Ingeniero Civil Electricista / La presente Memoria de Título se centra en el diseño de una estrategia de control difuso, tipo Mamdani, para evasión de obstáculos presentes en ruta de un Vehículo terrestre Guiado Autónomamente (AGV, por sus siglas en inglés), y la consiguiente verificación del enfoque propuesto para el caso en que la operación del vehículo se simula a través de un modelo dinámico en ambiente MATLAB®- Simulink (el cuál a su vez emula un automóvil Volkswagen® modelo Tiguan, año 2010). Este trabajo se enmarca dentro de uno de los proyectos interdisciplinarios del área de Automatización y Robótica del Centro Avanzado de Tecnología para Minería, perteneciente a la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile, que busca el desarrollo de un AGV capaz de operar en ambientes similares a los encontrados en faenas a rajo abierto de la minería. Con este fin, se estudia en detalle las variables dinámicas que definen el comportamiento de un móvil en el plano a través de un modelo tipo bicicleta , al cual se integran características propias del automóvil que se desea simular: retardos, zonas muertas y limitadores de pendientes propios de los actuadores del AGV. La incorporación de los elementos mencionados al modelo creado permiten lograr resultados satisfactorios, generando rutas coherentes en su comportamiento y llegando a un error cuadrático medio entre la velocidad real del vehículo y la adquirida por el modelo en simulación no superior a un 4,6%. Para la implementación de la estrategia difusa de control de evasión de obstáculos se establece un controlador supervisor de ruta, que permite guiar al vehículo en caso de no detectarse un obstáculo. Dicho controlador es capaz de garantizar que el vehículo se mantenga en su carril; mostrando un error de seguimiento que no supera los 50 [cm] y caracterizado por una longitud de oscilación de aproximadamente 500 [m] en un periodo de 1 minuto, a una velocidad constante de 30 [Km/h]. Por otra parte, para efectos de la detección de un obstáculo en ruta de colisión, se implementa una estrategia que caracteriza el área frente del vehículo en tres zonas (central y laterales), para con ello determinar la ruta ideal a seguir, considerando al obstáculo como una función de probabilidad Gaussiana bivaluada, de medias y desviación estándar conocidas. Finalmente se presenta el diseño e implementación definitivos para el controlador propuesto, el cual es capaz de evadir obstáculos en ruta de colisión, manipulando el ángulo del volante y la velocidad del vehículo. Los resultados obtenidos al aplicar la lógica difusa de tipo Mamdani fueron satisfactorios, al permitir la evasión de obstáculos con una probabilidad mayor al 99,9%. Todo esto inmerso en un efectivo protocolo de seguridad que garantiza que el AGV no colisionará con un vehículo antecesor que frene intempestivamente o con obstáculos imposibles de evadir. Junto con lo anterior se minimiza la probabilidad de vuelco o derrape del vehículo a través de una disminución de la aceleración lateral gracias a una reducción planificada de su velocidad longitudinal.

Esta investigación se logró gracias a que poseo una tarjeta CMR Falabella para estudiantes, por lo tanto, no se encontró apoyo alguno en el Fondart, ni de parte del magíster en artes mediales como de la Universidad de Chile. Se me ha dificultado mi investigación por la falta de apoyo de los profesores como de la misma institución. Algo insólito si pensamos que es la primera investigación en arte y telerobótica en Chile. Es importante que lo escribiera estos hechos en mi tesis, si bien han sido una pincelada de los obstáculos encontrados en el transcurso de esta investigación. Como las dificultades de encontrar tecnología a bajo costo que sólo se encuentra en país del primer mundo. Cada vez que hacía un pedido tenía que esperar un mes y medio. Mi interés ha sido investigar un área poca desarrollada en Chile que es el Arte y la robótica. Si ustedes, se interesan en indagar en esta área acerca del arte/robótica les dejo mi correo para que se contacten conmigo pedrovargasruiz@gmail.com estaré encantado en ayudarlos en la medida que pueda.

