Projeto e Modelagem de Multi-rotor

 

Cada vez mais, os Veículos Aéreos Não Tripulados (VANTs) têm atraído a atenção de diversos  setores  econômicos. Os  VANTs  vêm  ganhando espaço,  sobretudo, no setor  militar, onde  suas  aplicações  envolvem  o monitoramento e  o  combate  em zonas  críticas. Porém,  estes  também  encontram  muitas outras aplicações  civis  e comerciais, tal como a inspeção de estruturas, abastecimento aéreo de aeronaves, coordenação no combate a incêndios, agricultura de precisão, entre outras.

Os  quadricópteros  não  tripulados,  em  especial,  se  sobressaem  por  sua  alta versatilidade  e  simplicidade  construtiva  em  relação  aos  demais  tipos  de  VANTs.

A grande agilidade e liberdade de movimentação, juntamente com sua capacidade de decolagem  e  pouso  vertical, são  características  que  tornam  um  quadricóptero  a aeronave  mais  adequada  para  o  acesso  a  locais  de  difícil  acesso,  abertos  ou fechados.

Este  trabalho  objetiva  construir  o  protótipo  de  um  quadricóptero  seguidor  de trajetória.  Para  tanto,  pretende-se  aplicar  conhecimentos  pertinentes  logrados  no curso de graduação para efetuar o projeto e construção do quadricóptero, de posse de  elementos  da  parte  eletrônica  digital  já  disponível,  realizar  simulações computacionais e testes experimentais para estimar os parâmetros do modelo e, por meio  destas  informações,  tratar  a  malha  de  estabilização  e  a  de  pilotagem  do protótipo.

Projeto e Construção de um Quadricóptero

Autor: MARLON DYO FUKUDA KOGA

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Quadricopteros são aeronaves propulsionadas por multiplos rotores, que geram empuxo através do movimento de hélices em um fluido (ar). A configuração mais comum é em formato de cruz grega, com um quatro rotores, um em cada ponta. A movimentação da aeronave se dá a partir da variação da velocidade de cada rotor, sendo possível rodar o veículo ao redor de três eixos de referência e acelerá-lo na direção comum ao eixo dos rotores. Para permitir o giro emtorno do proprio eixo é necessário que dois rotores girem em sentido contrário e os outros dois. Os quadricopteros começaram a ser desenvolvidos no início do século passado, em conjunto com o surgimento de outros veículos aéreos, como helicópteros e aviões. A principal motivação para a construção de helicópteros e quadricopteros era a capacidade destes de decolar e pousar verticalmente, além de conseguirem pairar durante o voo. Em geral, a maior versatilidade e manobrabilidade quando comparados a aviões, que precisam de velocidade para manter o empuxo sobre as asas que geram sua sustentação. O desenvolvimento de helicópteros acabou prevalecendo sobre o de quadricopteros devido a sua maior simplicidade mecânica e construtiva quando os rotores são alimentados por motores de combustão, que facilitou a criação de modelos de maior porte que mantivessem a eficiência e funcionalidade desejadas. No entanto, nas últimas décadas, os multi-rotores elétricos de pequeno porte tornaram-se bastante populares no meio acadêmico. Por serem muito ágeis, versáteis, dinamicamente estáveis e terem construção simples, esses veículos foram objeto de estudo nas áreas de dinâmica e controle, geralmente focados na maximização da capacidade de manobra e na automatização do seu movimento.

O desenvolvimento de veículos autônomos está relacionado com o avanço das tecnologias digitais, mais especificamente, de microcontroladores. Esses dispositivos são pequenos computadores, compostos por um microprocessador, sensores e periféricos em um único circuito elétrico integrado. São preferencialmente usados para controlar sistemas embarcados, com tarefas predefinidas. Com o desenvolvimento de seus componentes, os microcontroladores tornaram-se menores e mais baratos, em geral, mais acessíveis, ampliando as possibilidades de automatização de sistemas.

Atualmente, as possíveis aplicações para quadricopteros são bastante vastas. Dada a sua agilidade e capacidade de realizar manobra, poderiam ser no futuro um meio de transporte (tanto de carga quanto de pessoas) bastante versátil e veículos de resgate ou de reconhecimento rápidos e eficientes, ainda mais quando autônomos. Hoje em dia a aplicação prática deste tipo de protótipo se restringe a realização de filmagens, geralmente guiado por controle remoto. Para que as possíveis aplicações tornem-se reais, é preciso superar barreiras técnicas como a dificuldade de construir modelos de grande porte, gerada pela complexa relação entre peso e potência, e a baixa autonomia.

Elaboração de Projeto para Construção de Quadricoptero Autônomo Eficiente.

Autor: Henrique Kokron Rodrigues (2014)

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