Dynamic and vibration analysis of a quadrotor type with a payload: insights for aerial medical product transportation
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Data
2023-02-13
Autores
Geronel, Renan Sanches
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have gained rapid attention as a potential solution to overcome geographical and logistic challenges in different areas. In particular for medical and hospital products transportation, UAVs are used to assist health care services in the delivery of medical goods, including organs, vaccines and blood samples. However, some of these products are sensitive to vibration, which can decrease the therapeutic efficacy of the transported payload. Then, this thesis investigates the vibration characteristics of a payload carried by a quadrotor. A commercial UAV is used to evaluate the effect of the payload dynamics on the flight, by considering different attachment configurations. The results have shown an amplification of the quadrotor acceleration, highlighting the importance of controlling these vibrating effects. Regarding the dynamic models, a vertical vibrating payload is initially investigated, by assessing two different control strategies (quasi-open and closed loops). The combination of elastic attachment and suspended payload have been assessed. The Adaptive Sliding Mode Control have been designed to compensate the payload effects on the UAV dynamics. Therefore, oscillations caused by an attached mass, external disturbances and different dynamic configurations have become and important topic in UAV medical transportation. Low payload oscillations may guarantee a rapid spread and use of commercial UAVs for medical products delivery, with a high transportation reliability.
Veículos Aéreos não Tripulados (VANTs) tem ganhado rápida atenção como uma solução promissora para superar desafios logísticos e geográficos em diferentes aplicações. Em particular, para o transporte de produtos da área médica e hospitalar, VANTs são utilizados para auxiliar os serviços de saúde na entrega de produtos médicos, incluindo órgãos, vacinas e amostras de sangue. Entretanto, alguns desses produtos são sensíveis a vibração ou mudanças de temperatura, o que pode acarretar na diminuição no efeito terapêutico da carga transportada. Com isso, esta tese investiga as características de vibração de uma carga sendo transportada por um VANT. Um VANT comercial é usado para investigar o impacto da dinâmica da carga útil, usando diferentes configurações de anexos. Os resultados mostraram uma amplificação da aceleração do quadcóptero, destacando a importância de controlar esses efeitos. Com relação aos modelos dinâmicos, uma carga com vibração vertical é inicialmente investigada, pela utilização de duas abordagens de controles diferentes (circuitos quase-aberto e fechado). A combinação de fixação elástica e carga útil suspensa foi avaliada. O controle de modo deslizante adaptativo foi projetado para compensar os efeitos da carga útil na dinâmica do VANT. Portanto, oscilações causadas pela carga acoplada, distúrbios externos e diferentes configurações dinâmicas tem se tornado um importante tópico no transporte de produtos médicos por VANTs. Baixas oscilações de carga útil podem garantir uma rápida disseminação e uso desses veículos aéreos comerciais para entrega de produtos médicos, com alta confiabilidade de transporte.
Veículos Aéreos não Tripulados (VANTs) tem ganhado rápida atenção como uma solução promissora para superar desafios logísticos e geográficos em diferentes aplicações. Em particular, para o transporte de produtos da área médica e hospitalar, VANTs são utilizados para auxiliar os serviços de saúde na entrega de produtos médicos, incluindo órgãos, vacinas e amostras de sangue. Entretanto, alguns desses produtos são sensíveis a vibração ou mudanças de temperatura, o que pode acarretar na diminuição no efeito terapêutico da carga transportada. Com isso, esta tese investiga as características de vibração de uma carga sendo transportada por um VANT. Um VANT comercial é usado para investigar o impacto da dinâmica da carga útil, usando diferentes configurações de anexos. Os resultados mostraram uma amplificação da aceleração do quadcóptero, destacando a importância de controlar esses efeitos. Com relação aos modelos dinâmicos, uma carga com vibração vertical é inicialmente investigada, pela utilização de duas abordagens de controles diferentes (circuitos quase-aberto e fechado). A combinação de fixação elástica e carga útil suspensa foi avaliada. O controle de modo deslizante adaptativo foi projetado para compensar os efeitos da carga útil na dinâmica do VANT. Portanto, oscilações causadas pela carga acoplada, distúrbios externos e diferentes configurações dinâmicas tem se tornado um importante tópico no transporte de produtos médicos por VANTs. Baixas oscilações de carga útil podem garantir uma rápida disseminação e uso desses veículos aéreos comerciais para entrega de produtos médicos, com alta confiabilidade de transporte.
Descrição
Palavras-chave
Unmanned Aerial Vehicle, Medical and hospital products transportation, Payload vibration, Adaptive sliding mode control, Veículos aéreos não tripulados, Transporte de produtos médicos e hospitalares, Vibração da carga, Controle de modo deslizante adaptativo