| Resumo : |
Nos últimos anos o uso da robótica em aplicações aeroespaciais se tornou uma das abordagens mais promissoras para a realização de serviços em órbita. Dentre essas operações destaca-se a captura de um satélite inoperante. Tal missão tem uma importância ímpar para a manutenção de um ambiente espacial seguro e sustentável. Essa dissertação trata de uma das abordagens possíveis para a tarefa de capturar um satélite inoperante: a de montar um manipulador robótico em um satélite (denominado satélite-robô) encarregado de capturar o satélite inoperante (denominado satélite-alvo). Para a captura é necessário um ponto de contato e acoplamento, onde se dará a junção mecânica dos dois satélites. Na proposta analisada nesse trabalho adotou-se por hipótese que o satélite-alvo possui um motor foguete, de forma que o acoplamento será entre o efetuador do satélite-robô e a tubeira do motor do satélite-alvo. Assim, os objetivos dessa dissertação são: propor um modelo para o movimento do satélite-robô livre no espaço considerando a dinâmica dos atuadores das juntas (motores DC); propor um modelo para as implicações dinâmicas do contato entre o efetuador do satélite-robô e a tubeira do satélite-alvo. Para o movimento livre, antes do contato, foi adotado o método de Newton-Euler para o modelo geral de satélite-robô com n juntas. Posteriormente empregou-se o Princípio de Jourdain para eliminar as reações nas juntas, e assim apresentamos uma forma conveniente das equações de movimento para empregar leis de controle de movimento. Com essas equações utilizamos uma abordagem lagrangeana para introduzir as forças de contato entre o efetuador e a tubeira no modelo do movimento com contato unilateral. Caso a velocidade relativa seja diferente de zero no momento do contato, é preciso considerar o impacto. Sistemas sujeitos a esse fenômeno apresentam fortes não-linearidades. A partir de um modelo de função multivalor para os impulsos da força de contato foi possível escrever uma relação entre as velocidades e os impulsos como um problema linear de complementaridade. Com esse modelo completo da interação de contato foram realizadas simulações computacionais para um modelo realístico de satélite-robô e satélite-alvo. Foi simulada uma situação de contato sem feedback de impulso ou força de contato. O método numérico para resolver as equações do movimento livre foi o Runge-Kutta de 4ª ordem e o de Moreau para as equações de contato. Os resultados obtidos da simulação forneceram as posições e velocidades antes e depois da condição de contato. |