MEDIÇÃO DE ORIENTAÇÕES RELATIVAS
DE UM VEÍCULOEM MOVIMENTO
Departamento de Engenharia Mecânica
Julho 2014Dissertação de Mestrado
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro
Orientador: Prof. Dr. Vítor SantosCoorientador: Dr. Ricardo Pascoal
Estrutura: Enquadramento
Estudo e caracterização dos sensores
Processamento e interpretação dos dados
Infraestrutura do software
Testes e resultados
Conclusões e Trabalho futuro
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 2Julho 2014
Enquadramento
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 3Julho 2014
Enquadramento
ATLASCAR:
Condução assistida / Condução autónoma
Perceção Exterior
Relação exterior/atlascar
Orientações do veículo
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 4Julho 2014
Enquadramento
Anteriormente:
• Isolamento ineficiente
• Cabos longos
• Método limitado
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 5Julho 2014
Enquadramento
Metodologia adotada:
Unidades locais de medição, ULMUnidade central interligação, UCI
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 6Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 7Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores SHARP GP2Y0A21YK0F
Sensor Infravermelho Intervalo medição100 a
800 mmInfrared emitting diode,
IREDPosition sensitive
detector, PSD
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 8Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Robô FANUC M-6iB
Repetibilidade ± 0,08 mm
Alcance 951 mm
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 9Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Leitura com o sensor Espetro do sinal
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 10Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Leitura do sinal no
osciloscópio:
Histograma da distribuição:
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 11Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Leitura do sinal no
osciloscópio:
Histograma da distribuição:
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 12Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Calibração com Polinómios
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 13Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Calibração com Exponenciais
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 14Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Coeficientes de correlação:
Sensor Coef. Correlação
0 0.99957
1 0.99939
2 0.99951
3 0.99954
4 0.99952
5 0.99950
6 0.99927
7 0.99869
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 15Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Testes de interferência
Picos elevados de 10 cm até 50 cm
A partir de 50 cm impossível ter uma boa leitura
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 16Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Testes da resposta
Movimento circular no plano XOZ.
Movimento sinusoidal segundo Z
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 17Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Resultados
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 18Julho 2014
Sensor Coef. Correlação Desvio Padrão (mm) Incerteza (mm)
0 0.9975 3.5231 ± 07.0462
1 0.9946 4.2149 ± 08.4298
2 0.9707 6.4725 ± 12.9450
3 0.9946 4.2153 ± 08.4306
4 0.9941 4.4072 ± 08.8144
5 0.9984 3.1263 ± 06.2526
6 0.8788 9.2197 ± 18.4394
7 0.9958 3.5657 ± 07.1914
Estudo e caracterização dos sensores SICK DT20
Incerteza: ± 4mm
Custo: 486 €
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 19Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Produto final ULM
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 20Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Produto final UCI
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 21Julho 2014
Estudo e caracterização dos sensores Uso de íman
Adaptável diversos veículosFácil colocaçãoNão invasivo
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 22Julho 2014
Processamento e interpretação dos dados
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 23Julho 2014
Processamento e interpretação dos dados Obtenção das orientações
Método do plano médio
Método da pseudo-inversa
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 24Julho 2014
Processamento e interpretação dos dados Método do plano médio
- Combinações de planos possíveis:
- Equação do plano:
- Sistema de equações:
- Obtenção do coeficiente D:
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 25Julho 2014
Processamento e interpretação dos dados Método da pseudo-inversa Moore-Penrose
- Sistema de equações:
- Equação da pseudo-inversa :
- Obtenção do coeficiente D:
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 26Julho 2014
Processamento e interpretação dos dados Obter as orientações:
Equações produto interno e equações dos ângulos:
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 27Julho 2014
Processamento e interpretação dos dados Testes no robô FANUC
Subida e descida Rotação individualda garra do robô: de cada ângulo:
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 28Julho 2014
Processamento e interpretação dos dados Testes no robô FANUC
Verde plano
Chão
Amarelo plano
da garra do
robô Fanuc
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 29Julho 2014
Processamento e interpretação dos dados Resultados
Ambos os métodos tiveram os mesmos resultados
.
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 30Julho 2014
Ângulo Coef. Correlação Desvio Padrão (º) Incerteza (º)
Pitch 0.9850 0.6994 ± 1.3988
Roll 0.9790 0.7284 ± 1.4568
Processamento e interpretação dos dados Applanix POS LV
Incerteza: ± 0,25 graus
Custo muito elevado.
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 31Julho 2014
Infraestrutura do software
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 32Julho 2014
Infraestrutura do software
Estrutura
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 33Julho 2014
Infraestrutura do software
Marcador ROSMarcador com
orientações obtidas
Traseira aproxima-se do chão no arranque
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 34Julho 2014
Testes e resultados
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 35Julho 2014
Testes e resultados
Calibração inicial
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 36Julho 2014
Testes e resultados
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 37Julho 2014
Arranque, do ponto A até ao ponto 1
Arranque
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 38Julho 2014
Testes e resultados
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 39Julho 2014
Curvas, do ponto 1 até ao ponto 2
Testes e resultados
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 40Julho 2014
Testes e resultados
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 41Julho 2014
Cruzamento, ponto 3
Testes e resultados
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 42Julho 2014
Testes e resultados
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 43Julho 2014
Rotunda, ponto 4
Testes e resultados
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 44Julho 2014
Testes e resultados
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 45Julho 2014
Lombas, do ponto 5 ao ponto 6
Testes e resultados
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 46Julho 2014
Testes e resultados
Variação número sensores
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 47Julho 2014
Sensores utilizados Incerteza pitch (º) Incerteza roll(º)
8 - -
7 ±1.1744 ±1.4902
6 ±1.3172 ±1.6492
5 ±1.3674 ±1.9446
Testes e resultados
Variação posições sensores
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 48Julho 2014
Coordenadas Incerteza pitch (º) Incerteza roll(º)
Corretas - -
100 mm erro ±1.1898 ±1.4212
200 mm eroo ±1.1948 ±1.4750
Conclusões e Trabalho futuro
Principais conclusões:Estudo e caracterização dos sensores melhorou os resultados das
medições.Incerteza média dos sensores é de 9.6937 mm.O algoritmo que melhor calcula o plano é o método da pseudo-
inversa.Com 4 sensores a incerteza do sistema média é de 1.4278 graus.Os resultados obtidos são fiáveis.
Trabalho futuro:Sistema wirelessTestes noutros veículosModelo físico do veículo e análise riscoDesenvolver produto comercialEstudo mercado escolas condução
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro 49Julho 2014
MEDIÇÃO DE ORIENTAÇÕES RELATIVAS
DE UM VEÍCULOEM MOVIMENTO
Departamento de Engenharia Mecânica
Julho 2014Dissertação de Mestrado
Gonçalo Alberto Ramos Carpinteiro
Orientador: Prof. Dr. Vítor SantosCoorientador: Dr. Ricardo Pascoal