El presente trabajo tuvo como objetivo el diseño de un Vehículo Aéreo no Tripulado (VANT) de tipo multirotor con capacidad de carga de hasta un kilogramo - que puede representar una cámara o sensores para el monitoreo de una variable en específico. En la primera parte se hizo una revisión de la bibliografía y estado del arte de los sistemas aéreos no tripulados. Luego, se procedió a definir los requisitos para el diseño de la unidad. Debido a que el desarrollo de estos equipos es reciente, no existen publicaciones o libros que detallen una metodología para la selección de los componentes, por lo que en esta tesis se diseñó e implementó una propia que permitió seleccionar el sistema de propulsión óptimo que incluye los motores, las hélices y las baterías. En la siguiente etapa se diseñó la estructura para alojar a todos los componentes del VANT. Se realizó una simulación de las cargas para evaluar la resistencia, aerodinámica y vibraciones del VANT mediante un software de elementos. Los resultados fueron positivos, por lo que se puede asegurar un correcto funcionamiento ante una futura implementación. Finalmente, el resultado de este trabajo culminó con una lista de componentes, planos y un presupuesto de alrededor de $6300 en los que se incluye los costos de materiales, diseño de ingeniería y manufactura. El VANT diseñado tiene como dimensiones generales 1014x1007x200 mm, tiene un peso de alrededor de los 7.5 kg y está en capacidad transportar consigo una carga de un kilogramo con vientos de hasta 8 m/s. / Tesis

Se propone el diseño de un vehículo aéreo no tripulado del tipo cuadricóptero (UAV que posee cuatro propulsores que permiten el impulso del sistema) que pueda sobrevolar la Amazonía peruana con el propósito de realizar envíos de medicina a poblados aislados que requieran de este servicio. Se requerirá que el cuadricóptero sea capaz de transportar una carga de un máximo de 2 kilogramos y que posea un tiempo de vuelo estabilizado de aproximadamente 30 minutos. La carcasa de este vehículo aéreo deberá ser capaz de soportar las fuerzas ejercidas por cada uno de los cuatro propulsores del vehículo y el peso de la carga y de sus componentes electrónicos, y deberá ser lo más ligera posible para disminuir el requerimiento de energía de dichos propulsores. Aparte, los sensores deberán permitir determinar la posición global del cuadricóptero y la orientación del cuadricóptero con respecto a los ejes principales para poder controlar la dirección de propulsión del sistema. También, se requerirá que el sistema de control mantenga al cuadricóptero en un estado de vuelo estabilizado para evitar que la medicina a transportar sea sometida a turbulencias y que permita alcanzar posiciones en el espacio lo más rápido posible. Finalmente, debido a las precipitaciones que se presentan en esta zona, el cuadricóptero deberá ser capaz de soportar la repentina caída de lluvia, a pesar de que el vuelo durante estas condiciones no sería recomendado. El documento de tesis se encuentra dividido cinco capítulos. En el primer capítulo, se explicará más a detalle sobre la motivación que justifica el proyecto propuesto. En el segundo capítulo, se expone el diseño preliminar del proyecto, para lo cual, se expone sobre la definición del cuadricóptero, el estado del arte de este dispositivo, los objetivos y requerimientos del proyecto, un estudio de las opciones de diseño propuestas a partir de la metodología de diseño de productos VDI y finalmente se propone el diseño óptimo del proyecto. En el tercer capítulo, se expone sobre el diseño del sistema mecatrónico propuesto, en que se expone un resumen del sistema, una descripción del sistema de propulsión y detalles sobre el diseño mecánico, electrónico y de control considerados para cumplir con los requerimientos planteados en el segundo capítulo. En el cuarto capítulo, se presentan los costos que se tendría que cubrir para llevar a cabo el proyecto propuesto. Finalmente, en el quinto capítulo, se presentan las conclusiones obtenidas tras haber concluido el diseño de este proyecto. Aparte, al final del documento se presenta la bibliografía empleada en el desarrollo de esta tesis y los anexos que permitirán explorar más a fondo algunos temas mencionados a lo largo de este documento. / Tesis

