Uso de Sensores como GPS, IMU e Câmeras para Navegação - Sistemas de Navegação e Localização (Engenharia da Computação)

   

Uso de Sensores como GPS, IMU e Câmeras para Navegação - Sistemas de Navegação e Localização (Engenharia da Computação)

Objetivo:

Ao final desta aula, os alunos serão capazes de:

• Compreender os princípios de funcionamento de diferentes sensores utilizados para navegação, como GPS, IMU e câmeras.
• Analisar as características e limitations de cada tipo de sensor.
• Integrar dados de diferentes sensores para melhorar a precisão e confiabilidade da navegação.
• Implementar algoritmos de navegação utilizando sensores em um sistema robótico.
• Avaliar o desempenho do sistema de navegação e identificar possíveis problemas.

Conteúdo:

1. Introdução:

• Revisão dos conceitos básicos de robótica móvel e navegação autônoma.
• Apresentação da importância dos sensores para a navegação.
• Exemplos de aplicações de sistemas de navegação com sensores.

2. Sensores GPS:

• Funcionamento do sistema GPS e suas características.
• Precisão, confiabilidade e limitations do GPS.
• Aplicações do GPS em navegação terrestre, marítima e aérea.

3. Sensores IMU:

• Princípios de funcionamento de acelerômetros, giroscópios e magnetômetros.
• Integração de dados de sensores IMU para estimação de orientação e movimento.
• Aplicações de IMUs em navegação autônoma e estabilização de plataformas.

4. Sensores de Câmera:

• Visão computacional para extração de informações de imagens.
• Algoritmos de detecção de características, correspondência de imagens e SLAM.
• Aplicações de câmeras em navegação visual e mapeamento de ambientes.

5. Integração de Sensores:

• Filtros de sensores para fusão de dados de diferentes fontes.
• Algoritmos de estimação de estado para combinar informações de sensores.
• Melhoria da precisão, confiabilidade e robustez da navegação através da integração de sensores.

6. Implementação de Sistema de Navegação:

• Desenvolvimento de um sistema de navegação utilizando sensores em um robô móvel.
• Seleção dos sensores adequados para a aplicação específica.
• Implementação de algoritmos de navegação e fusão de dados.

7. Avaliação e Desafios:

• Critérios para avaliação do desempenho do sistema de navegação.
• Análise de erros e identificação de fontes de problemas.
• Desafios na navegação em ambientes complexos, dinâmicos e com pouca informação sensorial.

8. Atividade prática:

• Dividir a turma em grupos e distribuir um problema de navegação para cada grupo.
• Cada grupo deve:
  • Analisar o problema e definir os requisitos de navegação.
  • Selecionar os sensores adequados para a aplicação.
  • Implementar um sistema de navegação utilizando os sensores escolhidos.
  • Testar o sistema em um ambiente simulado ou real.
  • Apresentar os resultados e discutir os desafios encontrados.
• Discussão em grupo sobre as vantagens e desvantagens da utilização de diferentes sensores para navegação e as perspectivas futuras para essa área.

Recursos Adicionais:

• Livros:
  • "Probabilistic Robotics" - Sebastian Thrun, Wolfram Burgard, Dieter Fox
  • "Robot Programming: A Practical Introduction" - Vikram Manikandan
  • "Sensors for Mobile Robots: Principles and Applications" - T. G. Ziemann
• Sites:
  • Sociedade Brasileira de Robótica: https://sol.sbc.org.br/index.php/sbrlars
  • RoboHub: https://robohub.org/
  • IEEE Robotics & Automation Society: http://www.ieee-ras.org/

Observações:

• Esta aula pode ser adaptada de acordo com o nível de conhecimento e interesse dos alunos.
• É importante incentivar a participação dos alunos na aula, através de perguntas, debates e atividades práticas.
• O professor deve se manter atualizado sobre as pesquisas e inovações em sensores e navegação para fornecer aos alunos informações relevantes e precisas.

Exemplos de problemas de navegação para a atividade prática:

• Navegar em um labirinto utilizando um robô móvel.