Arquitectura abierta para el control autónomo y teleoperado de un minihelicóptero

La memoria que aquí se presenta describe las fases del trabajo llevadas a cabo con objeto de convertir un pequeño helicóptero de radio control en una plataforma de experimentación abierta, que permite el rápido desarrollo, simulación e implementación de un sistema de control autónomo, así como su teleguiado. El documento comienza con una presentación general sobre Vehículos Aéreos no Tripulados comúnmente conocidos como UAV’s (Unmanned Aerial Vehicles), mediante una definición, clasificación y un resumen de sus capacidades y características principales. A continuación, se analizan las técnicas y elementos que los UAV’s utilizan para navegar, describiendo en detalle la implementación del sistema de navegación del helicóptero VAMPIRA, desarrollado durante la realización de la presente Tesis Doctoral. Seguidamente, y con objeto de entender el funcionamiento de un helicóptero, se realiza una explicación de los principios físicos en los que se basa su dinámica de vuelo. Esta explicación da paso a una revisión de los modelos dinámicos más relevantes encontrados en la bibliografía, en la que se valoran sus cualidades y carencias, como motivación para el desarrollo de un modelo dinámico híbrido. En el mismo capítulo se presenta una sistemática de identificación de dicho modelo, basada en el uso de algoritmos genéticos, así como los resultados obtenidos en el modelado del helicóptero utilizado en la realización de la Tesis. Posteriormente se realiza un estudio de los requerimientos de los sistemas UAV, tanto en el segmento embarcado, como en el de la estación de mando y seguimiento en tierra. En el mismo contexto se describe la implementación de ambas arquitecturas en el sistema VAMPIRA, tanto a nivel software como hardware, mostrando las principales dificultades encontradas en su implementación así como las ventajas e inconvenientes de la solución propuesta. El siguiente capítulo se dedica al control del helicóptero. En él se detallan los diferentes niveles de control habitualmente utilizados en los vehículos aéreos autónomos y la implementación propuesta en el marco de la Tesis, describiendo tanto las técnicas de control, como el proceso de diseño, simulación y test sobre el sistema real para cada uno de los diferentes niveles anteriormente establecidos. Seguidamente se realiza un estudio sobre los factores que intervienen en el teleguiado de un vehículo aéreo autónomo. Para ello, se describe la plataforma de teleoperación desarrollada al objeto de analizar la posible influencia de diferentes factores, así como la valoración de que tipos de control son más adecuados en función de la tarea a realizar. Para concluir se detallan las principales aportaciones del trabajo presentado, así como las conclusiones y un análisis de cuales serían las futuras líneas de investigación a seguir como continuación del trabajo realizado

A waypoint-based mission planner for a farmland coverage with an aerial robot - a precision farming tool

Remote sensing (RS) with aerial robots is becoming more usual in every day time in Precision Agriculture (PA) practices, do to their advantages over conventional methods. Usually, available commercial platforms providing off-the-shelf waypoint navigation are adopted to perform visual surveys over crop fields, with the purpose to acquire specific image samples. The way in which a waypoint list is computed and dispatched to the aerial robot when mapping non empty agricultural workspaces has not been yet discussed. In this paper we propose an offline mission planner approach that computes an efficient coverage path subject to some constraints by decomposing the environment approximately into cells. Therefore, the aim of this work is contributing with a feasible waypoints-based tool to support PA practice

What is the optimal stitching orientation from an aerial survey perspective?

Mosaicing is a technique that allows obtaining a large high resolution image by stitching several images together. These base images are usually acquired from an elevated point of view. Until recently, low-altitude image acquisition has been performed typically by using using airplanes, as well as other manned platforms. However, mini unmanned aerial vehicles (MUAV) endowed with a camera have lately made this task more available for small for cicil applications, for example for small farmers in order to obtain accurate agronomic information about their crop fields. The stitching orientation, or the image acquisition orientation usually coincides with the aircraft heading assuming a downwards orientation of the camera. In this paper, the efect of the image orientation in the eficiency of the aerial coverage path planning is studied. Moreover, an algorithm to compute an optimal stitching orientation angle is proposed and results are numerically compared with classical approaches

Detección e Identificación de Objetos Moviles en Sistemas Multi-Robot con Información 3D

La detección y el seguimiento de objetos dinámicos es un aspecto crítico en los robots diseñados para realizar labores de vigilancia y seguridad. La utilización de sensores láser 3D permite la detección de objetos de cualquier forma y tamaño. En este contexto se han desarrollado dos métodos de detección de objetos, uno para las situaciones en las que el robot permanece inmóvil y otro para robots en movimiento. Asimismo se han desarrollado dos algoritmos que permiten identificar estos objetos y compartir la información entre diferentes robots para su integración en un sistema multi-robot. Los algoritmos han sido validados en un demostrador virtual desarrollado dentro del proyecto europeo NM-RS

