Simulação e Controle

Laboratório de Veículo Aéreo Não-Tripulado

Laboratório de Veículo Aéreo Não-Tripulado

Pronto para as pesquisas mais avançadas em controle de veículos não tripulados!

O quadricóptero QBall2 da Quanser é um robô aéreo indoor perfeito para uma vasta gama de aplicações em pesquisa de veículos aéreos não tripulados incluindo: 

  • Modelagem e controle do veículo;
  • Planejamento de movimento;
  • Evitar obstáculos;
  • Fusão de sensores;
  • Gerenciamento de frota;
  • Controle de tolerância de falhas;
  • Operação e supervisão autônoma;
  • Navegação de multi-agentes e muito mais.

O laboratório consiste em um QBall2, um PC com Windows®, teclado e mouse (sem monitor) pré-configurado (Matlab/Simulink com licenças temporárias), QUARC e seis cameras OptiTrack. A arquitetura aberta do sistema permite ao usuário projetar e adicionar sensores de prateleira ao sistema. Isso se traduz em uma plataforma flexível de arquitetura aberta onde os pesquisadores podem rapidamente desenvolver e aplicar controladores/controles de algoritmos sem precisar integrar outros softwares ou hardwares ao sistema. 

Projetado para uso seguro em ambientes fechados, o Qball2 também é um instrumento ideal para ensinos básicos de navegação veicular e controle.

 

Crie uma plataforma Múlti-agentes para veículos autônomos

Integrando o QBall2 com outro QBall2, ou com um veículo terrestre QBot2, ou com um outro equipamento autônomo de outro fabricante, permite aos pesquisadores construirem uma plataforma de pesquisa flexível, de arquitetura aberta, multi-agentes e multi-propósito.  O laboratório de veículos não tripulados da Quanser fornece uma solução completa, de ambiente integrado para explorar areas incluíndo controle colaborativo, controle adaptativo, controle de tolerância de falhas, fusão de sensores, gerenciamento de frota, tudo isso dentro de um ambiente de laboratório indoor.

 

Laboratório Veículos Não Tripulados

Como Funciona?

QBall2

O QBall2 é um quadrirotor propulsionado por quatro motores sem escovas com hélices de 10 polegadas. O quadrirotor é interamente protegido por uma gaiola em fibra de carbono (patent pending), protegendo os motores e helices de um contato com obstáculos ou colisão com outros veículos no espaço de trabalho. Ao mesmo tempo, assegura uma operação segura em ambiente fechado. O joystick permite ao operador voar o QBall2 usando controles para altura, roll, pitch e yaw. Quando voando o QBall2 no modo autônomo, o joystick é usado para iniciar e ativar o QBall2 e atuar como uma chave de segurança.

O QBall2 é equipado com um acelerômetro de 3 eixos, um giroscópio de 3 eixos e um sensor sonar para altura. Os usuários podem incluir sensores de prateleira que são suportados pelo software QUARC, incluindo sensores digitais (SPI, UART, I²C) e sensores analógicos.

Para a medicao dos sensores embarcados e os motores, o QBall2 utiliza uma placa de aquisicao de dados Quanser Avionics DAQ e um computador embarcado Gumstix Duovero sem fio. A DAQ é uma unidade de medida em alta resolução (IMU) e as entradas e saídas da placa avionic é projetada para acomodar uma variedade de aplicações de pesquisa. A interface com o QBall2 é feita através do QUARC (software de controle real-time da Quanser) junto com o Matlab/Simulink.

O QBall2 é alimentado por uma bateria de Lithium-Polímero, assegurando 10min de vôo contínuo com uma única carga completa.

Estação de trabalho 

A estação de trabalho vem pré-configurada com os softwares de pesquisa, incluindo o QUARC da Quanser e o OptiTrack Motive. O QUARC gera os códigos que são transferidos para o computador Gumstix embarcado no veiculo, onde este executa os controladores. Durante o vôo, enquanto os controladores estão sendo executados no Gumstix, os usuários podem refinar os parâmetros em tempo real e assim observar as medições dos sensores na estação de trabalho terrestre. Os controladores são desenvolvidos no Simulink® com QUARC e os modelos são transferidos via conexão sem fio entre a estação de trabalho e o Gumstix.

