jueves, 22 de noviembre de 2012

Proyecto Fin de Carrera: Sistema de Detección y Control de Averías para Quadrotors en Situaciones de Emergencia

Este proyecto denominado "Sistema de Detección y Control de Averías para Quadrotors en Situaciones de Emergencia" o "Quadrotor Control Reconfiguration for Emergency Flights" constituyó mi Proyecto Fin de Carrera. El trabajo fue realizado en el Grupo de Robótica y Cibernética (RobCib) del Centro de Automática y Robótica (CAR), formado por UPM y CSIC, entre septiembre de 2011 y octubre de 2012, fue entregado el 21 de octubre y fue presentado el 22 de noviembre obteniendo una calificación de 9,8.



Resumen:

En los últimos tiempos, el uso de vehículos aéreos no tripulados (UAVs) se ha generalizado. Estas aeronaves están siendo empleadas en múltiples aplicaciones y en diversos campos: desde misiones militares hasta aplicaciones en agricultura, pasando por funciones de rescate, inspección, fotografía y vídeo en el aire, seguridad…

Los UAVs que han experimentado un mayor desarrollo y extensión han sido los multirotors y, entre ellos, los quadrotors. Estos robots aéreos, de pequeño o mediano tamaño y propulsados por cuatro rotores, han supuesto una revolución en el campo de las aeronaves por su sencillez, su estabilidad y su maniobrabilidad.

El desarrollo tecnológico de los quadrotors y su utilización en diversas aplicaciones se han producido en paralelo. Esto ha dado lugar a la aparición de una serie de retos; destacando sobre los demás los relacionados con la seguridad.

En este Proyecto de Fin de Carrera se ha abordado un estudio de las diferentes clases de averías que se pueden producir en los distintos sistemas del quadrotor, centrándose en el sistema de sustentación y los elementos que forman parte del mismo (motores, ejes, hélices y acoplamientos).

Posteriormente se ha diseñado, implementado y validado un sistema de detección de fallos en los actuadores del quadrotor. Este sistema compara la información sobre el estado de la aeronave obtenida a través de los sensores (principalmente, acelerómetro y giróscopo) con la información sobre el mismo estimada a partir de un modelo del sistema. A través de esta comparación el sistema es capaz de detectar las averías e identificar los actuadores en los que se han producido.

Como no todas las averías tienen las mismas causas y los mismos efectos, se ha distinguido entre averías leves y averías graves. Las primeras suponen una pérdida menor o igual al 50% del empuje de un rotor y pueden ser compensadas mediante la acción de un sistema de control. Por su parte, las segundas suponen una pérdida mayor al 50% del empuje de un rotor y el sistema carece de recursos para compensar sus efectos.

En respuesta a las averías leves se ha desarrollado un sistema de control que permite estabilizar la aeronave y aterrizar con seguridad. Por otra parte, en respuesta a las averías graves se ha decidido emplear un método de seguridad pasiva para minimizar los daños sufridos por la aeronave en caso de accidente. Tras analizar diferentes métodos de seguridad pasiva se ha seleccionado el paracaídas y se ha diseñado, modelado e implementado en el sistema.

Todos estos sistemas, tanto independiente como conjuntamente, han sido inicialmente probados y validados en simulación y posteriormente implementados en un sistema real: un quadrotor diseñado y construido específicamente para probar los sistemas y métodos desarrollados durante este proyecto.


Presentación:



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