantieri, Alvaro Rogériohttps://orcid.org/0000-0001-5930-2140https://lattes.cnpq.br/4333084376041709Todt, Eduardohttps://orcid.org/0000-0001-6045-1274http://lattes.cnpq.br/9942240121225139Fabro, João Albertohttps://orcid.org/0000-0001-8975-0323https://lattes.cnpq.br/6841185662777161Wehrmeister, Marco Auréliohttps://orcid.org/0000-0002-1415-5527https://lattes.cnpq.br/5548205054206839Rech, Lucas Coradin2025-11-19T20:25:30Z2025-11-19T20:25:30Z2025-09-22info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfRECH, Lucas Coradin. Estudo sobre metodologias de controle de VANTs para aplicação na criação de sistemas de inspeção. 2025. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e Informática Industrial) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2025.http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38945porhttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)instacron:UTFPR2025-11-20T06:14:30Zoai:repositorio.utfpr.edu.br:1/38945Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.utfpr.edu.br:8080/oai/requestriut@utfpr.edu.br || sibi@utfpr.edu.bropendoar:2025-11-20T06:14:30Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT)) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR)false
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