Estimación de parámetros de un UAV tipo ala volante mediante algoritmos metaheurísticos

En este trabajo se describe el desarrollo y prueba de una herramienta en Matlab/Simulink para la estimación de parámetros aerodinámicos de un vehículo aéreo no tripulado (UAV) tipo ala volante a partir de las entradas y salidas observables del sistema, por medio de métodos metaheurísticos -- Para ello se procede con la descripción de un modelo matemático tipo caja gris implementado en Simulink, el cual representa la dinámica general de una aeronave descrita por las derivadas de estabilidad como coeficientes de las fuerzas y momentos inherentes al cuerpo rígido del sistema -- Igualmente se describen los algoritmos metaheurísticos utilizados por el software de estimación (algoritmos genéticos y optimización por enjambre de partículas), los cuales brindan las características más representativas del comportamiento social y evolutivo presente en esta disciplina -- A continuación, se realizan simulaciones con un modelo generador de datos con perturbaciones y un modelo caja gris para la estimación, de manera que se puedan validar la aplicabilidad, eficacia, problemas y bondades del método -- Finalmente, se realizan estimaciones de algunos parámetros en condiciones de vuelo longitudinal y se comparan los resultados con los datos teóricos -- Los resultados, obtenidos a partir de datos simulados con un modelo de un ala volante, muestran que la herramienta, principal aporte de este trabajo, permite estimar los parámetros de una manera amigable y eficiente, con desviaciones y tiempos de cómputo aceptables para once parámetro

Implementación de algoritmos de Inteligencia Swarm con fines didácticos

Con este proyecto hemos querido proporcionar un conjunto de recursos útiles para la impartición de un curso de Swarm Intelligence enfocado a la Particle Swarm Optimization (PSO). Estos recursos constan de una aplicación en NetLogo para poder experimentar, ejecutar y visualizar los diferentes modelos de la PSO, un review de la Swarm Intelligence profundizando en la PSO y una ontología de PSO que incluye los recursos bibliográficos necesarios para la investigación y la escritura de artículos

Arquitectura para robots de búsqueda y rescate urbano mediante el uso de algoritmos de anti-feromonas

[ES] El atentado del 11 de septiembre de 2001 fue el ataque terrorista con mayor mortalidad en la historia de la humanidad, con un resultado de 2.996 muertes y mas de 25.000 heridos. Entre las víctimas, un total de 343 bomberos y 72 policías perdieron sus vidas. La muerte de una gran parte de estas personas, y en especial de los servicios de emergencia, fue a causa del peligro que ataña acceder a través de los escombros de los edificios derruidos. Dada la situación, varios equipo y universidades que disponían de robots de rescate, acudieron hasta la zona cero para ayudar en la ardua tarea de buscar víctimas con vida. Este fatídico evento provocó el auge de la investigación en el ámbito de la Búsqueda y Rescate Urbano. Desde entonces hasta el día de hoy, se han empleado robots como respuesta a una catástrofe en diversas ocasiones. En este trabajo se ha desarrollado una arquitectura para el uso de un enjambre de robots heterogéneo y semi-supervisado en un entorno de Búsqueda y Rescate Urbano. Más concretamente, la arquitectura permite la combinación de diversos algoritmos orientados a este ámbito para la obtención de un sistema complejo y a su vez independiente tanto del hardware como de los métodos usados. Además, se propone una nueva estrategia de exploración colaborativa basada en el comportamiento social de las hormigas. El algoritmo planteado hace uso de feromonas repelentes como mecanismo para fomentar la exploración en entornos desconocidos. Para el análisis y prueba del algoritmo y la arquitectura propuestos en este trabajo, se han diseñado una serie de experimentos. En primer lugar se ha analizado el comportamiento del algoritmo de exploración con anti-feromonas en entornos acotados basados en topologías de rejilla y de laberinto; posteriormente se han realizado en un entorno real. Los experimentos han sido estudiados tanto con simulaciones como con robots reales. Para el análisis de la arquitectura planteada, se ha implementado un sistema de búsqueda y rescate completo sobre un robot Jetbot de Nvidia, el cual ha sido probado en un entorno real. Para finalizar, se demuestra cómo la arquitectura planteada y el algoritmo propuestos son soluciones adecuadas para su uso en respuesta a una catástrofe. Además, la arquitectura planteada en este trabajo también puede permitir el uso de algoritmos que surjan en el futuro

Algoritmo de asignación de frecuencias por enjambre de partículas en una arquitectura cluster

