Estudo de manipulador aéreo em veículo quadrotor para contato controlado em superfícies

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: Cruz, Lucas Martins da
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: aerial manipulation; aerial robotics; célula de carga acoplada; contact; contato; controlled interaction with the environment; coupled load cell; interação controlada com ambiente; manipulação aérea; manipulador com um grau de liberdade; manipulator with one degree of freedom; quadrirotor; robótica aérea
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18162/tde-11042025-132005/

Veículos aéreos não tripulados (VANTs) fazem parte do cotidiano em diversas aplicações. No passar da última década percebeu-se o aumento da presença de robôs aéreos tanto em quantidade como variedade de novas utilizações. Realizar captação de imagens para diversos fins, como vigilância patrimonial, monitoramento de grandes áreas rurais ou até mesmo para efeitos artísticos, são os primeiros pensamentos de aplicação para a robótica aérea. Mais recentemente tem-se visto na indústria, com a melhoria dos sistemas de sensoriamento e posicionamento bem como a expectativa de melhora de capacidade energética de baterias, esforços para viabilidade do transporte de carregamentos e os primeiros protótipos em escala real para aplicação em mobilidade aérea urbana. Apesar da questão da observação e transporte de itens / pessoas em e para locais potencialmente de difícil de acesso prover uma gama de soluções de problemas, o que há em comum entre elas é a reduzida ou nula capacidade de interação com o meio externo, característica essa que é um dos propósitos fundamentais da robótica. O estudo de manipuladores aéreos vem justamente preencher essa lacuna, trazendo os desafios intrínsecos do contato e destra manipulação de objetos embarcados em veículos capazes de, com precisão, se mover em um espaço tridimensional. Esta dissertação apresenta a concepção de um manipulador aéreo constituído do acoplamento de um quadrirotor convencional e um manipulador com um grau de liberdade, no formado de haste, com célula de carga integrada ao sistema. Este manipulador aéreo é capaz de realizar contato em superfície plana com piloto no controle e transmitir a magnitude da força de contato longitudinal para visualização do operador. Como abordagem foram realizados experimentos numéricos com modelo representativo em ambiente GAZEBO, experimentos em voo livre e com contato em superfície em ambiente externo. Os resultados mostram boas características em voo livre ao passo que o controle da força longitudinal de contato é uma tarefa de elevada carga de trabalho para um piloto realizar sem modificações nas caraterísticas de lei de controle do veículo básico.