Programming of an indoor autonomous drone and metrological characterization

In recent years, quadcopter unmanned aerial vehicles (UAVs) have become so widespread and advanced that they are not only used for entertainment but also outdoor autonomous applications such as parcel delivery. However, the same cannot be said for indoor environments due to a lack of global positioning system (GPS) availability. In this Thesis, the goal is to get an accurate understanding of such a quadcopter’s metrological characteristics and use them for programming it towards autonomy in indoor environments without the need for further expensive equipment. What are the metrological limits of a quad-copter equipped with a low-cost inertial measurement unit (IMU)? and how can we use it for tasks such as route following in a room? In order to understand the accuracy and limits of tools such as sensors for altitude and acceleration and technologies like image processing and attitude estimation used in AR.Drone 2.0, the quadcopter in question, tests were run and their data were analyzed. Later, using the results from the previous tests, the drone was programmed to use its image processing technology to follow the prepared path on the floor of a room without pilot interaction. The results indicated that with low-cost IMU and primary technologies embedded in an AR.Drone, it is possible to have a relatively low-cost autonomous route following drone for indoor environments.

Negli ultimi anni, i veicoli aerei senza pilota (UAV) del tipo quadricotteri sono diventati così diffusi ed avanzati che non vengono utilizzati solo per l'intrattenimento ma anche per applicazioni autonome all'aperto, come ad esempio la consegna di pacchi. Tuttavia, lo stesso non si può dire per gli ambienti interni a causa della mancanza di disponibilità del sistema di posizionamento globale (GPS). In questa Tesi, l'obiettivo è quello di ottenere una comprensione accurata delle caratteristiche metrologiche di un quadricottero ed utilizzarle per programmarlo in modo che possa volare in autonomia in ambienti interni, senza la necessità di ulteriori costose apparecchiature. Quali sono i limiti metrologici di un quadricottero dotato di un’unità di misura inerziale (IMU) a basso costo? e come possiamo usarlo per il nostro obiettivo, come ad esempio seguire il percorso in una stanza? Diversi test sono stati eseguiti ed i risultati ottenuti sono stati analizzati, al fine di comprendere l'accuratezza ed i limiti degli strumenti montati sul drone AR.Drone 2.0 (il quad-elicottero in questione) e delle tecnologie in esso implementate: come i sensori di altitudine, i sensori di accelerazione, l'elaborazione delle immagini e la stima dell'assetto. Successivamente, utilizzando i risultati di tali test, il drone è stato programmato in modo tale da utilizzare la sua tecnologia di elaborazione delle immagini per seguire un determinato percorso preparato sul pavimento di una stanza, senza l'interazione del pilota. I risultati hanno indicato che, con una IMU a basso costo e con le tecnologie primarie incorporate nell’ AR.Drone, è possibile far seguire al drone un percorso autonomo in ambienti interni.