En el presente trabajo de tesis se realiza el análisis aerodinámico de una hélice 17x5 de un Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) del tipo cuadricóptero para precisar el efecto de la modificación del ángulo de paso en las fuerzas aerodinámicas con el objetivo de incrementar la eficiencia de vuelo vertical. En primer lugar, el estudio aerodinámico se realiza a partir de cálculos analíticos bajo la formulación de la teoría del Impulsor del Elemento Pala o también llamada Blade Element Momenthum Theory (BEMT) por sus siglas en inglés. El cálculo analítico se realiza en el software JBLADE el cual emplea el código BEMT para la resolución de problemas aerodinámicos de hélices. Los resultados se verifican que tengan un correcto sentido físico con tendencias y valores numéricos acordes con el estudio y experimentación de hélices; estos resultados forman punto de partida para el posterior análisis. Luego, el análisis aerodinámico se realiza a partir de la simulación computacional mediante el uso del software ANSYS Fluent. El paquete de ANSYS Fluent proporciona un análisis basado en el uso de volúmenes finitos. En específico, se enfoca la resolución del problema mediante el método del Marco de Referencia Móvil (MRF - Moving Reference Frame); el método resuelve los campos de flujos que involucran superficies rotatorias bajo un enfoque estacionario. El método MRF proporciona una solución físicamente correcta, simple y con menor uso de recurso computacional. En seguida, los resultados de la simulación se verifican frente a los cálculos analíticos a manera de validar los resultados. La tendencia de la respuesta muestra una correcta similitud con respecto a los cálculos analíticos. Sin embargo, existe un error promedio de 17,0% entre los valores numéricos de ambos métodos; esto debido a las simplificaciones realizadas en la configuración del modelo y en el proceso general de simulación. Finalmente, en la presente tesis se concluye que se logra obtener un aumento de la fuerza de empuje a partir de un cambio en el ángulo de paso; cabe resaltar que este aumento representa un impulso del 17,8% del peso total del cuadricóptero, con solo incrementar el ángulo de paso de cero a dos grados, lo cual resulta en un beneficio aerodinámico. / Tesis

En nuestro país la gestión de proyectos de edificación no es optimizada y esto se refleja en la gran cantidad de desperdicios en las fases de diseño, planificación y construcción. Por ello, las empresas del sector deben utilizar nuevas herramientas y técnicas que mejoren la eficiencia y eficacia de sus productos. En este contexto, la interacción de la filosofía LEAN Construction y los sistemas de gestión BIM se ha estudiado y difundido en nuestro medio en los últimos años; sin embargo, en la práctica, sus herramientas y técnicas se usan parcial e individualmente, manteniendo buena parte de los sistemas tradicionales de gestión. Por otro lado, el uso de UAVs se hace cada vez más común en diversos sectores, entre ellos, el de construcción. Pese a ello, existe poca investigación sobre el tema y la existente brinda resultados generales sin especificar procesos específicos. Ante ello, esta tesis pretende desarrollar un modelo para la gestión del diseño, planificación y seguimiento de un proyecto de edificación usando LEAN, BIM y UAVs. Para ello, el primer paso fue revisar los conceptos involucrados y, a partir de ellos, crear un marco conceptual que facilite su integración. En esta búsqueda se encontró que el marco de trabajo del diseño y construcción virtual se adapta a las necesidades del modelo deseado. Posteriormente se propusieron protocolos para el diseño, planificación y seguimiento de obras usando UAVs basados en la revisión bibliográfica, entrevistas y visitas periódicas a obras. Finalmente, se implementó el modelo en proyectos reales y se validó usando indicadores de gestión como el porcentaje de plan cumplido. Adicionalmente se analizan las oportunidades de la generación de modelos as-built a partir de la ejecución de protocolo de seguimiento en un proyecto ya ejecutado. / Tesis