El presente proyecto de fin de carrera busca presentar un aporte al campo de la agricultura de precisión, el cual tiene como propósito aplicar y desarrollar nuevos mecanismos tecnológicos para optimizar las tareas involucradas en la agricultura. Una de las herramientas dentro de la agricultura de precisión es la percepción remota, con la cual se pueden obtener imágenes de los campos de cultivo a gran altura, permitiendo la identificación de características que no son fácilmente visibles cuando se está al nivel del suelo. Las imágenes capturadas mediante la percepción remota son empleadas por diversos especialistas en la interpretación de determinados índices de vegetación, cuyos resultados ayuden a facilitar y mejorar las tareas del agricultor. La captura de dichas imágenes es obtenida a través de sensores remotos colocados en satélites, aviones y actualmente, el uso de vehículos aéreos no tripulados (Unmanned Aerial Vehicle – UAV) ha sufrido un considerable incremento. Sin embargo se presentan algunos inconvenientes con respecto al procesamiento de las imágenes adquiridas por los UAVs. En primer lugar debido a la necesidad de monitoreo constante, es necesario que los UAVs sobrevuelen la zona a tratar periódicamente, generando una gran cantidad de imágenes de una misma zona a tratar en diferentes periodos de tiempo, resultando que en cada captura las imágenes de la misma zona presentan distintas características: traslación y rotación espacial (considerando un punto de referencia fijo) e iluminación. En segundo lugar, debido a la necesidad de determinación de parámetros de vegetación, temperatura, humedad, entre otros, es necesaria la obtención de imágenes con cámaras que trabajen en diferentes bandas del espectro electromagnético (bandas de color azul, rojo, verde e infrarrojo). En algunas ocasiones una sola cámara no trabaja en todas las bandas del espectro por lo que se requiere colocar más de una cámara en el UAV, con el resultado de que las imágenes capturadas de una misma zona no están alineadas espacialmente debido a la posición de las cámaras en el UAV. De este modo se hace necesario de algún método que permita la alineación de las imágenes capturadas por los UAVs, ya sea que estas provengan de diferentes puntos de vista o de diferentes sensores, para una misma zona a tratar. Al procedimiento requerido para la alineación de dos o más imágenes de un mismo objeto de interés se le conoce como registro de imágenes. / Tesis

Los multicópteros en la actualidad son una herramienta de gran apoyo en distintos rubros tales como la prospección pesquera, la vigilancia y seguridad, la detección de personas, entre otros. Sin embargo existe una situación problemática por la cual se ven afectados estos multicópteros, la cual es el daño o colisión que tienen al momento de aterrizar en superficies en movimiento, tal es el caso de las embarcaciones marinas, pues no están diseñados para el tipo de superficie mencionado anteriormente. Por ello surge la necesidad de encontrar una solución para abordar este problema, frente a ello la propuesta de solución es una plataforma automática que asista al correcto aterrizaje de multicópteros que sean empleados en el ambiente marítimo. En la presente tesis se desarrolla esta propuesta de solución, la cual está organizada en cinco capítulos. En el primer capítulo se aborda la situación problemática, el alcance del problema, las necesidades del usuario o instituciones, los objetivos de la tesis y el estado del arte donde se presentan tesis, patentes y productos que existen en el mercado. A partir del segundo capítulo se empieza a realizar el proceso del diseño de ingeniería. En este capítulo se trata sobre la definición de los requerimientos que debe contar el sistema para cumplir con una lista de exigencias. Posteriormente se presenta la estructura de funciones con que contara cada dominio del sistema mecatrónico (mecánico, electrónico y control), las matrices morfológicas las cuales presentan las alternativas de solución para cada una de las funciones que tendrá el sistema mecatrónico. Además, se realiza una evaluación técnico económico de las tres mejores soluciones para definir el diseño óptimo. El tercer capítulo está conformado por el desarrollo e integración del sistema mecatrónico, que consta de un diagrama de bloques y se describe los componentes que conforman el diseño electrónico y los criterios de selección para escoger al adecuado, en cuanto a los cálculos electrónicos, estos se pueden observar en el anexo A.6. Seguidamente, el diseño mecánico abarca cálculos principales mecánicos cinéticos y de resistencia de materiales, mostrando las dimensiones y características principales del sistema mecatrónico, en el anexo A.7 se presentan los cálculos mecánicos adicionales del sistema. El diseño de control contiene diagramas de flujo donde se muestra los algoritmos de control y el modelo matemático de los subsistemas, se plantea las estrategias de control con el fin de poder controlar eficientemente al sistema. En el cuarto capítulo se aborda los costos que implica el desarrollo del sistema tales como los costos de los materiales, fabricación y de diseño en ingeniería. Finalmente, el quinto capítulo constituye las conclusiones y recomendaciones que se desprenden del presente trabajo de diseño. / Tesis

