[en] DESIGN, SIMULATION AND PROTOTYPING OF AN OMNIDIRECTIONAL MULTIROTOR UNMANNED AERIAL VEHICLE

[pt] PROJETO, SIMULAÇÃO E PROTOTIPAGEM DE UM VEÍCULO AÉREO NÃO TRIPULADO DO TIPO MULTIRROTOR OMNIDIRECIONAL

[pt] FABIO PINHEIRO CARDOSO

[pt] ESTABILIDADE

[pt] MULTIRROTOR

[pt] OMNIDIRECIONAL

[pt] VANT

[pt] GRAU DE LIBERDADE - GDL

[en] STABILITY

[en] MULTIROTOR

[en] OMNIDIRECTIONAL

[en] UAV

[en] DEGREE OF FREEDOM

[pt] Este trabalho apresenta o projeto, simulação e prototipagem para um tipo de Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) multirrotor omnidirecional, com os motores fixos e hélices bidirecionais. Essa configuração apresenta potencial de desempenhar manobras incomuns para as configurações convencionais (sub-atuadas), uma vez que podem ser sobre atuadas ou plenamente atuadas a depender da quantidade de moto-propulsores instalados. As configurações típicas de VANTs multirrotores convencionais normalmente dispõem seus motores alocados no mesmo plano e com seus eixos de rotação paralelos. Entretanto, a proposta discutida nesse trabalho possui seus conjuntos moto-propulsores dispostos em planos concorrentes e em posições tais que potencializam as forças e torques disponíveis, podendo assim propiciar trajetórias de movimentos inatingíveis para os multirrotores comuns. Essa dissertação então apresenta um estado da arte/técnica, visitando alguns trabalhos sobre VANTs omnidirecionais, que vão desde VANTs omnidirecionais com rotores de direção variável, até os multirrotores omnidirecionais com rotores fixos. Baseada nessa visão geral do problema é apresentado o desenvolvimento da modelagem matemática da plataforma aérea e de alguns dos seus subsistemas. Essa modelagem é seguida de simulações que auxiliam nas previsões e estimativas para o comportamento dinâmico do sistema. Essas informações são úteis para subsidiar o dimensionamento de outros componentes como o frame, o sistema de propulsão entre outros, além de estabelecer uma base de parâmetros para futuros testes do modelo físico do protótipo. Com base nas discussões anteriores um leiaute básico para a plataforma aérea é proposto e alguns aspectos de desempenho são avaliados e analisados e, com base nestes, são propostos alguns trabalhos futuros.

[en] This work presents the design, simulation and prototyping for a type of Unmanned Aerial Vehicle (UAV), with fixed motors and bidirectional propellers. This configuration has the potential to perform unusual maneuvers compared to conventional (under-actuated) configurations, since they can be over-actuated or fully actuated depending on the number of motor-propellers installed. Typical configurations of conventional multirotor UAVs normally have their motors located in the same plane and with their rotation axes parallel. However, the proposal discussed in this work has its motors-propellers arranged in competing planes and in positions that enhance the available forces and torques, thus being able to provide movement trajectories that are unattainable for common multirotors. This dissertation then presents a state of the art/technique, visiting some works on omnidirectional UAVs, ranging from omnidirectional UAVs with variable direction rotors, to omnidirectional multirotors with fixed rotors. Based on this overview of the problem, the development of mathematical modeling of the aerial platform and some of its subsystems is presented. This modeling is followed by simulations that help in predictions and estimates for the dynamic behavior of the system. This information is useful to support the sizing of other components such as the frame, the propulsion system, among others, in addition to establishing a base of parameters for future tests of the physical model of the prototype. Based on the previous discussions, a basic layout for the aerial platform is proposed and some performance aspects are evaluated and analyzed and, based on these, some future work is proposed.

MARCO ANTONIO MEGGIOLARO

JOAO CARLOS VIRGOLINO SOARES

MARCO ANTONIO MEGGIOLARO

IVAN FABIO MOTA DE MENEZES

JOAO CARLOS VIRGOLINO SOARES

RAFAEL MENEZES DE OLIVEIRA

CRISTIANO DE SOUZA DE CARVALHO

2025-02-03

2024-05-29

[pt] TEXTO

application/pdf

PORTUGUÊS

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=69238@1

https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=69238@2

https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.69238