La presente tesis aborda el problema del abastecimiento de batería de los drones siendo su periodo de duración insuficiente para cubrir operaciones de mayor durabilidad. En la actualidad, la utilidad de los drones ha ido en aumento en los diversos campos en los que se desenvuelve, así como también su automatización. Con respecto a ello, con la constante evolución de la tecnología y la creciente demanda de automatizar los procesos en los que son requeridos estos dispositivos, se ha logrado que los UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) sean autónomos en las operaciones que se requieren. De esta forma, ya no es necesario que sea controlado por algún operario en tiempo real, sino que puede funcionar de forma autónoma. Sin embargo, como se mencionó brevemente, las operaciones realizadas por estos dispositivos pueden tomar un tiempo mayor al de la duración de su batería, por lo que más tiempo implica menos operaciones por día y esto afecta a la productividad. De aumentar esta característica en los drones, se podrían usar, por ejemplo, como sistemas de vigilancia, ya que estos sistemas requieren una continuidad en su operación. Como segundo ejemplo podrían usarse para el envío de objetos a largas distancias de forma autónoma. Se propuso realizar el diseño preliminar de un sistema mecatrónico automático que realizará el abastecimiento de batería de los drones con baterías LiPo 6S (6 celdas). Para lograr este diseño son necesarios los siguientes subsistemas: subsistema de transporte de batería, subsistema de sujeción de dron y el subsistema de adaptación de batería. El subsistema de transporte de batería estará conformado por un robot cartesiano ensamblado con un gripper magnético y un anaquel para guardar las baterías. Este arreglo permitirá la sujeción, extracción y colocación de la batería. El segundo subsistema está conformado por dos actuadores lineales, los cuales se encargarán mantener el dron fijo para poder realizarse el proceso de abastecimiento de la batería. Por último, el subsistema de adaptación de batería, que es el diseño de un sistema mecánico que se ubicará en la parte media del dron para facilitar la extracción y colocación de la batería. Las baterías a emplear en este diseño son baterías LiPo 6S y estas tienen unas dimensiones aproximadas de 59 mm x 64 mm x 158 mm. Además, su peso es aproximadamente de 1.5 kg. Esto permitirá realizar un mejor diseño para las consideraciones mostradas. Eventualmente, se delimitó a este tipo de batería ya que son las que más se usan en promedio para drones de dimensiones mayores a un metro de diámetro. El sistema procesará la información en un controlador y estará constantemente validando, enviando y recibiendo data de internet, es decir, monitoreando en la nube. Se realizará un monitoreo de la información en la nube ya que estos sistemas operan de forma automática y además porque es necesario alertar sobre los posibles fallos para que el sistema sea reparado lo antes posible.

La geografía escarpada del Perú hace muy difícil contactar con pueblos rurales, especialmente en la sierra y selva, donde los abruptos Andes o los enmarañados bosques amazónicos retan a los métodos convencionales de ingeniería y obligan a idear soluciones no tradicionales. En la era de la globalización, el desarrollo de las sociedades está cada vez más relacionado con el acceso a las redes de información, las cuales están dejando progresivamente los cables en el pasado para dar paso y supremacía a las señales inalámbricas, ya sea a través de satélites o de antenas terrestres. Así, cualquier aparato o instrumento que tenga capacidades de recepción inalámbrica puede conectarse a las redes mundiales (principalmente Internet) siempre y cuando esté dentro el rango o alcance del transmisor. Entonces, con objetivo principal de: dar acceso a Internet a pueblos rurales del territorio nacional, que servirá para mejorar los servicios de educación, salud, prevención de desastres, respuesta frente a emergencias y otros, se diseña un sistema mecatrónico llamado Aeronave no Tripulada de Larga Autonomía, que volará sobre los poblados rurales durante el día y la noche gracias a su funcionamiento mediante energía solar y baterías de larga duración, mientras retransmite señal de Internet, a manera de antena móvil. Queda fuera del alcance de este trabajo la recepción de la señal primaria, es decir, el cómo llega la señal a la aeronave. Para cumplir el objetivo, se usó la metodología de diseño VDI 2225, y luego de ponderar los tres conceptos de solución y realizar un análisis técnico-económico se selecciona un avión construido en madera balsa y fibra de carbono que posee una envergadura de 4.35 metros, un largo de 1.80 metros y una masa de 6.5 kilogramos. Puede volar por más de 24 horas a una altura de 500 metros sobre el suelo a velocidades recomendadas entre 12 y 16 m/s.

En la actualidad, la detección de objetos de interés en imágenes se ha centrado básicamente en aplicaciones que se desarrollan sobre cámaras estáticas, limitando así el área que es captada por dichas cámaras. Pero con el desarrollo y construcción de los vehículos aéreos no tripulados, ahora tenemos cámaras que se montan en ellos. Los objetos a detectar con una cámara en movimiento generan un nuevo reto y es por eso que esta tesis se enfoca en el análisis de este tipo de imágenes. En la presente tesis, se desarrolló un sistema que permite la detección de objetos de interés (persona y vehículos) que se encuentran en movimiento, a partir de imágenes tomadas desde un vehículo aéreo no tripulado (UAV). El resultado de la aplicación de este sistema, permitirá conocer el número de objetos en movimiento, así como la trayectoria que siguen a lo largo de una secuencia de imágenes. En el primer capítulo se presenta el estado del arte existente en la actualidad en referencia a las aplicaciones que existen en reconocimiento de objetos en imágenes, ya sean imágenes individuales o secuencias de imágenes. Además se establecen los objetivos del desarrollo del sistema que se propone en esta tesis. En el segundo capítulo, se presenta las técnicas existentes en el procesamiento de imágenes para el reconocimiento de objetos, así como también las respectivas etapas con las que cuentan, para detectar y reconocer objetos de interés. En el tercer capítulo se realiza la comparación entre las técnicas de reconocimiento con el objetivo de seleccionar la más adecuada a nuestros requerimientos. Así mismo se presenta el diseño del sistema propuesto para la detección de personas y vehículos en movimiento en las imágenes tomadas desde el UAV. Finalmente en el último capítulo, se muestra la implementación del sistema propuesto y sus resultados obtenidos al aplicar el sistema sobre 5 secuencias de fotogramas (videos), cada una de ellas con características distintas, con lo que se establecerá la eficiencia de nuestro sistema en cuanto a escenarios diversos. / Tesis