Multi-UAV Coordination and Control Interface

The interest in missions with multiple Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has increased significantly in last years. These missions take advantage of the use of fleets instead of single UAVs to ensure the success, reduce the duration or increase the goals of the mission. In addition, they allow performing tasks that require multiple agents and certain coordination (e.g. surveillance of large areas or transport of heavy loads). Nevertheless, these missions suppose a challenge in terms of control and monitoring. In fact, the workload of the operators rises with the utilization of multiple UAVs and payloads, since they have to analyze more information, make more decisions and generate more commands during the mission. This work addresses the operator workload problem in multi-UAV missions by reducing and selecting the information. Two approaches are considered: a first one that selects the information according to the mission state, and a second one that selects it according to the operator preferences. The result is an interface that is able to control the amount of information and show what is relevant for mission and operator at the time

Simulación de un Sistema de Navegación para un Grupo de Robots de Exteriores Utilizando Microsoft Robotics Developer Studio

El sistema de navegación es una de las principales diferencias entre los robots de interiores y los de exteriores. Habitualmente los sistemas que trabajan en exteriores pueden contar con la información proveniente de sensores GNSS que proporcionan una solución de navegación que puede alcanzar precisiones centimétricas en tiempo real, pero que pueden tener una disponibilidad muy reducida en ciertos entornos como los urbanos. Esta baja disponibilidad obliga a disponer de sistemas adicionales que permitan navegar al robot de una forma segura cuando esta información no está disponible, siendo el más habitual la odometría, que puede aportar soluciones robustas con una precisión razonable en entornos principalmente planos. Trabajar con robots de exteriores supone en muchas ocasiones sufrir muchas restricciones a la hora de realizar validaciones o experimentos por lo que los sistemas de simulación se convierten en una excelente herramienta para sus desarrolladores. En este capítulo, se presenta cómo se ha desarrollado un sistema de navegación para robots de exteriores utilizando la herramienta Microsoft Robotics Developer Studio y cómo esta solución puede ser escalada a un conjunto de robots gracias al uso de las librerías de creación y administración de procesos concurrentes y distribuidos, CCR y DSS, propias de esta herramienta

Caracterización de las infraestructuras críticas de exteriores y su influencia sobre sistemas de vigilancia robóticos.

El presente documento contiene un análisis de las caracteríssticas de distintos tipos de infraestructuras críticas y de los robots necesarios para diseñar un sistema de vigilancia robótico. En la introducción (capítulo 1) se de�fine el concepto de infraestructura crótica y se proponen algunos sistemas de clasi�cación de las mismas. Además en la sección 1.3 se presentan las ventajas de un sistema robótico frente a los sistemas tradicionales de vigilancia. A continuación, en el capítulo 2 se describen las características físicas más importantes de diferentes tipos de infraestructura crítica. Los tipos elegidos son centrales solares (sección 2.2), centrales nucleares (sección 2.3) , aeropuertos (sección 2.4), vías férreas (sección 2.5), puertos (sección 2.6) y embalses (sección 2.7). Asímismo también se ha incluido una instalación básica que contendría las características de todas aquellas instalaciones que no poseen su�cientes características diferenciadoras como para justi�car una sección propia (sección 2.1). El segundo bloque del documento contiene las características principales necesarias para los robots encargados de la seguridad en estas instalaciones, centrando el interés en robots terrestres ( sección 3.1) y robots aéreos (sección 3.2). Además de las conclusiones del documento (capítulo 4), se incluye también un anexo con unas tablas resumen de las características de las principales instalaciones (anexo A)

Multi-robot data mapping simulation by using microsoft robotics developer studio

This document summarizes the goals achieved in the development of a data mapping appli- cation, for a multi-robot system, implemented as a service with the guidelines found in the Service Oriented Computing paradigm (SOC). The obtained service generates both local and global maps in the reconstruction of a virtual scenario: the local maps represent the sur- rounding area around each one of the mobile robots, and the global one the totality of the scenario where the robots move. The information of the global map is continuously updated by merging the data coming from the local maps by using a novel approach: each one of the maps manages a confidence level value that defines which of the data coming from the maps is worthy of being updated into the global one. This technique is not present in related work. The Microsoft Robotics Developer Studio framework was chosen for its implementation because of the advantages that this tool offers in the management of concurrent and distrib- uted processes, typically found in both a robotics platform and in a multi-robot system

Follow-the-leader Formation Marching Through a Scalable O(log2n) Parallel Architecture.

An important topic in the field of Multi Robot Systems focuses on motion coordination and synchronization for formation keeping. Although several works have addressed such problem, little attention has been devoted to study the computational complexity within the framework of large-scale systems. This paper presents our current work on how to achieve high computational performance for systems composed by a large number of robots that must fulfill with a marching and formation task. A scalable Multi-Processor Parallel Architecture is introduced with the purpose of achieving scalability, i.e., computation time of O(log2n) for a n-robots system. Our architecture has been tested onto a multi-processor system and validated against several simulations testing

Análisis Cinemático de Patrones de Movimiento para un Robot Tipo Gusano

Este trabajo estudia el sistema de locomoción de la lombriz de tierra. Se realiza un análisis cinemático del movimiento peristáltico y se evalúan diversas secuencias de movimiento de cara a la aplicación de las mismas en un robot gusano que será construido tratando de emular las características motrices de este animal