Esta tesis de investigación propone obtener el modelo aerodinámico de una aeronave del tipo ala volante utilizando redes neuronales artificiales con el fin de mejorar la performance del controlador de vuelo del sistema de navegación de un vehículo aéreo no tripulado. Actualmente la aeronave pierde altitud al momento de realizar los giros, y se entiende porque es un problema con el ángulo de cabeceo y velocidad de vuelo. El tipo de Red Neuronal Artificial (RNA) utilizada es de Back Propagation Dinámico y tiene dos capas intermedias con 100 neuronas cada una. Se utilizó este tipo de RNA porque permite entrenar un modelo dinámico como es el caso de una aeronave. Las variables de entrada utilizadas para el entrenamiento fueron: posición del elevador, posición de los alerones, posición del throtle y aceleraciones en los tres ejes de la aeronave. Las variables de salida fueron: ángulo de cabeceo, ángulo de alabeo, cambio en el tiempo de ángulo de cabeceo y alabeo, velocidad y altitud. Asimismo, se utilizó un “bias” para tomar en consideración fuerzas o perturbaciones que no se pueden medir. La metodología utilizada permitió realizar el modelado de manera satisfactoria del ángulo de cabeceo y velocidad. Los errores de entrenamiento fueron de 36% y 5.5% respectivamente. La validación de ambos parámetros fue de 68% y 3.38%. La metodología aplicada todavía necesita ser mejorada para obtener un error de entrenamiento satisfactorio en el ángulo de alabeo y mejorar los entrenamientos obtenidos para el ángulo de cabeceo y velocidad. Este trabajo demuestra que el modelamiento de una aeronave del tipo ala volante es más complejo que una aeronave convencional. Son pocos los trabajos de investigación sobre modelamiento de aeronaves que han realizado el modelamiento de este tipo de aeronaves. En la mayoría de los casos utilizan técnicas diferentes a las de RNA y realizan modelamiento lineal y no dinámico como se ha realizado en esta tesis. / Tesis

El proyecto expuesto en este documento presenta la definición, diseño e implementación de un vehículo aéreo no tripulado autónomo de múltiples rotores y su estación de control en tierra. El proyecto abarca tanto el diseño e implementación del hardware del robot (la elección de los diferentes componentes electrónicos, actuadores y la construcción de la estructura del vehículo) como el diseño e implementación del firmware encargado tanto de procesar la información obtenida de los sensores y la estación de control en tierra, como del control de los diversos actuadores encargados del movimiento del robot; de la misma manera se abarca el diseño e implementación de la estación de control en tierra del robot. Entre las principales características del vehículo aéreo no tripulado desarrollado en este proyecto, se encuentra, la capacidad de poder mantener su posición en el aire con cierta resistencia a agentes externos como el viento, la posibilidad de realizar una misión totalmente autónoma incluyendo el despegue y el aterrizaje; además el robot cuenta con diversos sistemas de seguridad que permiten prever accidentes y problemas tales como la falta de carga en las baterías o la perdida de alguna señal de control, finalmente al tratarse de un robot destinado a misiones de reconocimiento, se implementó un sistema de transmisión de video en vivo desde el vehículo aéreo no tripulado a la estación de control en tierra.