Los últimos desastres naturales han mostrado qué tan vulnerable es el Perú, prueba de ello son los números a nivel nacional del impacto que tuvo el fenómeno del Niño Costero en el 2017: 138 personas fallecidas, 1 782 316 personas entre afectadas y damnificadas, 413 983 viviendas entre destruidas y afectadas, 234 51 kilómetros de carretera entre destruida y afectada, y 131 611 hectáreas de cultivo entre destruidas y afectadas, y todo ello pudo evitarse, o en su defecto reducir su impacto teniendo una adecuada gestión de riesgos y política de prevención. La presente tesis consiste en el diseño de un drone con un sensor LiDAR acoplado, el cual permitiría escanear zonas de interés y de difícil acceso para un topógrafo y obtener una nube de puntos, mediante la cual se puedan realizar simulaciones de desastres naturales, y así cuantificar posibles daños e identificar rutas y zonas seguras. La presente tesis tiene como objetivo general el diseño de un drone que pueda llevar como carga útil un sensor LiDAR y los componentes necesarios para su funcionamiento. Ello involucra realizar previamente una investigación acerca de cómo funciona tanto el drone como el LiDAR, además de sistemas que se puedan encontrar en el mercado, para luego empezar con la selección de componentes y el diseño propiamente dicho, tanto mecánico, electrónico y de control, y ello implica realizar cálculos y simulaciones, que fueron objetivos específicos de la tesis. El sistema diseñado permite la adquisición de datos de un terreno en forma de una nube de puntos mediante el uso del sensor LiDAR, además de que este sistema puede ser usado de forma manual o de forma autónoma, tiene una duración de 20.9 minutos, soporta vientos de hasta 7m/s y podrá ser monitoreado desde una estación en tierra, como una laptop, caracterizándose por ser de bajo costo en comparación a los modelos comerciales que existen en la actualidad.

En el presente trabajo de tesis se realiza el análisis aerodinámico de una hélice 17x5 de un Vehículo Aéreo No Tripulado (VANT) del tipo cuadricóptero para precisar el efecto de la modificación del ángulo de paso en las fuerzas aerodinámicas con el objetivo de incrementar la eficiencia de vuelo vertical. En primer lugar, el estudio aerodinámico se realiza a partir de cálculos analíticos bajo la formulación de la teoría del Impulsor del Elemento Pala o también llamada Blade Element Momenthum Theory (BEMT) por sus siglas en inglés. El cálculo analítico se realiza en el software JBLADE el cual emplea el código BEMT para la resolución de problemas aerodinámicos de hélices. Los resultados se verifican que tengan un correcto sentido físico con tendencias y valores numéricos acordes con el estudio y experimentación de hélices; estos resultados forman punto de partida para el posterior análisis. Luego, el análisis aerodinámico se realiza a partir de la simulación computacional mediante el uso del software ANSYS Fluent. El paquete de ANSYS Fluent proporciona un análisis basado en el uso de volúmenes finitos. En específico, se enfoca la resolución del problema mediante el método del Marco de Referencia Móvil (MRF - Moving Reference Frame); el método resuelve los campos de flujos que involucran superficies rotatorias bajo un enfoque estacionario. El método MRF proporciona una solución físicamente correcta, simple y con menor uso de recurso computacional. En seguida, los resultados de la simulación se verifican frente a los cálculos analíticos a manera de validar los resultados. La tendencia de la respuesta muestra una correcta similitud con respecto a los cálculos analíticos. Sin embargo, existe un error promedio de 17,0% entre los valores numéricos de ambos métodos; esto debido a las simplificaciones realizadas en la configuración del modelo y en el proceso general de simulación. Finalmente, en la presente tesis se concluye que se logra obtener un aumento de la fuerza de empuje a partir de un cambio en el ángulo de paso; cabe resaltar que este aumento representa un impulso del 17,8% del peso total del cuadricóptero, con solo incrementar el ángulo de paso de cero a dos grados, lo cual resulta en un beneficio aerodinámico.