Este trabajo de grado solucionó algunos problemas de asignación fija de canales en frecuencia para redes simples y complejas, usando Partióle Swarm Optimization en una arquitectura computacional convencional y en una distribuida en paralelo de alto rendimiento (HPC) de la Pontificia Universidad Javeriana, buscando mejorar el desempeño de la red en términos de interferencia. Se diseñaron otros problemas de asignación de canales para Wi-Fi y se implementó una estrategia de inicialización que ayuda a la convergencia del algoritmo.This work of degree solved some problems of fixed assignment of channels in frequency for simple and complex networks, using Particle Swarm Optimization in a computational architecture conventional and in a high-performance parallel distribution (HPC) of the Pontifical University Javeriana, seeking to improve the performance of the network in terms of interference. They were designed others channel allocation problems for Wi-Fi and an initialization strategy was implemented that helps the convergence of the algorithm.Ingeniero (a) ElectrónicoPregrad

Revisión sistemática en bases de datos sobre imágenes diagnósticas empleadas en cáncer de seno

Actualmente la termografía infrarroja se ha convertido en una herramienta muy útil en diversas áreas del conocimiento, debido a los avances en el desarrollo de mejores cámaras y métodos novedosos de tratamiento de imágenes, aumentando así el interés por el estudio de esta técnica. En el área de la salud la termografía es una herramienta convincente de detección de primera línea para el estudio de anormalidades en el flujo sanguíneo existente en la superficie donde se encuentra localizado un tumor, aprovechando que esta técnica detecta la radiación proveniente de los incrementos de temperatura emitidos por un cuerpo, además, es una técnica no invasiva sin radiación ionizante y de fácil manejo..

Técnicas de computación evolutiva aplicadas a la clasificación a partir de monitores de actividad física

Actualmente, varios factores están haciendo que el campo de reconocimiento de actividades humanas cobre una mayor importancia, como por ejemplo, la proliferación de dispositivos “wearables” que permiten monitorizar la actividad física o la tendencia de la población mundial hacia un estilo de vida cada vez más sedentario. Este estilo de vida sedentario propio de la sociedad actual se traduce en insuficiente actividad física y se considera uno de los mayores factores de riesgo para la salud, estando entre los primeros puestos de factores de riesgo de mortalidad a nivel mundial, según la OMS [11]. De esta manera, dentro del ámbito de la salud y el bienestar, gracias al avance en la miniaturización de sensores, que incluso permite su uso incorporados a la ropa de las personas, el reconocimiento automático de actividades se presenta como una solución a problemas de diversa índole, como por ejemplo, prevención de enfermedades, envejecimiento activo, monitorización remota de enfermos, además de un amplio espectro de aplicaciones en el ámbito deportivo. Es por esto que se convierten en dispositivos de monitorización sumamente útiles en otras áreas de investigación, introduciendo el reconocimiento de actividades humanas en la computación ubicua, el entretenimiento, el registro de actividades diarias personales o el seguimiento del rendimiento deportivo o profesional. Con la principal motivación de explorar nuevos frentes de investigación del reconocimiento de actividades, con un enfoque distinto a los planteados hasta ahora, en este trabajo se propone un sistema de reconocimiento automático de actividades que integra un algoritmo evolutivo, para la tarea de clasificación de actividades, y un enjambre de partículas, para la realización de un clustering que mejore el aprendizaje automático. El sistema ha sido evaluado mediante validación cruzada del tipo leave-one-subject-out, para comprobar su rendimiento en situaciones de reconocimiento independiente del sujeto, obteniendo un 52,37% de acierto. También, se ha evaluado el sistema con validación cruzada estándar de 10-folds en cada sujeto, para analizar la capacidad del sistema en casos de clasificación dependiente del sujeto, alcanzando un 98,07% de acierto. Un resultado significativamente más positivo que el primero, que muestra que el sistema puede tender a la personalización del reconocimiento de actividades. Además, se ha llevado a cabo la evaluación del sistema con validación cruzada estándar de 10-folds en el conjunto de todos los sujetos, con un 70,2267% de acierto, abundándose en la conclusión expuesta más arriba, de que el sistema presenta un mejor funcionamiento en situaciones de personalización del reconocimiento de actividades.In the current time, various factors are making the field of activity recognition become more important, such as the proliferation of wearable devices that allow to monitor physical activity or global population’s tendency towards a more sendentary lifestyle. This sedentary lifestyle is turning into insufficient physical activity and is considered one of the factors with a highest risk for health, being among the leading risk factors of mortality, regarding the WHO [11]. This way, within health and wellness field, thanks to the advance in sensor miniaturization, which even allows sensor usage incorporated to people clothes, activity automatic recognition is presented as a solution to very diverse problems, such as diseases prevention, active aging, patient remote monitoring, as well as a wide range of applications in sports. For that reason, wearable sensors happen to be extremely useful monitorizing devices in other research areas, introducing human activity recognition to ubiquitous computing, entertainment industry, daily life activities logging and sportive and professional perfomance monitoring, among others. With the main motivation of exploring new research horizons, through a different approach to the previous works, in this project, an activity automatic recognition system that integrates an evolutionary algorithm, for the activity classification task, and a particle swarm, for a clustering that improves the automatic learning, is proposed. The system has been evaluated with leave-one-subject-out (LOSO) cross validation, in order to assess its performance in situations where the recognition is subject independent, obtaining an accuracy rate of 52,37%. Also, the system has been evaluated with 10-fold standard cross validation within each subject, to analyze the system’s capacity in subject dependent classification cases, reaching an accuracy rate of 98,07%. A significantly more positive result than the first one, that shows the system might tend to personalization of activity recognition. In addition, the system evaluation has been carried with 10-fold standard cross validation within the whole set of all the subjects, getting an accuracy rate of 70,2267%, which supports the conclusion presented above that the system works better in situations of personalization of the activity recognition.Grado en Ingeniería Informátic