Se propone el diseño de un vehículo aéreo no tripulado del tipo cuadricóptero (UAV que posee cuatro propulsores que permiten el impulso del sistema) que pueda sobrevolar la Amazonía peruana con el propósito de realizar envíos de medicina a poblados aislados que requieran de este servicio. Se requerirá que el cuadricóptero sea capaz de transportar una carga de un máximo de 2 kilogramos y que posea un tiempo de vuelo estabilizado de aproximadamente 30 minutos. La carcasa de este vehículo aéreo deberá ser capaz de soportar las fuerzas ejercidas por cada uno de los cuatro propulsores del vehículo y el peso de la carga y de sus componentes electrónicos, y deberá ser lo más ligera posible para disminuir el requerimiento de energía de dichos propulsores. Aparte, los sensores deberán permitir determinar la posición global del cuadricóptero y la orientación del cuadricóptero con respecto a los ejes principales para poder controlar la dirección de propulsión del sistema. También, se requerirá que el sistema de control mantenga al cuadricóptero en un estado de vuelo estabilizado para evitar que la medicina a transportar sea sometida a turbulencias y que permita alcanzar posiciones en el espacio lo más rápido posible. Finalmente, debido a las precipitaciones que se presentan en esta zona, el cuadricóptero deberá ser capaz de soportar la repentina caída de lluvia, a pesar de que el vuelo durante estas condiciones no sería recomendado. El documento de tesis se encuentra dividido cinco capítulos. En el primer capítulo, se explicará más a detalle sobre la motivación que justifica el proyecto propuesto. En el segundo capítulo, se expone el diseño preliminar del proyecto, para lo cual, se expone sobre la definición del cuadricóptero, el estado del arte de este dispositivo, los objetivos y requerimientos del proyecto, un estudio de las opciones de diseño propuestas a partir de la metodología de diseño de productos VDI y finalmente se propone el diseño óptimo del proyecto. En el tercer capítulo, se expone sobre el diseño del sistema mecatrónico propuesto, en que se expone un resumen del sistema, una descripción del sistema de propulsión y detalles sobre el diseño mecánico, electrónico y de control considerados para cumplir con los requerimientos planteados en el segundo capítulo. En el cuarto capítulo, se presentan los costos que se tendría que cubrir para llevar a cabo el proyecto propuesto. Finalmente, en el quinto capítulo, se presentan las conclusiones obtenidas tras haber concluido el diseño de este proyecto. Aparte, al final del documento se presenta la bibliografía empleada en el desarrollo de esta tesis y los anexos que permitirán explorar más a fondo algunos temas mencionados a lo largo de este documento.

La presente tesis aborda dos problemáticas. La primera es que los diseños más convencionales de drones con aplicaciones específicas no están adaptados para volar en ambientes cerrados, pues no solo corren el riesgo de estrellar sus hélices contra paredes o techos, sino que también corresponderían un riesgo para las personas en su entorno. No obstante, hay tareas que podrían desarrollar en este tipo de espacios si se adaptara su diseño a uno más seguro. Por ejemplo, podrían ser utilizados para realizar rondas de vigilancia a través de cuartos y pasillos tal y como lo hace el personal de seguridad. La segunda problemática apunta precisamente a este sector, pues dispositivos como cámaras de vigilancia tienen algunas limitaciones como el hecho de no ser disuasivas por no estar a la vista o de no estar necesariamente en los lugares donde se les necesita. Se han venido utilizando robots terrestres para tareas de vigilancia en interiores pero que, sin embargo tienen la desventaja de tener trayectorias de movimiento fijas. Un VANT puede tener múltiples trayectorias de movimiento. Se propuso realizar el diseño preliminar de un dron con características especiales para que realice rondas de vigilancia. La primera es que debe ser capaz de volar en ambientes cerrados y por lo tanto debe contar con un diseño tal que no genere ningún riesgo técnico para sí mismo ni un riesgo físico para las personas que se pudiesen encontrar en los espacios donde opere. Lo segundo es que debe contar con una cámara capaz de registrar con o sin luz lo que sucede en su entorno y transmitir el video en vivo hacia la laptop del operario en un ambiente específico, desde donde además se enviará la trayectoria de vuelo al VANT. La tercera es que debe poder detectar obstáculos o personas y mantener el vuelo en una posición fija de encontrar alguno. La aeronave en cuestión funciona con un motor de contra-rotación también llamado de configuración coaxial y se traslada variando las posiciones de un juego de 4 alerones. Para aislar las hélices se ha utilizado una estructura geodésica conformada por varillas de fibra de carbono. Tiene un tiempo de vuelo efectivo de 10 minutos y es del tamaño de una esfera con un diámetro de aproximadamente 490 cm. El VANT será controlado desde una estación en tierra conformada por una laptop a la cual irá conectado el receptor de video. Desde aquí el operario enviará la trayectoria del vuelo al VANT podrá visualizar el video en vivo. / Tesis

