Design and optimization tool for multirotor unmanned aerial vehicles

Currently, multirotor unmanned aerial vehicles cover a broad area of the aero- nautical eld of applications and have the clear opportunity to grow more and more in the near future. Besides the aeronautical part that they contain, their oc- cupation in various elds of computer science, automation, control, and aerospace makes these platforms very valuable but challenging to work on. Such vehicles provide solutions to many areas such as e.g., security, surveillance, agriculture, civil monitoring, lming, and photography. Despite numerous ongoing researches and developments on multirotor UAV platform design processes, there is no wide range of options that generate a sys- tematic, software-based approach. Still today, most of the multirotor UAV de- signers use the heuristic approach to construct these platforms. These design procedures can only take advantage of previously constructed, similar platforms' data and can be validated through experimental procedures without preliminary aerodynamic and electrical analyses. Furthermore, the researches that focus on the parametrization of multirotor UAV components revealed a basic and e ective way to describe their physical and electrical characteristics. Despite these ndings, there are no more than one tool on the market that takes advantage of the parametrization techniques to estimate component characteristics and makes detailed analyses. The main goal of this thesis is to develop a tool that uses both inductive and deductive approaches to design a multirotor UAV while considering the basic aerodynamic and electrical properties of the constitutive components. In detail, a combined tool containing two di erent approaches has been developed to ad- dress the design problem of multirotor UAVs, especially taking the performance requirements into consideration. In addition, the parametrization techniques for estimating the physical and electrical properties of the vehicle components are used in the tool.

Gli UAV (aeromobili a pilotaggio remoto) multirotore coprono ad oggi un'ampia gamma di applicazioni in campo aeronautico e hanno grandi possibilit a di ulteriore sviluppo in un prossimo futuro. Oltre alla componente strettamente aeronautica propria di queste tecnologie, il loro impiego in numerosi campi dell'informatica, dell'automazione, del controllo e in ambito aerospaziale rende queste piattaforme di grande valore, ma presenta anche diverse problematiche. Questi veicoli for- niscono soluzioni in diverse aree tra cui sicurezza, sorveglianza, agricoltura, mon- itoraggio civile, fotogra a e cinematogra a. Nonostante le numerose ricerche e lo sviluppo di processi di progettazione delle piattaforme UAV multirotore, non esiste una tale gamma di opzioni che generi un approccio sistematico e implementabile. Ad oggi, la maggior parte dei progettisti di UAV multirotore impiega approcci euristici per costruire queste piattaforme. Queste tipologie di procedure possono unicamente appoggiarsi a dati di piattaforme simili realizzate in precedenza e possono essere validate attraverso procedure sperimentali, senza analisi aerodinamiche ed elettriche preliminari. Inoltre, le ricerche inerenti alla parametrizzazione di componenti di UAV mul- tirotore hanno rivelato un modo semplice ed e cace, anche se approssimato, per descrivere le loro caratteristiche siche ed elettriche. Nonostante tali risultati, ad oggi e presente sul mercato solamente uno strumento che trae vantaggio dalle tecniche di parametrizzazione per stimare le caratteristiche dei componenti e pro- durre analisi dettagliate in fase di progettazione. L'obiettivo principale di questa tesi e lo sviluppo di un tool che utilizzi approcci induttivi e deduttivi per la progettazione di un UAV multirotore, considerando le caratteristiche aerodinamiche di base e quelle elettriche dei componenti costi- tutivi. In dettaglio, un tool combinato di due diversi approcci e stato sviluppato per supportare il design di UAVs multirotore, tenendo particolarmente in consid- erazione i requisiti di performance. In aggiunta, le tecniche di parametrizzazione per la stima delle propriet a siche ed elettriche dei componenti del veicolo sono impiegate nel tool.