Metodología para el planeamiento automático de rutas en vehículos aéreos no tripulados usando algoritmos bio-inspirados sobre sistemas e mbebidos

Este trabajo propone un método para el planeamiento de rutas on-line usando técnicas de optimización bio-inspirada con el fin de ser implementado sobre vehículos aéreos no tripulados, el cualplanee la ruta sin necesidad de intervención de un controlador en tierra. En el desarrollo del trabajo se evaluaron los optimizadores enjambre de partículas (PSO) y búsqueda Cuckoo (Ck) junto con el planificador de ruta propuesto. La evaluación del método consistió en ejecutar el planificador de ruta usando como base la técnica de optimización enjambre de partículas, comparándola con la ejecución del método usando la optimización por búsqueda Cuckoo. Los experimentos se realizaron sobre cinco rutas diferentes, cinco veces por ruta, lo que permitió comprobar la funcionalidad del método. Los resultados mostraron que el planificador de ruta tuvo mejores resultados al recorrer una menor distancia cuando su optimizador fue el PSO mostrando ser más estable, encontrando la ruta más fácilmente. En cuanto a tiempo de ejecución, los resultados mostraron que el planificador de ruta necesito un menor tiempo de ejecución cuando se usó el optimizador Ck, siendo de un 89% menor que la misma ejecución del planificador con PSO. Además se implementó el planificador de ruta sobre tres sistemas embebidos basados en microcontroladores, con arquitecturas ARM Cortex M0+, M4 y ColdFire V1de la familia Flexis de 32-bits. Los resultados comprueban que el método propuesto es lo suficientemente versátil y con baja demanda computacionalrealizando el planeamiento de ruta sobre los microcontroladores, y en el caso del ARM Cortex M4, entregando nuevos puntos de avance en la ruta en un tiempo inferior a seis segundos.Demostrando que la implementación de este tipo de metodologías es completamente viable, permitiendoque aeronaves no tripuladas naveguen de forma segura sobre zonas desconocidas, respetando las aerovías comerciales, obteniendo el máximo provecho al espacio aéreoThis work proposes a method to plan online routes using bio inspired optimization techniques to be implemented on unmanned aerial vehicles. The aim of this method is to plan the route without the need for a ground controller. Particle swarm optimization (PSO) and Cuckoo search (CK), together with the proposed route planner, were evaluated. The method executed the route planner using the PSO technique and compared it to the method using Cuckoo search optimization. Experiments were performed on 5 different routes, 5 times per route, allowing the performance verification of this method. Results showed that the route planner using PSO had better results when going a shorter distance, it was more stable and it could easily find the route. As per the execution time, results showed that the route planner required a shorter execution time using the CK optimizer, 89% less than the same execution using the PSO. Besides, the route planner was implemented on three embedded systems based on micro controllers, with ARM Cortex M0+, M4 and ColdFire V1 (Flexis 32-bits) architectures. Results prove that the proposed method is versatile enough and has low computational demand when planning the route on the microcontrollers. For the ARM Cortex M4, it delivers new advance points on the route in a time shorter than 6 seconds. This work shows the viability of implementing this type of methodology, allowing unmanned aerial vehicles to safely navigate on unknown areas, respecting commercial airways and obtaining maximum benefit from the aerial spaceMagister en Automatización y Contro

Optimización del empuje y las fuerzas de diente en dos modelos de motores lineales síncronos de imanes permanentes

