Autonomní lokalizace zdroje záření v 3D prostředí pomocí skupiny UAV

Abstract

Práce je zaměřena na využití skupiny bezpilotních helikoptér v úloze hledání pozice neznámého zdroje ionizujícího záření. Tato úloha je řešena v prostředí s překážkami. Podstatnou část práce tvoří vývoj nových součástí pro robotický simulátor Gazebo, díky kterým je možné vytvářet realistické simulace obsahující radioaktivní zářiče a překážky s různými vlastnostmi. K detekci radioaktivního záření slouží moderní senzor Timepix, jehož rozměry a nízká hmotnost umožňují jeho umístění přímo na palubu malých bezpilotních helikoptér. Stávající model tohoto detektoru pro simulátor Gazebo byl kompletně přepracován. Veškeré interakce záření s prostředím jsou nyní řešeny na úrovni jednotlivých částic. V prostředí simulátoru byly navrženy a otestovány algoritmy pro řízení libovolně velké skupiny helikoptér, která pomocí palubních senzorů Timepix aktivně vyhledává pozici zářiče. Teoretické předpoklady a simulace jsou podpořeny také reálným experimentem, ve kterém je pomocí helikoptéry mapována intenzita gamma záření, produkovaného izotopem Americia-241.

This thesis tackles the task of using a group of unmanned aerial vehicles (UAVs) to locate an unknown source of ionizing radiation. The task is solved for an environment containing obstacles. A significant contribution of this work is the development of plugins for a robotic simulator Gazebo, which allow for creation of highly realistic simulations with radiation sources and obstacles of various properties. The detection of radiation is performed by a modern detector Timepix. Small size and low weight of the detector allow for it to be directly mounted onto a UAV. The current Gazebo model of this detector was completely reworked. Now the simulation takes into account interactions of individual radiation particles with the environment. The simulated environment was used to design and test algorithms for control of a group of UAVs. These UAVs utilize the onboard sensors to estimate the position of the radiation source in real time. The theoretical assumptions and simulation results are supported by a real experiment, in which one UAV was mapping the intensity of gamma radiation produced by an isotope of Americium-241.