Posizionamento GNSS di fotogrammi acquisiti da UAV

L’oggetto di studio di questa tesi consiste nel primo approccio di sperimentazione dell’utilizzo di tecnologia UAV (Unmanned aerial vehicle, cioè velivoli senza pilota), per fotogrammetria ai fini di una valutazione di eventuali danni ad edifici, a seguito di un evento straordinario o disastri naturali. Uno degli aspetti più onerosi in termini di tempo e costi di esecuzione, nel processamento di voli fotogrammetrici per usi cartografici è dovuto alla necessità di un appoggio topografico a terra. Nella presente tesi è stata valutata la possibilità di effettuare un posizionamento di precisione della camera da presa al momento dello scatto, in modo da ridurre significativamente la necessità di Punti Fotografici di Appoggio (PFA) rilevati per via topografica a terra. In particolare si è voluto sperimentare l’impiego di stazioni totali robotiche per l’inseguimento e il posizionamento del velivolo durante le acquisizioni, in modo da simulare la presenza di ricevitori geodetici RTK installati a bordo. Al tempo stesso tale metodologia permetterebbe il posizionamento di precisione del velivolo anche in condizioni “indoor” o di scarsa ricezione dei segnali satellitari, quali ad esempio quelle riscontrabili nelle attività di volo entro canyon urbani o nel rilievo dei prospetti di edifici. Nell’ambito della tesi è stata, quindi, effettuata una analisi di un blocco fotogrammetrico in presenza del posizionamento di precisione della camera all’istante dello scatto, confrontando poi i risultati ottenuti con quelli desumibili attraverso un tradizionale appoggio topografico a terra. È stato quindi possibile valutare le potenzialità del rilievo fotogrammetrico da drone in condizioni vicine a quelle tipiche della fotogrammetria diretta. In questo caso non sono stati misurati però gli angoli di assetto della camera all’istante dello scatto, ma si è proceduto alla loro stima per via fotogrammetrica.

Unmanned Aerial Wireless Networks For The Internet of Things

The need for data collection from sensors dispersed in the environment is an increasingly important problem in the sector of telecommunications. LoRaWAN is one of the most popular protocols for low-power wide-area networks (LPWAN) that is made to solve the aforementioned problem. The aim of this study is to test the behavior of the LoRaWAN protocol when the gateway that collects data is implemented on a flying platform or, more specifically, a drone. This will be pursued using performance data in terms of access to the channel of the sensor nodes connected to the flying gateway. The trajectory of the aircraft is precomputed using a given algorithm and sensor nodes’ clusterization. The expected results are as follows: simulate the LoraWAN system behavior including the trajectory of the drone and the deployment of nodes; compare and discuss the effectiveness of the LoRaWAN simulator by conducting on-field trials, where the trajectory design and the nodes’ deployment are the same.

Studio e implementazione di un autopilota su un UAV ad ala fissa

Si riporta inizialmente un’analisi tecnica dell’autopilota Ardupilot, utilizzato con il firmware Arduplane, che predispone la scheda all’utilizzo specifico su velivoli senza pilota ad ala fissa. La parte sostanziale della tesi riguarda invece lo studio delle leggi di controllo implementate su Arduplane e la loro modellazione, assieme ad altre parti del codice, in ambiente Matlab Simulink. Il sistema di controllo creato, chiamato Attitude Flight System, viene verificato con la tecnica del Software In the Loop in un simulatore di volo virtuale modellato anch’esso in Simulink, si utilizza la dinamica di un velivolo UAV di prova e il software FlightGear per l’ambiente grafico. Di fondamentale importanza è la verifica della compatibilità fra il firmware originale e il codice generato a partire dai modelli Simulink, verifica effettuata mediante test di tipo Hardware in the Loop. L’ultima parte della tesi descrive le prove di volo svolte per verificare le prestazioni della scheda su un aeromodello trainer.

