Dissertação
{pt_PT=Development of a docking solution for autonomous vehicles} {} EVALUATED
{pt=Sistemas de acoplamento ou docking apresentam uma resposta à necessidade de conectar veículos autónomos entre si ou com estações fixas com o intuito de criar redes de troca de informação ou para carregamento. A inexistência de um sistema mecânico capaz de cumprir estas tarefas e com implementação viável em diferentes veículos foi o ponto de partida e conceito estudado nesta dissertação. Como tal, foi implementado um processo criativo para conceber diferentes conceitos, dos quais foi seleccionada a solução mais inovadora e com potencial para um desempenho favorável. Esta foi sujeita a análises lineares nos seus componentes críticos por elementos finitos. Foi avaliada a possibilidade de um producto transversal a vários veículos, com o auxílio de uma ferramenta computacional desenvolvida pelo autor. Três casos de aplicação do mecanismo foram estudados, correspondentes a pequenos satélites, AUV (autonomous underwater vehicles) e VTOL (vertical take-off and landing vehicles). Um destes três mecanismos foi implementado no modelo dinâmico de um drone e feita uma simulação do seu guiamento para representar uma operação de docking, utilizando técnicas de controlo óptimo. O mecanismo desenvolvido é inovador e modular com potencial para desenvolvimento posterior. As suas principais características são a sua interface andrógina, capacidade de captura periférica, alta tolerância ao desalinhamento e relativa autonomia em relação ao guiamento do veículo. Os testes mostraram que o producto final foi capaz de suportar cargas correspondentes aos piores cenários projectados. Na simulação do guiamento, o veículo escolhido foi controlado dentro das margens estabelecidas., en=Docking systems represent a response to a growing need of connecting autonomous vehicles to each other or to fixed points to create networks of shared information or simply charge the devices. The lack of a mechanical system that fulfils these tasks, suitable for implementation in several vehicles was the starting point and the studied premise of this thesis. To develop the solution, a creative process was applied to devise alternative concepts, from which the most innovative and with more potential for performance was chosen. The concept was then subjected to structural testing in its critical components by static load simulations with the finite element method. The possibility of a transversal product to different vehicle classes was evaluated, with the help of a developed computational tool. Three different use cases were tested, corresponding to small satellites, autonomous underwater vehicles and vertical take-off and landing vehicles. Finally, one of the three finalized designs was chosen and implemented in a drone's dynamical model and the guidance of the vehicle was simulated, using optimal control techniques, to represent a docking operation. The finalized mechanism is innovative and modular and has potential for further development. Its main characteristics are its androgynous interface, peripheral capture capacity, large tolerance to misalignment and relative autonomy from the guidance of the vehicle. Testing showed that the final design was able to support loads correspondent to the projected worst-cases scenarios for the three applications. In the guidance simulation, the chosen vehicle was controlled accurately remaining inside the established margins.}
janeiro 20, 2021, 9:0
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
ORIENTADOR
Miguel Afonso Dias de Ayala Botto
Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)
Professor Catedrático