Sistema de Câmeras OptiTrack

A posição do QBall2 no espaço é rastreada com medidas precisas usando um sistema de câmeras OptiTrack com seis cameras infravermelhas sincronizadas conectadas a estação de trabalho terrestre. O sistema de cameras pode ser personalizado e comportar até 24 câmeras para atender a requerimentos avançados de localização. Os blocos OptiTrack no QUARC permitem aos usuários remotamente fazer a interface e controlar as cameras e permite a experimentação de baseada em localização em tempo real com mais facilidade.

  

Material de pesquisa desenvolvido pela Quanser incluso

O QBall2 vem com materiais desenvolvidos pela Quanser, incluindo manual do usuário e controles pré-projetados. Levando em conta que a Quanser oferece suporte de engenheiros e técnicos, esta plataforma supera e muito as soluções caseiras, economizando ao pesquisador tempo e dinheiro, permitindo assim ao pesquisador se concentrar em nos conceitos avançados da sua pesquisa em controle.

 

  • Protective carbon fiber cage for indoors use, enclosing Qball 2 motors, propellers and embedded computer
  • Ready for use out of the box, no assembly required
  • High-definition on-board avionics data acquisition card
  • Low power on-board computer with Linux operating system for high-level, real-time decision making and task execution
  • Built-in sensors (3-axis accelerometer, 3-axis gyroscope, sonar height sensor)
  • Customizable with off-the-shelf sensors supported by QUARC (digital - SPI, UART, IªC; analog sensor)
  • Accurate localization and tracking system
  • Wireless inter-vehicle communication capabilities for multi-agent research applications
  • Up to 10 min flight time on one battery charge
  • Up to 300 g payload
  • Fully compatible with MATLAB®/Simulink® 
  • Fully documented system models and parameters provided for MATLAB®, Simulink®
  • Open architecture design, allowing users to design their own controller

 

QBall 2  
Diameter 0.7 m
Power 2 LiPo rechargeable batteries, 2700 mAh, 3-cell
Flight time 10 min per charge
Weight (with batteries) 1410 g
Maximum payload 300 g
Embedded Computer  
On-board computer Gumstix DuoVero Zephyr with integrated 802.11 b/g/n WiFi
Processor ARM Cortex-A9, 1 GHz
Memory 1 GB DDR SDRAM
QUARC maximum sample rate 1,000 Hz
I/O Channels Specifications  
PWM motor outputs 4
Configurable PWM outputs 2
3-axis gyroscope 250 deg/s - 500 deg/s - 2,000 deg/s selectable range
3-axis accelerometer ± 2g - ± 4g - ± 8g selectable range
Sonar height sensor 0.2 m - 7.65 m range
1 cm resolution
Analog input 2
12-bit, 0 V - 5 V
SPI 1
Reconfigurable digital I/O 8
UART 1 serial 3.3V
I²C 1

 

 

O Quanser QBall2 foi projetado inicialmente para aplicações de pesquisa. Atualmente nenhum currículo para ensino é fornecido pela Quanser. Contudo, o sistema vem sendo usado para ensino de graduação e pos graduação em diversas universidades no mundo. Por exemplo, na Concordia University no Canadá o Dr. Youmin Zhang utiliza o sistema para os cursos de Flight Control Systems, Fault Diagnosis e Fault Tolerant Control Systems.

 

 

Your QBall 2 system includes:

  • QBall 2 vehicle with joystick
  • ground station with pre-installed Quanser's QUARC real-time control software
  • 6-camera OptiTrack localization system* with the OptiTrack Motive software
  • extra 2-LiPo battery pack

You can add up to 24 OptiTrack cameras for advanced localization requirements (additional cameras can be purchased separately).

To run the QBall 2, you will also need a Stateflow® Simulink add-on (can be purchased from The MathWorks). MATLAB® and Simulink® licenses are not included.

* tripé não incluido.

 

 

Download

  1. QBall2 - Ficha técnica

  2. Estudo de Caso

     

Veja alguns videos do experimento em funcionamento:

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