Magíster en Gestión para la Globalización / Codelco se encuentra en etapa de revisión de todas sus filiales. MIRS (Mining Industry Robotic Solutions) es la filial de Codelco especializada en el desarrollo y diseño de soluciones robóticas para la minería. En la cuprífera llama mucho la atención el caso de MIRS, debido a que es una compañía con un gran potencial de crecimiento, pero que sin embargo, desde el año de su creación (2007), aún no ha reportado ganancias. El aspecto anteriormente descrito, conforma la justificación del presente trabajo de tesis, cuyos objetivos principales son reflejar el valor de MIRS y establecer los aspectos preliminares de una estrategia de internacionalización de ésta. La metodología seleccionada se inició con un análisis estratégico, el cual fue elaborado a través de modelos descriptivos y cuantitativos. Dentro de los modelos descriptivos, se aplicó un estudio del modelo de negocios a través del CANVAS. Luego se continuó con un estudio del mercado mundial y nacional de la robótica industrial. Finalmente se recurrió al uso de herramientas estratégicas tales como FODA y PESTA. Por otro lado, el análisis cuantitativo involucró un análisis de la evolución de los indicadores financieros de la compañía y un estudio bibliográfico sobre los principales métodos de valoración, el cual sirvió de base para una posterior aplicación del método Discounted Cash Flow (DCF) en MIRS. La incertidumbre, no cubierta por el método DCF fue tratada a través de la utilización de un análisis probabilístico de potenciales escenarios, los cuales fueron elaborados con la ayuda de árboles de decisión. Los resultados obtenidos reflejan una falta de un plan estratégico que defina las directrices específicas a seguir y que oriente en la toma de decisiones en el interior de la compañía. Además, los indicadores financieros muestran un continuo deterioro, lo cual hace muy necesario tomar decisiones drásticas en cuanto a la forma de insertar y posicionar a MIRS en el mercado. De acuerdo al análisis realizado y a las proyecciones de ventas de la compañía, se estimó un valor esperado para la compañía de US$ 9.000.000. En relación a la propuesta preliminar de internacionalización de la compañía, cabe señalar que los aspectos analizados fueron los productos y servicios a ofrecer en el extranjero, modos de entrada, comercialización y operación que deberá presentar MIRS en los mercados seleccionados (Brasil y Perú). Además, se elaboró un análisis económico reforzado con un análisis de sensibilidad en función de las ventas esperadas e inversión inicial de la potencial internacionalización de la compañía. Con respecto a las conclusiones y recomendaciones realizadas, cabe señalar que éstas están elaboradas en función de servir de orientación, tanto a Codelco como a MIRS. Estas conclusiones intervienen en varios aspectos el actual modelo de negocios, se critica la forma en que MIRS detecta las necesidades más importantes de sus clientes, además, se sugiere agregar el servicio de postventa y externalizar algunos servicios que no tengan relación con el core de MIRS. También se recomienda que MIRS desarrolle mecanismos adecuados para retener el capital humano, fortalecer los lazos con sus accionistas y analizar el establecimiento de alianzas con otras entidades, tales como universidades y centros de investigación. Como conclusión global, cabe señalar que si Codelco no apoya en forma inmediata la consolidación de productos a MIRS, esta filial tecnológica está en serio riesgo de no poder cumplir con las expectativas de ventas y caer en una difícil situación financiera (en el mediano plazo), lo cual afectaría las aspiraciones internacionales de MIRS y también a Codelco, siempre y cuando esta compañía decida continuar como accionista de MIRS.

