Campo DC | Valor | Idioma |
dc.creator | Oliveira, Yuri de Matos Alves de | - |
dc.date.accessioned | 2023-11-13T14:09:05Z | - |
dc.date.available | 2023-11-13T14:09:05Z | - |
dc.date.issued | 2023-04-14 | - |
dc.identifier.uri | https://repositorio.ufba.br/handle/ri/38432 | - |
dc.description.abstract | The deployment and retrieval of Autonomous Underwater Vehicles (AUV) are operations
with high costs, duration and risks for the operators. A possible solution to reduce these
three factors is the autonomous deployment and retrieval of the AUV from Unmanned
Surface Vehicles (USV) instead of operators in a surface vessel. A fundamental step in
the full autonomous retrieval of the AUV is the docking stage, in which the AUV enters
inside a mobile docking station (DS) attached to the USV. The control algorithm for
docking has to ensure that the DS is in the AUV’s sensors field of view (FOV) and that
the AUV is in the DS’s sensors FOV. Moreover, the controller has to control the vehicle
precisely to avoid crashing the AUV with the DS or USV.
A controller that is vastly used in the literature to solve these problem is the model
predictive controller (MPC). Nonetheless, most of docking MPCs do not take into ac-
count the prediction of DS movement in the optimization problem. Additionally, various
docking MPC proposed in the literature considers, that the goal pose of docking MPC is
the pose of the DS. Although, in reality, by the end of docking maneuver, the AUV has
to be in a pose and with a velocity relative to the DS, but not in the same. Therefore,
for an AUV docking, the computation of pose and velocity setpoint for the docking con-
troller has to consider this relative pose. The proposal of this work is to take into account
this docked pose and its movement prediction in the MPC. Additionally, this work will
maintain some contributions that already have been developed for AUV MPC docking,
which are the implementation of thrusters limits and FOV constraints of DS and AUV
in the docking MPC controller.
For validation of the proposal, the solution was tested in a Gazebo simulated envi-
ronment, in which the underwater dynamics were computed by underwater unmanned
vehicles (UUV) simulator [1]. The robot operating system (ROS) [2] framework and
Casadi [3] optimization library were used to develop the controller and connect it with
the simulation. For the test cases, the parameters and 3D model of the commercial
BlueROV2 Heavy were used to represent the DS and the AUV in the simulation.
Two test cases were designed to demonstrate the efficiency of predicting docked pose
movement with the MPC, one with a vertical oscillation motion of the DS and the other
with a rotational and horizontal motion. The FOV constraints and the prediction of the
docked pose movement were successfully tested together for the vertical oscillation, but
it was computationally expensive, thus only the DS FOV constraint was used for the
other tests. For both test cases the conclusion was that the docking maneuver is faster
and that the error between the AUV and the goal pose is smaller when the goal of the
docking MPC uses the prediction of DS movement, instead of its current states. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Technology Innovation Institute | pt_BR |
dc.language | eng | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal da Bahia | pt_BR |
dc.rights | CC0 1.0 Universal | * |
dc.rights.uri | http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/ | * |
dc.subject | Veículos autônomos submarinos | pt_BR |
dc.subject | Atracação | pt_BR |
dc.subject | Controle | pt_BR |
dc.subject | Otimização | pt_BR |
dc.subject | Controlador preditivo baseado em modelo | pt_BR |
dc.subject.other | Autonomous underwater vehicles | pt_BR |
dc.subject.other | Docking | pt_BR |
dc.subject.other | Control | pt_BR |
dc.subject.other | Optimization | pt_BR |
dc.subject.other | Model predictive controller | pt_BR |
dc.title | Optimal guidance and control of autonomous underwater vehicle for docking task | pt_BR |
dc.type | Dissertação | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Mecatrônica da UFBA (PPGM) | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFBA | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA NAVAL E OCEANICA::MAQUINAS MARITIMAS | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Schnitman, Leizer | - |
dc.contributor.advisor-co1 | Nicola, Jeremy | - |
dc.contributor.referee1 | Schnitman, Leizer | - |
dc.contributor.referee2 | Nicola, Jeremy | - |
dc.contributor.referee3 | Le Bars, Fabrice | - |
dc.contributor.referee4 | Galvão, Roberto K. H. | - |
dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/6369756762426245 | pt_BR |
dc.description.resumo | A inserção e retirada de veı́culos autônomos submarinos (AUV) são operações de alto
custo, duração e risco para os operadores. Uma possı́vel solução para a redução desses
três fatores é a substituição destes operadores por veı́culos de superfı́cie não tripulados
(USV). Uma etapa fundamental para retirada do AUV de forma autônoma é a atracação,
que é o momento em que o AUV entra na estação de atracação (DS) móvel, que por sua
vez estaria sendo rebocada pelo USV. O algoritmo de controle do AUV deve garantir
que a DS está no campo de visão (FOV) dos sensores do AUV, assim como que o AUV
está no FOV dos sensores da DS. Ademais, o controlador deve controlar o AUV de forma
precisa para evitar a colisão indesejada entre o AUV e a DS.
Um controlador muito utilizado na literatura para resolver esses problemas é o contro-
lador preditivo baseado em modelo (MPC). Contudo, a maioria dos MPCs de atracação
não consideram a predição do movimento da DS em seu problema de otimização. Além
disso, diversos MPCs de atracação consideram que o objetivo do MPC é levar o AUV
para a mesma pose da DS. Porém, ao fim da manobra de atracação, o AUV deve estar
em uma pose e com uma velocidade relativa a DS, e não nas mesmas. Dessa forma,
para a atracação de um AUV, essa pose e velocidade relativas devem ser consideradas no
cálculo de referência do controlador. Portanto, a proposta deste trabalho é a de levar em
consideração essa pose relativa de atracação e a predição de sua movimentação no MPC.
Por fim, esse trabalho também se propõe a manter contribuições já realizadas por outros
trabalhos. Tais contribuições são as implementações no MPC dos limites dos propulsores,
garantia que o AUV está no FOV da DS e garantia que a DS está no FOV do AUV.
Para a validação da proposta deste trabalho, a solução foi testada em um ambiente de
simulação no Gazebo, no qual a dinâmica submarina foi computada pelo UUV Simulator
[1]. A framework robot operating system (ROS) [2] e a biblioteca de otimização Casadi
[3] foram usados para o desenvolvimento do controlador e para a sua conexão com o
simulador. Para os casos de teste, os parâmetros e o modelo 3D do veı́culo submarino
comercial BlueROV2 Heavy foram utilizados para representar a DS e o AUV na simulação.
Dois casos de testes foram elaborados para demonstrar a eficiência da predição do
movimento da pose de atracação no MPC, um com uma oscilação vertical da DS e outro
com um movimento rotacional e horizontal. As restrições de FOV e a predição da pose de
atracação foram testadas simultaneamente com sucesso para caso de teste com oscilação
vertical, mas por ter sido computacionalmente muito custoso, a restrição do FOV do AUV
foi retirada para o outro teste. Para ambos os casos de teste concluiu-se que o tempo de
atracação é reduzido e que o erro entre a pose do AUV e sua pose de atracação é menor
quando é realizada a predição do movimento da DS. | pt_BR |
dc.publisher.department | Instituto de Computação - IC | pt_BR |
dc.type.degree | Mestrado Acadêmico | pt_BR |
Aparece nas coleções: | Dissertação (PPGM)
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