Inspeção de linhas de transmissão com VANTS

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Os Veículos Aéreos não Tripulados (VANTS) são um dos projetos desenvolvidos pela equipe de Sistemas Embarcados do Centro de Estudos e Sistemas Avançados do Recife (C.E.S.A.R), que se consolidou entre os principais institutos de pesquisa do Brasil no desenvolvimento de tecnologias desta categoria. A plataforma aérea do sistema foi criada para atuar nas tarefas de inspeção de linhas de transmissão de energia e é capaz de voar através de ambientes sujeitos a fortes rajadas de vento e obedecendo a uma rota pré-programada ao longo das linhas de transmissão do objeto de inspeção. Durante o voo, a aeronave capta imagens que permitem a visualização de seus elementos, como por exemplo, cabos, emendas, espaçadores e isoladores. Quando necessário, suas manobras podem ser comandadas por uma estação remota através de um piloto humano que terá a sua disposição monitores que reproduzem em tempo real as imagens captadas pelas câmeras.

No processo de criação, foram desenvolvidas diversas tecnologias no âmbito de VANTS. A operação e manutenção desses sistemas também exigiram um desenvolvimento técnico da equipe envolvida no projeto. Foram testadas várias abordagens técnicas e disponibilizados veículos de diferentes tecnologias. Sendo consideradas as características de cada uma delas, como combustível, nível de vibração e autonomia. Com esse projeto, foi possível disponibilizar equipamentos que contemplam os requisitos do projeto e validar tecnologias mais recentes, que estão em desenvolvimento e que deverão ser mais indicadas no longo prazo. O desenvolvimento de sistemas de controle de tempo real coloca a equipe em um elevado patamar de inovação tecnológica. 

Foram realizados testes de inspeções de linhas de transmissão de energia elétrica com quatro protótipos disponibilizados e os requisitos foram atendidos, validando diferentes abordagens tecnológicas de VANTS. Mas a equipe do C.E.S.A.R ainda busca mais, as tecnologias  serão avançadas para aperfeiçoar as imagens, tornando-as mais detalhadas, para aumentar o tempo de autonomia, simplificar a operação, identificar automaticamente as anomalias, entre outras características que podem ser superadas com novos desenvolvimentos.

CARACTERÍSTICAS 

  • Baixo custo (operação e manutenção)
  • Baixo risco (humano e material)
  • Permite utilização em áreas remotas e/ou situações inseguras
  • Flexibilidade operacional
  • Operação 24h/7d
  • Suporte a vários tipos de inspeção

SUBSISTEMAS

Sistema de Guiamento e Controle:

  • Autônomo, pode executar uma missão sem a necessidade de intervenção humana;
  • Controle em tempo real;
  • Algoritmos de tratamento digital de sinais e fusão de sensores;

Frame:

  • Uso de soluções consolidadas no mercado;
  • Menor custo e facilidade de compra;
  • Materiais específicos para baixa interferência de sinais de rádio e pouca vibração;

Sistema de Comunicação:

  • Transmissão de dados e imagens;
  • Streaming de Vídeo em tempo Real;
  • Respostas imediatas para comandos da Ground Station;
  • Alcance de pelo menos 2km; 

Sensores: 

  • Maior precisão na medição de altitude – fusão de sinais obtidos de barômetro, acelerômetros e GPS ;
  • Diversos tipos: acelerômetros, giroscópios, barômetros, magnetômetros, GPS, dentre outros;
  • Detector de colisão e proximidade da linha;

Apontamento e Imageamento:

  • Espectro visual e calor (infravermelho);
  • Zoom de grande alcance;
  • Controle de apontamento da câmera em pelo menos dois eixos;
  • Digitalização de vídeo à bordo;
  • Otimização de uso de banda para transmissão;
  • Estabilização da imagem, filtro de vibrações em tempo real;
  • Processamento de imagem;
  • Disponibilização de streaming em rede para visualização da imagem em tempo real nos escritórios da Chesf;

Ground Station:

  • Case robusto resistente à operação de campo;
  • Facilidade de montagem e transporte;
  • Tela com alto contraste para visualização em campo;
  • Sistema de fácil interação e funcionalidades para detalhamento da inspeção;

Arquitetura do sistema de guiamento e controle

A arquitetura de hardware do sistema de Estabilização Guiamento e Controle contou com um núcleo de processamento principal baseado em um microcontrolador Arm Cortex-M4 STM32F407 que se comunica via UART com um módulo GPS ublox PAM7-q e via SPI, com um núcleo Inercial.

O sistema inercial – IMU é baseado na solução da ST MKI062V2 que possui um microcontrolador STM32F103, um LSM303DHL que conta com 6 eixos de Acelerômetros e Magnetômetros, um giroscópio LY303ALH (Yaw), um LPR403AL, giroscópio em 2 eixos (Pitch e Roll), um LPS001DL Sensor de pressão, reguladores de tensão e sensores de temperatura com watchdog.

No núcleo de Sensores roda um sistema de processamento de sinais com filtros de kalman e um algoritmo de fusão de sensores que transmite em tempo real para o núcleo de processamento principal as inclinações da aeronave nos ângulos yaw,pitch e roll, a altitude, e o header (posição do nariz com relação ao polo magnético da terra).

No núcleo de processamento principal roda, em um primeiro nível, três malhas de controle, a uma frequência de 20 Hz. Essas malhas ajustam os ângulos da aeronave de acordo com o sinal dos sensores, atuando diretamente nos Servo Motores da Bailarina (Sistema mecânico que ajusta a inclinação das pás do helicóptero) e do Throtle (acelerador), fazendo a aeronave permanecer no ângulo desejado.

Em um nível superior, a cerca de 1 Hz, é executada outra malha de controle que a partir das coordenadas globais da aeronave, do ponto desejado e modo de operação, calcula o vetor de velocidade de cruzeiro que por sua vez determina os ângulos desejados que alimentam a primeira malha.

Vídeo do projeto:

Sobre o C.E.S.A.R

O C.E.S.A.R é um centro privado de inovação que cria produtos, serviços e empresas com Tecnologias da Informação e Comunicação (TICs). Desde 1996, a instituição desenvolve soluções em todo o processo de geração de inovação em e com TICs – desde o desenvolvimento da ideia, passando pela concepção e prototipação, até a execução de projetos para empresas dos mais diversos setores, como: telecomunicações, eletroeletrônicos, defesa, automação comercial, financeiro, logística, energia, saúde e agronegócio. O C.E.S.A.R atua também na área educacional, com cursos de extensão, especialização e mestrado profissional em TICs, além de oferecer consultorias tanto para a criação de modelos/metodologias educacionais inovadoras, como para criação de estratégicas de negócio conectadas com tecnologia.

Uma lista parcial de clientes do C.E.S.A.R inclui Exército Brasileiro, Agência Nacional das Águas (ANA), CHESF, Banco Central do Brasil, Alcatel, Gemalto, Bematech, Rapidão Cometa, Bradesco, Whirlpool, Tetrapak, Motorola, Oi, Positivo, Samsung, Siemens e Philips VMI. Em 2012, o C.E.S.A.R realizou um total de R$ 63 milhões em projetos.

Prêmios e reconhecimentos nacionais validam a contribuição do C.E.S.A.R para o desenvolvimento da indústria de inovação no país. Destaque para o Prêmio FINEP de Mais Inovadora Instituição de Pesquisa do Brasil (2004 e 2010), o Prêmio de Modelo de Negócios Mais Inovador do País pela Revista Época Negócios (2009) e o Prêmio Info200 de Melhor Empresa de Serviços de Software (2005). Mais em www.cesar.org.br.

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