Diseño y construcción de un sistema aéreo no tripulado autónomo para muestreo en superficies irregulares

Abstract

El objetivo de este proyecto se plantea como el diseño y construcción de un sistema a ereo no tripulado que permita desarrollar teor as y postulantes sobre el concepto de autonom a en los aeromodelos y anteceder a el planteamiento de muestreo sobre super cies geom etricamente irregulares. Los m etodos de dise~no pueden ser catalogados dentro de dise~no mec anico; donde se hace uso del diseño a fatiga y el análisis cinemático tanto cinético para el desarrollo de un posterior diseño de fuerzas dinámicas sobre la estructura del dispositivo. Modelado y dise~no de control; donde se plantea un modelo din amico con base a la f sica de Newton, un ana lisis del modelo mediante el software privativo MatLab c y el dise~no de los compensadores: PID, algebraico, retroalimentaci on por variables de estado, LQR y algunas combinaciones entre los mismos. Finalmente el postulado de un algoritmo de navegaci on basado en tecnolog as de segmentaci on en color, identi caci on, determinaci on y localizaci on de c odigo QR y programas de comunicaci on UDP. Para nalmente ejecutar un apartado de construcci on, validaci on por Software, pruebas mec anicas de empuje e integraci on en el proceso de construcci on de la aeronave. Como resultados se puede enunciar la completa y funcional construcci on de la aeronave dise~nada, el registro de este trabajo como una base te orico-pr actica que no solo cumple con los objetivos planteados en primera instancia sino tambi en plantea y desarrolla a profundidad algunos hilos de investigaci on futura como: estudio de un mecanismo de transformaci on central, estudio de un mecanismo de escualizaci on para inclinaci on en vuelo estacionario, estudio de mas de 3 compensadores o controladores para el vuelo (PID, RVE, LQR, entre otros) y planteamiento y desarrollo de un algoritmo de segmentaci on, localizaci on, determinaci on y posicionamiento de una plantilla o muestra a seguir por la aeronave. Todo lo anterior para justi car y avanzar en el desarrollo de aeronaves como sistemas autónomos.

The target of this project is framed with an unmanned aircraft system design and construction that allows to develop theories and approaches on the aircraft autonomy trend and precede to the sampling exposition on geometrically irregular surfaces concept. The design methods can be catalogued as follows, mechanical design; where is used the fatigue design and the cinematic so much kinetic analysis allowing a subsequent development of the structure dynamic forces design. Modelling and control design; where a dynamic Newton's physics based model appears, an model analysis executed by means of the software MatLab c and nally the following controllers design: PID, algebraic, state feedback variables, LQR and some combinations between the same ones. And a navigation algorithm postulation based on Color technologies segmentation and code QR identi cation, determination and location. Furthermore the on- y UDP communication. Finally to execute a construction paragraph, rati cation for Software, thrust mechanical tests and airship construction integration process. As results it is possible to enunciate the designed airship nished and functional, the record of this work as a theoretical-practical base that not only expires with the raised targets in the rst instance but also suggest and develops to depth some threads for a future investigation like: central transformation mechanism study, turn-in arm A mechanism study allowing the stationary ight inclinations, study and development of more than three di erent control methodologies (PID, RVE, LQR, among others) and a segmentation algorithm exposition useful to locates, determinates and track a sample to be grip. Everything previous to justify and advance in the airships development as autonomous systems.