Modelação e Simulação de um Veleiro Terrestre com Vela Asa

• Autor(a) principal: Tinoco, Vítor Daniel Veloso
• Data de Publicação: 2020
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.22/17714
• topic: Veleiro terrestre; Velejar em terra; Vela de asa rígida; Vela de asa rígida com rotação livre; Land yacht; Land sailing; Rigid-wing sail; Free rotating rigid-wing sail

A maioria dos veículos autónomos utilizam baterias elétricas ou combustível como fonte de propulsão e alimentação. Contudo, estas fontes energéticas são dispendiosas, poluentes e não sustentáveis. O vento constitui uma fonte propulsora natural, gratuita e sustentável, o que pode, em certas situações, substituir motores eléctricos e de explosão. O objetivo desta dissertação é desenhar uma vela de asa rígida, de rotação livre, e integrá-la num veículo terrestre autónomo com um sistema de controlo baseado em Robot Operating System (ROS). O estudo inicial deste trabalho abrangeu: (i) veleiros terrestres tripulados e não tripulados e as suas respetivas competições; (ii) perfis alares do National Advisory Committee for Aeronautics (NACA); e (iii) diferentes tipos de materiais e componentes eletrónicos usados em veleiros terrestres autónomos. De seguida, desenhou-se uma plataforma composta por um chassis de quatro rodas, uma vela asa com cauda (ambas com um perfil alar NACA63(3)-018), um sistema de controlo de cauda (que usa o ˆangulo de ataque atual e desejado como entradas), e um sistema de controlo da direção (que usa a posição atual e desejada como entradas). Na etapa seguinte, procedeu-se à simulação da plataforma desenhada no ambiente de simulação Gazebo. Para isso, foi criado um modelo do veleiro terrestre, usando o software de Computer-Aided Design (CAD) Fusion 360, e foi importado para o Gazebo. Posteriormente, foram adicionados vários plugins ao ambiente de simulação, nomeadamente plugins importados, alterados e desenvolvidos de raiz. O sistema de controlo foi desenvolvido em ambiente ROS, usando um controlador Proportional - Differential (PD) para a cauda da asa e um controlador Proportional (P) para a direção da plataforma. Finalmente, foram realizados testes de controlo da vela asa, para validar o controlo via cauda e a propulsão do veículo, e testes de controlo da direção, para validar o mecanismo de direção e a capacidade de seguimento de rotas. Os resultados demonstram o correto funcionamento dos sistemas de simulação e controlo.