Progetto preliminare di un UAV multi-modale

Studio, a livello preliminare, di un sistema a pilotaggio remoto che permetta la sorveglianza e il monitoraggio di zone aeree e marine ad alto rischio e in contemporanea di compiere una raccolta di dati che possa essere inviata in tempo reale ad un utente a terra. Negli ultimi anni si è sviluppato notevolmente il settore dei velivoli a pilotaggio remoto sia ad ala fissa sia ad ala rotante, per la videoripresa e la fotografia aerea a bassa quota, che è utilizzata in molti ambiti tra i quali la fotogrammetria, la geologia e l’archeologia, nonché per studi scientifici e per la sicurezza. Nel presente lavoro di tesi è stata studiata la fattibilità di un UAV capace di effettuare la sua missione, previa pianificazione, in due ambienti completamente diversi fra loro: l’aria e l’acqua. Così facendo si ha la possibilità di acquistare un solo mezzo con costi minori e con un profilo di missione molto più vasto. Lo sviluppo di questo drone, pensato per operazioni di protezione civile, si è articolato in più fasi: anzitutto si è cercato di stabilire quale fosse il suo ambito di utilizzo e quali caratteristiche avrebbe dovuto avere. Successivamente si è iniziato a valutare l’equipaggiamento del velivolo con tutti i sistemi necessari per compiere la sua attività ed infine si è realizzato un disegno CAD semplificato della sua struttura. La seconda parte del lavoro è stata incentrata sullo studio preliminare della stabilità del velivolo sia in configurazione aerea sia in quella marina andando dapprima a calcolare la posizione del baricentro dell’UAV in modo da avere un velivolo aereo staticamente stabile e a simularne il volo. Successivamente si è modificato un modello Simulink di un UAV disponibile in rete, adattandolo opportunamente a questo caso per simulare parte della missione e si è potuto constatare che il velivolo risulta essere stabile; per far questo sono state calcolate diverse derivate aerodinamiche in modo da poter simulare il comportamento dinamico del velivolo. Anche per la configurazione marina sono state calcolate le derivate aerodinamiche più significative ed è stata realizzata una simulazione per valutare la stabilità del ROV, sempre a comandi fissi. In ultima analisi si è studiata una missione tipica che potrebbe effettuare questo UAV multi-modale: per fare ciò si è tracciata in Google Earth una traiettoria cui sono stati aggiunti alcuni modelli CAD nelle fasi principali del volo per far capire come varia la forma del mezzo durante la missione. Lo scenario della missione è in un contesto di disastro ambientale dovuto ad un incidente in una centrale nucleare vicina al mare, caso che ben si presta alla applicazione di questo mezzo a pilotaggio remoto.

A treatise upon the art of flying, by mechanical means, with a full explanation of the natural principles by which birds are enabled to fly : likewise instructions and plans, for making a flying car with wings, in which a man may sit, and, by working a small lever, cause himself to ascend and soar through the air with the facility of a bird... /

Mode of access: Internet.

Design and Implementation of a Biologically Inspired Flying Robot - An EPS@ISEP 2014 Spring Project

The goal of this EPS@ISEP project proposed in the Spring of 2014 was to develop a flapping wing flying robot. The project was embraced by a multinational team composed of four students from different countries and fields of study. The team designed and implemented a robot inspired by a biplane design, constructed from lightweight materials and battery powered. The prototype, called MyBird, was built with a 250 € budget, reuse existing materials as well as low cost solutions. Although the team's initial idea was to build a light radio controlled robot, time limitations along with setbacks involving the required electrical components led to a light but not radio controlled prototype. The team, from the experience gathered, made a number of future improvement suggestions, namely, the addition of radio control and a camera and the adoption of articulated monoplane design instead of the current biplane design for the wings.

Can body traits, other than wings, reflect the flight ability of Triatominae bugs?

Abstract: INTRODUCTION : Insects of the subfamily Triatominae are vectors of Trypanosoma cruzi , the Chagas disease parasite, and their flying behavior has epidemiological importance. The flying capacity is strikingly different across and within Triatominae species, as well as between sexes or individuals. Many Triatoma infestans individuals have wings but no flying muscles. In other Triatominae species, no clear relationships were found between wing length and flying behavior. If wing presence or size is not reflective of the flying behavior, which other parts of the body could be considered as reliable markers of this important function? METHODS : The genus Mepraia has exceptional characteristics with invariably wingless females and wingless or winged males. We calculated the porous surface exposed to odorant molecules to estimate the olfactory capacity of Mepraia spinolai . The head shape and thorax size were estimated using the geometric morphometric approach and traditional morphometric techniques, respectively. RESULTS : Alary polymorphism in M. spinolai was significantly associated with consistent modification of the thorax size, head shape, and notable change in the estimated olfactory capacity. The macropterous individuals had a larger olfactory surface and thorax size and significantly different head shape compared to those of the micropterous individuals. CONCLUSIONS: We concluded that these structural changes could be associated with the flying potential of Triatominae. Thus, morphological attributes not found on wings could help determine the likely flying potential of the bugs.

Estrategia de intervención militar de Estados Unidos en Medio Oriente: dinámicas y consecuencias del uso de drones en Yemen y Pakistán entre 2009 a 2013

Este es un estudio sobre la estrategia de guerra estadounidense en Medio Oriente basada en el uso sistemático de drones durante el periodo comprendido entre 2009 y 2013. Se busca explicar de qué manera puede considerarse el uso de este tipo de armamento como una práctica basada en la proyección de poder sin mayor vulnerabilidad. Los casos de Pakistán y Yemen son abordados, ya que evidencian las características de las operaciones selectivas por las que ha abogado el Presidente Obama. El estudio se inscribe dentro del realismo ofensivo, haciendo también referencia a sus limitaciones explicativas. Empero, se afirma que las dinámicas y consecuencias de la utilización de drones son intrínsecas a la necesidad estadounidense de combatir actores no estatales mediante prácticas que garanticen su seguridad y pretensiones hegemónicas a pesar de las implicaciones políticas , legales y sociales en las que puede incurrir.

