Ogum: um framework para cobertura de área utilizando um conjunto dinâmico de VANTS

Abstract

A coordenação de Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) cooperativos tornou-se uma área ativa de pesquisa. As abordagens para coordenar esses enxames geralmente incluem uma solução para uma classe de problemas chamada Cobertura de Área. Os problemas de Cobertura de Área consistem na obtenção de informações sobre uma determinada área de interesse (comumente um polígono ou um poliedro) por meio de um conjunto de VANTs, geralmente com coordenação descentralizada e mínima intervenção humana. Problemas de Cobertura de Área representam os requisitos de diferentes tipos de aplicações, como no caso de emergências e desastres, detecção de vazamento de gás, resgate de pessoas perdidas, entre muitos outros. As soluções existentes para estes problemas normalmente consideram um conjunto fixo de VANTs, que estão sujeitos a riscos diversos durante a missão de cobertura. Nesta dissertação, descreve-se uma estratégia para coordenar conjuntos dinâmicos de VANTs para resolver um problema específico de Cobertura de Área. Em conjuntos dinâmicos, os VANTs podem entrar ou sair do conjunto. Para implementar a estratégia, um framework foi desenvolvido utilizando ROS e Gazebo. O framework Robotic Operating System (ROS) é um conjunto de bibliotecas e ferramentas para robôs. As missões de Cobertura de Área são reproduzidas no ambiente de simulação Gazebo. O framework facilita a implementação de diferentes estratégias para a coordenação de múltiplos VANTs. Como forma de avaliação da estratégia adotada, foram adotados mapas de calor que representam o movimento dos VANTs no plano.

The coordination of cooperative Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has become an active area of research. Approaches to coordinating these swarms often include a solution to a class of problems called Area Coverage. Problems in this class consist of obtaining information about a specific area of interest (usually a polygon or polyhedron) through a set of UAVs, usually with decentralized coordination and minimal human intervention. Area coverage problems model the requirements of diferent types of applications, such as in the case of emergencies and disasters, gas leak detection, rescue of lost people, among many others. Existing solutions to these problems usually consider a fixed set of UAVs, which are subject to diferent risks during the coverage mission. In this dissertation, a strategy to coordinate dynamic sets of UAVs to solve a specific Area Coverage problem is described. In these dynamic sets, UAVs can enter or leave the set. To implement the strategy, a framework was developed using ROS and Gazebo. The framework ROS is a set of libraries and tools for robots. Area Coverage missions are executed in the Gazebo simulation environment. The framework facilitates the implementation of diferent strategies for coordinating multiple UAVs. We introduced heat maps to assess the quality of the adopted strategy. A heat map represents the movement of UAVs in the plan.