Aunque la teoría y los fundamentos de los motores lineales no son muy conocidos y tratados en las aulas de clase, en tiempos recientes se ha presentado un auge en la utilización de este tipo de motores y en particular, de los motores lineales síncronos de imanes permanentes, que tienen muchas aplicaciones sobre todo en la industria. Por ello, existe un compromiso de construir máquinas que sean óptimas en su diseño y que no presenten inconvenientes en su operación. Al estudiar los motores lineales síncronos de imanes permanentes, se encuentra que ellos presentan inconvenientes con el rizado en el empuje que se originan especialmente por fuerzas indeseables que se producen por la presencia de los imanes permanentes en la excitación y de las ranuras en la armadura. Estas fuerzas denominadas fuerzas de diente, son indeseables en este tipo de motores y por ello se busca minimizarlas. En el caso de los motores estudiados en esta tesis, se aplica una técnica conocida y efectiva para la reducción de fuerzas de diente, que consiste en inclinar los imanes. Sin embargo esto lleva a un nuevo inconveniente, que consiste en la disminución del empuje del motor, lo cual también es indeseable. Por tal motivo se hace necesario desarrollar un método que permita optimizar el diseño del motor, obteniendo el valor de inclinación de los imanes, de forma que las fuerzas de diente se minimicen y que el empuje permanezca en el máximo posible. En esta tesis inicialmente se realiza un trabajo de caracterización del comportamiento del empuje y de la fuerza de diente en los dos motores elegidos, la cual se realiza por simulaciones con software de elementos finitos y regresiones, dando como resultado unas características cuadráticas a las cuales se les aplica una metodología de optimización con sumas ponderadas, obteniendo buenos resultados en el objetivo de reducir las fuerzas de diente y mantener alto el valor del empuje de los motores. Posteriormente se plantea otro método donde se caracteriza el comportamiento del empuje y de la fuerza de diente en los dos motores mediante el uso de redes neuronales, para luego optimizar utilizando las sumas ponderadas. En este caso los resultados obtenidos superan ampliamente los obtenidos por el método aplicado inicialmente, lo cual da validez a los métodos empleados. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Although the theory and the foundations of linear motors are not widely known and discussed in classrooms, in recent times there has been a boom in the use of such motors, in particular permanent magnet linear synchronous motors, which have many applications particularly in the industry. Therefore, there is a commitment to build machines that are optimal in their design and show no problems in its operation. By studying the synchronous linear motors with permanent magnets, is that they have drawbacks in the ripple thrust originating especially undesirable forces produced by the presence of permanent magnet excitation and the slots in the armature. These forces called cogging forces are undesirable in this type of motors and therefore seek to minimize. In the case of motors studied in this work, applies a known and effective technique in reducing cogging forces that consist in skew the magnets. However this leads to a new drawback, which consists in reducing the motor thrust, which is also undesirable. For this reason it is necessary to develop a method for optimizing the motor design, obtaining the value of skew magnets, so that the cogging forces are minimized and that the thrust remains in the maximum possible. In this thesis, initially is characterized the behavior of the thrust and cogging forces in both motors selected, which is performed by simulations using finite element software and regressions, resulting in quadratic characteristics which are applied a methodology of optimization with weighted sums, obtaining good results in order to reduce the magnitude of the cogging force and keep up the value of motor thrust. Subsequently raises another method which characterizes the behavior of the thrust and the cogging force in the two motors by using neural networks, then optimizing using the weighted sums. In this case the results far exceed those obtained by the method used initially, which validates the methods used

Diseño de tamaño de empaque y embalaje óptimo de productos de consumo masivo, por medio de algoritmos genéticos, teniendo en cuenta los costos logísticos de salida: caso de una empresa colombiana

Diseño del tamaño del empaque y embalaje para una línea de productos de características homogéneas, a fin de minimizar los costos logísticos de salida. Se realizaron dos métodos de solución: un modelo matemático y una herramienta metaheuristica. El modelo matemático nos arrojo una solución relajada, por medio del software Lp-Solve, lo cual da una aproximación a la situación actual de la empresa. Por otro lado, el modelo metaheuristico, nos arroja una solución optima para resolver el problema que presenta la empresa ABC, ya que el software utilizado, Microsoft Excel, permitió resolver el problema a gran escala, mientras que el software Lp-Solve, permitió una solución con un numero mínimo de candidatos (inner y outer packs) y con una respuesta ineficienteIngeniero (a) IndustrialPregrad

Estudio comparativo de algoritmos de agrupación basados en la ley de gravitación universal aplicados a la segmentación de imágenes

Esta investigación tuvo como objetivo principal resolver el problema de la segmentación de imágenes a través del uso del algoritmo de agrupación basados en la ley de gravitación universal llamado “Algoritmo de búsqueda gravitacional”, se realizó un análisis comparativo entre los resultados obtenidos por este y los obtenidos por los algoritmos de agrupación “convencionales”, cuyo propósito fue evaluar si este resuelve las debilidades identificadas en los algoritmos convencionales para este campo de aplicación.This study's main objective was to solve the problem of image segmentation through the use of clustering algorithms based on the law of universal gravitation called "gravitational search algorithm with heuristics" and a comparative analysis of the results was carried out by this and those obtained by conventional algorithms, whose purpose was to assess whether this resolves the weaknesses identified in conventional algorithms for this field of application