Adaptation of an commercially available stabilised R/C helicopter to a fully autonomous surveillance UAV

This paper presents the development of an autonomous surveillance UAV that competed in the Ministry of Defence Grand Challenge 2008. In order to focus on higher-level mission control, the UAV is built upon an existing commercially available stabilised R/C helicopter platform. The hardware architecture is developed to allow for non-invasion integration with the existing stabilised platform, and to enable to the distributed processing of closed loop control and mission goals. The resulting control system proved highly successful and was capable of flying within 40knott gusts. The software and safety architectures were key to the success of the research and also hold the potential for use in the development of more complex system comprising of multiple UAVs.

Bio-inspired autonomous visual vertical control of a quadrotor UAV

Near ground maneuvers, such as hover, approach and landing, are key elements of autonomy in unmanned aerial vehicles. Such maneuvers have been tackled conventionally by measuring or estimating the velocity and the height above the ground often using ultrasonic or laser range finders. Near ground maneuvers are naturally mastered by flying birds and insects as objects below may be of interest for food or shelter. These animals perform such maneuvers efficiently using only the available vision and vestibular sensory information. In this paper, the time-to-contact (Tau) theory, which conceptualizes the visual strategy with which many species are believed to approach objects, is presented as a solution for Unmanned Aerial Vehicles (UAV) relative ground distance control. The paper shows how such an approach can be visually guided without knowledge of height and velocity relative to the ground. A control scheme that implements the Tau strategy is developed employing only visual information from a monocular camera and an inertial measurement unit. To achieve reliable visual information at a high rate, a novel filtering system is proposed to complement the control system. The proposed system is implemented on-board an experimental quadrotor UAV and shown not only to successfully land and approach ground, but also to enable the user to choose the dynamic characteristics of the approach. The methods presented in this paper are applicable to both aerial and space autonomous vehicles.

In-Flight Collision Avoidance Controller Based Only on OS4 Embedded Sensors

The major goal of this research was the development and implementation of a control system able to avoid collisions during the flight for a mini-quadrotor helicopter, based only on its embedded sensors without changing the environment. However, it is important to highlight that the design aspects must be seriously considered in order to overcome hardware limitations and achieve control simplification. The controllers of a UAV (Unmanned Aerial Vehicle) robot deal with highly unstable dynamics and strong axes coupling. Furthermore, any additional embedded sensor increases the robot total weight and therefore, decreases its operating time. The best balance between embedded electronics and robot operating time is desired. This paper focuses not only on the development and implementation of a collision avoidance controller for a mini-robotic helicopter using only its embedded sensors, but also on the mathematical model that was essential for the controller developing phases. Based on this model we carried out the development of a simulation tool based on MatLab/Simulink that was fundamental for setting the controllers' parameters. This tool allowed us to simulate and improve the OS4 controllers in different modeled environments and test different approaches. After that, the controllers were embedded in the real robot and the results proved to be very robust and feasible. In addition to this, the controller has the advantage of being compatible with future path planners that we are developing.

Relationship between body size and flying-related structures in Neotropical social wasps (Polistinae, Vespidae, Hymenoptera)

Body size influences wing shape and associated muscles in flying animals which is a conspicuous phenomenon in insects, given their wide range in body size. Despite the significance of this, to date, no detailed study has been conducted across a group of species with similar biology allowing a look at specific relationship between body size and flying structures. Neotropical social vespids are a model group to study this problem as they are strong predators that rely heavily on flight while exhibiting a wide range in body size. In this paper we describe the variation in both wing shape, as wing planform, and mesosoma muscle size along the body size gradient of the Neotropical social wasps and discuss the potential factors affecting these changes. Analyses of 56 species were conducted using geometric morphometrics for the wings and lineal morphometrics for the body; independent contrast method regressions were used to correct for the phylogenetic effect. Smaller vespid species exhibit rounded wings, veins that are more concentrated in the proximal region, larger stigmata and the mesosoma is proportionally larger than in larger species. Meanwhile, larger species have more elongated wings, more distally extended venation, smaller stigmata and a proportionally smaller mesosoma. The differences in wing shape and other traits could be related to differences in flight demands caused by smaller and larger body sizes. Species around the extremes of body size distribution may invest more in flight muscle mass than species of intermediate sizes.

Modellizzazione dinamica di un motore brushless DC per uso propulsivo su droni

Studio e realizzazione di un modello dinamico, in Simulink, del sistema propulsivo di un aeromodello, dotato di un autopilota e di un'elettronica di bordo. Tali caratteristiche consentono al drone di effettuare delle operazioni di volo in piena autonomia.

Modellistica e determinazione della dinamica di un quadrotor UAV per fini di controllo

Nella tesi vengono proposte una modellazione di un quadrotor affetto da un campo vettoriale incognito aerodinamico e la sua identificazione basata su non linear geometric approach e su reti neurali a funzione di base radiale (RBF). Il non linear geometric approach viene utilizzato per il disaccoppiamento delle componenti incognite aerodinamiche mentre le modellazione RBF dei coefficienti permette di applicare un algoritmo ai minimi quadrati per l'identificazione del sistema. Infine viene implementato un simulatore in ambiente MATLAB Simulink per la validazione della metodologia. Le simulazioni effettuate dimostrano la bontà del metodo proposto.