Autonomous aerial indoor navigation of quadcopter

This thesis addresses the design and development of a system for the autonomous navigation of a quadcopter vehicle in an indoor, GPS-denied, industrial environment, potentially performing logistics operations. To achieve autonomous navigation, precise localization of the vehicle was essential and it...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας: Πολυκράτης, Δημήτριος
Άλλοι συγγραφείς: Μούρτζης, Δημήτριος
Μορφή: Thesis
Γλώσσα:English
Έκδοση: 2019
Θέματα:
Διαθέσιμο Online:http://hdl.handle.net/10889/12589
id nemertes-10889-12589
record_format dspace
spelling nemertes-10889-125892022-09-05T14:02:31Z Autonomous aerial indoor navigation of quadcopter Αυτόνομη εναέρια πλοήγηση μη-επανδρωμένου αεροσκάφους Πολυκράτης, Δημήτριος Μούρτζης, Δημήτριος Κούσουλας, Νικόλαος Polykratis, Dimitrios Drones Quadcopters Autonomous piloting Indoors Εναέρια ρομπότ Εναέρια οχήματα Αυτόνομη εναέρια πλοήγηση Εσωτερικός χώρος 629.132 6 This thesis addresses the design and development of a system for the autonomous navigation of a quadcopter vehicle in an indoor, GPS-denied, industrial environment, potentially performing logistics operations. To achieve autonomous navigation, precise localization of the vehicle was essential and it was performed with the combination of two methods. The first made use of a visual Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) algorithm, that relies on data of an onboard stereo camera. The second method relies on images from an onboard, bottom-facing monocular camera. Additionally, by employing five ultrasonic proximity sensors, the quadcopter is capable of performing efficient obstacle avoidance. The system has been integrated in the Robot Operating Software (ROS) and implemented in the simulation environment of the Virtual Robot Experimentation Platform (V-REP). Finally, a series of experiments has been conducted to evaluate the developed system’s performance and identify gaps and requirements for future research. Στην παρούσα διπλωματική εργασία σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένα σύστημα αυτόνομης εναέριας πλοήγησης για μικρό, μη-επανδρωμένο αεροσκάφος (quadcopter), σε εσωτερικό βιομηχανικό περιβάλλον. Αρχικά, για να πραγματοποιηθεί η αυτόνομη πλοήγηση, είναι απαραίτητη η ακριβής εκτίμηση της θέσης του ιπτάμενου ρομπότ στο χώρο. Για τον εντοπισμό της θέσης, πραγματοποιήθηκε συνδυασμός δύο διαφορετικών μεθόδων. Η πρώτη μέθοδος έκανε χρήση του αλγορίθμου ORB-SLAM2, ο οποίος έχει τη δυνατότητα να χαρτογραφεί τον τρισδιάστατο χώρο και παράλληλα να υπολογίζει τη θέση του ρομπότ μέσα στο χαρτογραφημένο χώρο. Για αυτό τον υπολογισμό δέχεται συνεχώς εικόνες από μια διπλή κάμερα (stereo), που βρίσκεται στο εμπρόσθιο μέρος του ρομπότ. Η δεύτερη μέθοδος αποτελείται από τον αλγόριθμο AprilTag 2, που δέχεται εικόνες από μια κάμερα, η οποία είναι στραμμένη προς τα κάτω. Επιπλέον, με τη χρήση πέντε αισθητήρων εγγύτητας, πραγματοποιήθηκε αυτόνομη αποφυγή εμποδίων. Το σύστημα ολοκληρώθηκε στο Robot Operating Software (ROS) και υλοποιήθηκε στο περιβάλλον προσομοίωσης του λογισμικού Virtual Robot Experimentation Platform (V-REP). Εν τέλει, πραγματοποιήθηκε μια σειρά πειραμάτων στο περιβάλλον προσομοίωσης για την αξιολόγηση της απόδοσης του σχεδιασμένου συστήματος. 2019-10-10T21:00:48Z 2019-10-10T21:00:48Z 2019-09-26 Thesis http://hdl.handle.net/10889/12589 en 0 application/pdf
institution UPatras
collection Nemertes
language English
topic Drones
Quadcopters
Autonomous piloting
Indoors
Εναέρια ρομπότ
Εναέρια οχήματα
Αυτόνομη εναέρια πλοήγηση
Εσωτερικός χώρος
629.132 6
spellingShingle Drones
Quadcopters
Autonomous piloting
Indoors
Εναέρια ρομπότ
Εναέρια οχήματα
Αυτόνομη εναέρια πλοήγηση
Εσωτερικός χώρος
629.132 6
Πολυκράτης, Δημήτριος
Autonomous aerial indoor navigation of quadcopter
description This thesis addresses the design and development of a system for the autonomous navigation of a quadcopter vehicle in an indoor, GPS-denied, industrial environment, potentially performing logistics operations. To achieve autonomous navigation, precise localization of the vehicle was essential and it was performed with the combination of two methods. The first made use of a visual Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) algorithm, that relies on data of an onboard stereo camera. The second method relies on images from an onboard, bottom-facing monocular camera. Additionally, by employing five ultrasonic proximity sensors, the quadcopter is capable of performing efficient obstacle avoidance. The system has been integrated in the Robot Operating Software (ROS) and implemented in the simulation environment of the Virtual Robot Experimentation Platform (V-REP). Finally, a series of experiments has been conducted to evaluate the developed system’s performance and identify gaps and requirements for future research.
author2 Μούρτζης, Δημήτριος
author_facet Μούρτζης, Δημήτριος
Πολυκράτης, Δημήτριος
format Thesis
author Πολυκράτης, Δημήτριος
author_sort Πολυκράτης, Δημήτριος
title Autonomous aerial indoor navigation of quadcopter
title_short Autonomous aerial indoor navigation of quadcopter
title_full Autonomous aerial indoor navigation of quadcopter
title_fullStr Autonomous aerial indoor navigation of quadcopter
title_full_unstemmed Autonomous aerial indoor navigation of quadcopter
title_sort autonomous aerial indoor navigation of quadcopter
publishDate 2019
url http://hdl.handle.net/10889/12589
work_keys_str_mv AT polykratēsdēmētrios autonomousaerialindoornavigationofquadcopter
AT polykratēsdēmētrios autonomēenaeriaploēgēsēmēepandrōmenouaeroskaphous
_version_ 1771297263766732800