Simulador de veículos subaquáticos não tripulados e estruturas do tipo cabo

• Autor(a) principal: Scholl, Marcos Vinicius
• Data de Publicação: 2017
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da FURG (RI FURG)
• Texto Completo: http://repositorio.furg.br/handle/1/8957
• topic: Veículos subaquáticos remotamente operados; Estruturas subaquáticas; Cabos subaquáticos; Softwares; Simulação gráfica; Modelagem dinâmica; Modelagem cinemática; Geometria e modelagem computacional; Underwater remotely operated vehicles; Cable-like underwater structures; Graphical simulation; Software; Kinematic modeling; Dynamic modeling; Computational modeling

O ambiente subaquático e essencial para a vida. Além de seu efeito regulador em escalaglobal e de uma fonte de diversidade de vida, os recursos existentes em suas profundezas são essenciais para a sociedade moderna e a economia global, como é caso da indústria do petróleo e do gás offshore. Isso motiva o interesse da comunidade científica e o desenvolvimento da tecnologia necessária para explorar essa região relativamente desconhecida. Veículos não tripulados e estruturas como cabos/risers são equipamentos que tem atraído interesse especial na pesquisa de tecnologias subaquáticas. O objetivo do presente trabalho é prover uma ferramenta gráfica para análise do comportamento dinâmico de veículos subaquáticos não tripulados e deestruturas flexíveis do tipo cabo. A ferramenta fornece um cenário virtual de visualização realista tridimensional de um meio submerso, no qual animações dos equipamentos estudados são executadas, com base nos resultados de simulações numéricas de modelos dinâmicos destes. O software também é útil para analisar e planejar tarefas a serem executadas pelos veículos não tripulados. Essas são consideradas as principais contribuições desta dissertação. Inicialmente, apresenta-se a modelagem cinemática e dinâmica do veículo, desenvolvida considerando a interação entre o este, o meio aquático e a ação dos propulsores. A dinâmica de estruturas flexíveis do tipo cabo é modelada através de um processo de discretização, onde o cabo é considerado como uma cadeia cinemática serial com elos rígidos que são conectados entre si por juntas que permitem movimentos elásticos de azimute, elevação e torção. Então, utiliza-se o formalismo de Euler-Lagrange para a obtenção das equações dinâmicas do movimento. A interação entre o veículo não tripulado e o cabo, como é o caso da maioria dos veículos remotamente operados (ROV) é tratada como se o ROV fosse a carga terminal vinculada ao cabo, mas com dinâmica própria, onde são aplicadas forças externas. Para o desenvolvimento do software de animação tridimensional, foi realizado um estudo sobre modelagem e animação gráfica, tendo-se definido Python como a plataforma de programação. A interface com o usuário foi criada com o Qt framework, usando PyQt para isso. Para a animação, o Blender Game Engine foi selecionado. O ambiente virtual subaquático consiste em uma embarcação posicionada na origem do sistema de referência inercial, e um objeto tridimensional ROV que representa o veículo subaquático.As simulações consideram as interações entre as dinâmicas do veículo e do cabo umbilical, e os resultados são observados nas animações tridimensionais produzidas pelo software. O processo de modelagem do veículo e do cabo umbilical são apresentados juntamente com os aspectos de projeto e implementação do software. As animações produzidas foram analisadas qualitativamente, e se verificou que as simulações foram consistentes do ponto de vista físico, o que permite afirmar que o software cumpre seu objetivo de prover um ambiente virtual realista.