Los sistemas aéreos no tripulados (SANT) se han convertido en una comodidad asequible para cualquier fin. Sin embargo, estos dispositivos pueden causar daño tanto a infraestructuras como a personas en caso de colisión. De esta manera, el problema radica en que no existe en el Grupo de Investigación de Sistemas Aéreos No Tripulados un módulo electrónico capaz de detectar y evadir obstáculos en escenarios tales como bordear una estructura fija o evitar una colisión inminente con algún objeto que se interponga entre el SANT y la meta. Además, que se pueda acoplar a diversas plataformas y que tenga un rango de detección de 360°. La solución al problema mencionado se llevó a cabo mediante el desarrollo de un sistema de detección y evasión de obstáculos. En cuanto al hardware, se eligió como sensor al Sweep LiDAR 360°, al Odroid C2 como computadora acompañante y al Pixhawk como controlador de vuelo. La plataforma elegida fue el cuadricóptero Tarot FY450. En cuanto al Software, se diseñó un algoritmo de adaptación de rutas basado en 4 modos de vuelo. El flujo de información da inicio con la adquisición de datos del entorno por parte del sensor LiDAR. Dicha información es ordenada del punto más cercano al más lejano y posteriormente es filtrada en base a la intensidad de señal. La información resultante es procesada en la computadora acompañante y un modo de vuelo es elegido en base a criterios previamente establecidos. En cuanto a las pruebas realizadas para comprobar la eficiencia del sistema, se realizaron simulaciones en Matlab y pruebas reales. En cuanto a las pruebas reales, se realizaron 3 con un biombo y una con una pancarta. El objetivo de las 3 primeras pruebas fue evaluar el dispositivo en un entorno controlado, mientras que la prueba con pancarta tuvo como objetivo evidenciar el modo de vuelo de emergencia (Avoid Obstacle). Además, el límite de velocidad resultante fue de 0.5 m/s.

El objetivo de la presente tesis es realizar el levantamiento topográfico para la instalación de un sistema de riego tecnificado usando aeronaves no tripuladas. El procedimiento, que generará modelamientos del terreno, será registrado en este documento. Los modelamientos del terreno se obtendrán a partir de datos obtenidos por un vehículo aéreo no tripulado, los cuales deberán ser procesados y georreferenciados. A continuación, se describe cada capítulo. En el Capítulo 1, se presentará la problemática actual en la obtención de datos del terreno con topografía tradicional, también los problemas debido al movimiento de los vehículos aéreos no tripulados al momento de capturar las imágenes aéreas. Se señala el objetivo general de la tesis, así como los objetivos específicos y la justificación de la realización del presente tema. En el Capítulo 2, se dará a conocer conceptos básicos de topografía, conceptos de fotogrametría e información sobre los vehículos aéreos no tripulados. Luego, se presentarán los equipos utilizados en el proyecto: vehículos aéreos no tripulados y equipos de topografía GPS. En el Capítulo 3, se explicará la estrategia adoptada para dar solución al levantamiento topográfico, que es la motivación de la presente tesis, se describirá la metodología de trabajo desde la planificación de los vuelos hasta el momento en que se extraen los datos del vehículo aéreo no tripulado. Además de las mediciones necesarias como puntos de apoyo para la georreferenciación. En el Capítulo 4, se presentará el procesamiento de la información obtenida por los vehículos aéreos no tripulados. Se explicará las características del procesamiento de la información para obtener los modelamientos del terreno entregados. Además del control que se realizó para verificar la fiabilidad del sistema y el uso de la información para el diseño de la instalación del sistema de riego tecnificado.

El desarrollo de los drones ha ido en aumento con el paso de los años, logrando cada vez máquinas más complejas y capaces de implementarse en tareas de uso militar y civil, por ejemplo en búsqueda y rescate de personas, fotografía, entretenimiento, carreras, transporte de objetos, entre otros. Este estudio resume el desarrollo de un concepto de solución de un módulo mecatrónico capaz de darle a un dron la habilidad de realizar aterrizajes precisos sobre plataformas que se encuentran en movimiento. Primero, se investigan trabajos previos que comparten objetivos con este proyecto en el aspecto de hardware, software, técnicas de procesamiento de imágenes, técnicas de control e implementación. Luego, basado en una lista de requerimientos y una estructura de funciones se proponen conceptos de solución preliminares y se evalúan bajo aspectos técnico-económicos. Finalmente, se mejora la solución obtenida después de la evaluación y se obtiene un diseño conceptual óptimo del módulo capaz de proporcionar a un dron la habilidad anteriormente mencionada.