La agricultura en el Perú es una de las principales actividades económicas que impulsan el desarrollo del país, también se resalta su relevancia por producir el 70% de los alimentos que se consumen. Dentro de los alimentos que provee se encuentra el mango, el cual ha registrado un alto crecimiento entre los cultivos de fruta posicionándose como el cuarto producto más importante del sector agroexportador. Sin embargo, es necesario un seguimiento constante al cultivo pues, de lo contrario, podría dañarse ante la presencia de plagas y/o enfermedades, así como la falta de irrigación o abono. No obstante, este seguimiento requiere de gastos innecesarios tales como el personal destinado a recorrer todo el cultivo y los elementos químicos usados para fumigación. En el presente trabajo se plantea el diseño de un Vehículo Aéreo no Tripulado (VANT) que pueda ayudar a incrementar la producción del mango en nuestro país y a su vez su calidad se vea beneficiada. Este VANT sobrevolará por el área de un cultivo predeterminado y con imágenes espectrales se podrá determinar qué parte del cultivo se encuentra dañado, posteriormente realizará una inspección al cultivo dañado, tomando fotografías a los árboles y a la zona, para poder determinar de qué plaga o enfermedad se trata. De esta manera, se ayudará a reducir los costos y el agricultor podrá tomar las acciones necesarias para poder erradicar el daño, permitiendo aplicar elementos químicos solo en el área localizada. / Tesis

El método más común para inspección de carreteras es la inspección visual. Esta tarea toma tiempo ya que el proceso de evaluación e inspección es tedioso y largo, además de no abarcar más de 20 km por día. Con todos estos factores y teniendo en cuenta el error del operario, no se logra obtener una inspección adecuada. Además, implica alto costo y muchas veces es riesgoso para los mismos operarios ya que en una carretera transitan vehículos a alta velocidad, además de que las mismas carreteras en mal estado pueden resultar peligrosas. El presente trabajo propone el diseño de un vehículo aéreo no tripulado de ala fija (UAV que solo posee un motor y donde la fuerza de sustentación es proporcionada por las alas) para la acción de inspeccionar carreteras. Este debe ser lo más ligero posible, es por ello que se escogió poliestireno expandido como material principal. Se integrará el UAV con una cámara digital que tome fotos con alta calidad cada 5 segundos mientras sigue una trayectoria definida. Finalmente, las fotos tomadas son analizadas en una computadora por medio de procesamiento de imágenes para encontrar las fallas en las pistas. El algoritmo de procesamiento de imágenes se restringirá para carreteras interprovinciales, debido al poco tráfico que presenta en comparación con las carreteras de ciudad. Para el diseño del UAV se utilizó la metodología VDI 2225, donde de tres conceptos de solución se seleccionó el óptimo a través de un análisis técnico y económico, este concepto óptimo se va mejorando a través del avance de la tesis. Como resultado final se obtiene un vehículo de 3 kg de peso, el cual puede sobrevolar a una altura máxima de 80 m, a una velocidad máxima de 15 m/s. / Tesis