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Ingeniero Civil Electrico / Este trabajo se enmarca dentro de un proyecto de automatización de vehículos terrestres del Centro Avanzado de Tecnología para la Minería perteneciente a la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Chile. Este proyecto tiene por propósito construir un vehículo autónomo, capaz de operar en un ambiente similar al encontrado en mineras. El objetivo general de la presente Memoria de Título es el desarrollo de una estrategia de control para el seguimiento de trayectorias en un vehículo autónomo terrestre, todo lo anterior en ambiente de simulación Matlab Simulink. También es parte de este trabajo sentar las bases para la implementación de estas estrategias de control en un vehículo a escala real. Se tomará en cuenta, como referencia para el ajuste de las leyes de control, la utilización de un automóvil marca Volkswagen modelo Tiguan. El trabajo realizado se divide en tres etapas: investigación bibliográfica, análisis de opciones y diseño de leyes de control; implementación de controladores en simulador; y finalmente, sintonización, validación de estrategia y análisis resultados. En la primera etapa se presentan antecedentes y métodos encontrados en la literatura que suelen utilizarse para solucionar el problema de seguimiento de trayectoria. Luego, se escogen dos posibles métodos: el primero es un controlador diseñado a partir de la estrategia de control por modo deslizante (SMC por su sigla en inglés) y el segundo corresponde al utilizado anteriormente en un Volkswagen Touareg Stanley, desarrollado en la Universidad de Stanford). Durante esta etapa también se derivan las ecuaciones de la ley de control, de ambos métodos, para ser aplicadas al modelo del automóvil. La segunda etapa del trabajo consiste en implementar los controladores escogidos previamente. Los códigos son escritos en Matlab y se utiliza la plataforma Matlab Simulink para implementar el seguimiento de trayectoria. Además de los controladores, el sistema requiere de un planificador de trayectoria, el modelo del vehículo y controladores específicos de más bajo nivel; los últimos dos fueron implementados en Matlab Simulink en etapas anteriores del proyecto y se reproduce la salida del planificador para este trabajo. Por último, luego de tener una plataforma de simulación para ambas estrategias de control, se ejecutan variadas pruebas. En una primera instancia se realiza, a base de prueba y error, la sintonización de todos los parámetros de los controladores con el objetivo de minimizar el error cuadrático medio para una trayectoria predefinida. Luego, se procede a pruebas en distintos escenarios y para distintas trayectorias, las que incluyen cambios de velocidad y trayectorias con discontinuidades. Además se intenta cuantificar el comportamiento de los sistemas controlados a partir de la medición de características del error, tales como los tiempos de respuesta y estabilización. Finalmente, se escoge como el mejor controlador al propuesto por el grupo de Stanford y se sugiere para ser implementado en el Volkswagen Tiguan. Así mismo, se presenta un método para sintonizar el controlador en el automóvil sin necesidad de realizar prueba exhaustivas para todos los casos. Además, queda planteado como trabajo futuro la implementación del controlador en lenguaje C++ para ser incluido en el automóvil del AMTC.

Autorizada por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo hasta el año 2014 / El objetivo general de la presente Memoria de Título es el diseño e implementación de una interfaz segura que permita actuar eléctricamente sobre el acelerador, la caja de cambios y el freno de mano de un vehículo liviano de dos ejes. En forma adicional, se contempla también el comisionamiento de los controladores asociados a la actuación electromecánica sobre la dirección y el pedal de freno del mencionado vehículo. Este trabajo se contextualiza como una de las primeras etapas de un proyecto de automatización de vehículos terrestres, con aplicación directa en la operación tele-comandada o autónoma de los mismos dentro de faenas mineras a rajo abierto. El trabajo realizado puede dividirse principalmente en tres etapas: investigación bibliográfica y análisis de los distintos mecanismos del vehículo a intervenir, diseño y dimensionamiento del sistema y, finalmente, su implementación. La etapa de diseño y dimensionamiento incluye el desarrollo de la filosofía de control que genera las pautas para el funcionamiento del sistema. Esto, a su vez, permite definir los requerimientos iniciales y perfilar esquemáticos para los distintos actuadores que manipulan electromecánicamente el acelerador, la transmisión y el freno de mano del vehículo. Todos los diseños consideran sistemas de seguridad, dado que éste es un tema clave en cualquier tipo de proceso industrial, y en especial en aquellos asociados a la minería. Dichos sistemas son implementados a través de mecanismos de detección de fallas durante la operación del vehículo, así como de sistemas y protocolos de respuesta si éstas se presentasen. La etapa de implementación considera el diseño propuesto y lo convierte en un dispositivo físico instalable en el vehículo. Lo anterior implica la programación de la lógica de control, el cableado del vehículo, el diseño del soporte físico del panel electrónico y el diseño de la tarjeta impresa que aloja los distintos componentes electrónicos a utilizar. Para determinar si se cumplen los requerimientos iniciales de diseño, se implementa una interfaz de pruebas para el sistema desarrollado, a través de la cual se determina que la latencia del sistema es de 20 [ms]. Además se verifica que las referencias de los actuadores se pueden entregar a una frecuencia de 110 [Hz] y que el sistema es capaz de entregar retroalimentación a 60 [Hz]. Dichos resultados demuestran que el sistema de actuación electromecánica supera los requisitos impuestos para ser utilizado en el vehículo en cuestión. El sistema además minimiza en la medida de lo posible las intervenciones mecánicas ya que para poder actuar sobre el acelerador, la transmisión automática y el freno de mano electromecánico se intervienen las señales eléctricas de control del vehículo. Para actuar sobre el freno y la dirección, recogiendo la experiencia de otros proyectos similares, se prefiere actuación electro-mecánica. La implementación en el vehículo de dichos sistemas queda fuera del alcance de esta Memoria de Título. Finalmente, se presentan mejoras al sistema implementado (inspiradas en los resultados de las pruebas de desempeño), así como trabajos futuros en la misma línea de desarrollo. La mayoría de dichas mejoras tiene que ver con la seguridad del sistema y la comodidad de su operación.

Actualmente, los vehículos guiados de forma autónoma (AGV) son ampliamente utilizados en diversas aplicaciones industriales, razón por la cual el diseño e implementación de estrategias de control para estos sistemas es de vital importancia para responder a las exigencias de seguridad, productividad y eficiencia que se requieren en los ámbitos en los que se desempeñan estos vehículos. Aunque las variables de interés a supervisar en un AGV son variadas, destacan dos de ellas que es necesario controlar en todo vehículo autónomo: (i) la velocidad y (ii) la dirección. Diferentes estrategias de control se han explorado e implementado para llevar a cabo la supervisión de la velocidad y la dirección de un AGV, sobresaliendo entre ellas el control difuso. El objetivo general de este trabajo, enmarcado en el proyecto de Automatización de Vehículos y Maquinaria Minera Móvil del Centro Avanzado de Tecnología para la Minería (AMTC), es diseñar e implementar controladores difusos desacoplados para controlar la velocidad y dirección de un vehículo de escala real, en particular un Volkswagen® Tiguan. En el caso del controlador de velocidad, el diseño considera dos variables de entrada, el error de velocidad y la integral del error de velocidad, y una única salida que manipula la apertura de los pedales de aceleración y freno. El signo de la salida determina cual actuador es el que se activa frente a determinadas condiciones de velocidad. El diseño de los conjuntos difusos y la base de reglas del controlador apuntan a minimizar el uso del freno, evitar la alternancia entre el uso de los pedales, permitir controlar adecuadamente la velocidad del vehículo en un amplio rango de velocidades. Por otra parte, el diseño del controlador difuso de la dirección establece como variables de entrada el error del ángulo de las ruedas y la variación de dicho ángulo, y como variable de salida la variación del ángulo del volante. Los conjuntos difusos y la base de reglas de este controlador fueron diseñados con el fin de emular y mejorar el tiempo de respuesta de un conductor humano. Ambos controladores se validaron y evaluaron a nivel de simulación en un ambiente Matlab®- Simulink, obteniéndose resultados satisfactorios en todos los casos estudiados que involucraron pruebas con referencias de velocidad y ángulo de la ruedas basadas en escalones y rampas a fin de emular distintos tipos de conducción. De igual forma, los controladores difusos se mostraron robustos frente a perturbaciones, en particular aquellas asociadas a ruido en las referencias o en la retroalimentación. Se concluye de los resultados obtenidos en este trabajo que el control difuso constituye una estrategia de control efectiva para supervisar adecuadamente la velocidad y la dirección de un AGV, obteniéndose controladores robustos y capaces de cumplir adecuadamente con los requerimientos de tiempo de estabilización y sobrenivel máximo impuestos, a nivel de simulación. De igual forma, debido a la flexibilidad de la herramienta de control utilizada, se puede establecer que en una aplicación para un ambiente no simulado es posible obtener resultados similares a los conseguidos en este trabajo, realizando las modificaciones necesarias a los controladores diseñados, según las condiciones de operación del sistema de escala real.