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.

La aplicación de redes inalámbricas de sensores para el monitoreo de parámetros físicos como humedad, temperatura, radiación, luminosidad, vibración, concentración de gases contaminantes, entre otros, es útil porque brinda información precisa para el análisis de distintos ecosistemas en estudios de impacto ambiental, investigación biológica y meteorológica. Sin embargo, se observa dos limitaciones en el uso de esta tecnología. Primero, la instalación de los elementos de la red es una ardua tarea en lugares remotos de difícil acceso como cuencas, nevados, lagos, cerros, ríos, entre otros. Segundo, el tiempo de servicio de los sensores está limitado por la capacidad er,ergétiea de sus baterias, su consumo se acelera porque los datos sensados tienen que ser retransmitidos desde los sensores finales hasta el nodo coordinador de la red, el cual es un equipo costoso y que demanda de un suministro eléctrico de mayor potencia. En consecuencia, el mantenimiento de la red se complica y encarece porque el acceso a los dispositivos demanda mucho tiempo al personal. Ante esta problemática, el presente trabajo pr-opone el diseño de un sistema mecatrónico para transportar los sensores hacia lugares de dificil acceso y recopilar inalámbricamente los datos sensados. En efecto, se ha desarrollado un cuadricóptero (vehículo aéreo no tripulado UAV de cuatro motores) con tres subsistemas. El primero sirve para lograr el vuelo autónomo del vehículo, ya que incluye a un controlador autopiloto que tiene grabada una ruta que le indica sobrevolar por puntos de paso señalados por el usuario en un mapa digital. El segundo es un mecanismo que carga los sensores y los distribuye en puntos georreferenciados en el área de estudio. El tercer subsistema recopila la información tomada por los sensores del ambiente, incluye a un microcontrolador, una memoria SD y un módulo de radiofrecuencia. El módulo RF a bordo del vehículo se comunica con cada uno de los sensores en tierra y recibe los datos sensados, los cuales son direccionados por el microcontrolador hacia la memoria SD, así toda la información queda almacenada para su posterior análisis. De esta forma se busca ampliar el uso de los sensores inalámbricos, ya que este vehículo evitaría el esfuerzo físico de los investigadores para ubicarlos en el área de estudio. Además prolongaría el tiempo de servicio de los dispositivos, ya que el alto consumo energético por las constantes retransmisiones ya no sería necesario, debido a que el vehículo se acercará a cada sensor para recoger inalámbricamente los datos de los parámetros sensados. En el capítulo 1 se presenta la problemática en la aplicación de redes inalámbricas de sensores. En el capítulo 2 se presentan las condiciones y requerimientos que el sistema mecatrónico propuesto debe ser capaz de satisfacer y una introducción acerca del modo en que el sistema logrará cumplir tales requerimientos. En el capítulo 3, se detallan los componentes mecánicos, los dispositivos electrónicos de control y potencia, el sistema de comunicación inalámbrico con los sensores remotos; así como la explicación de su funcionamiento a través de ilustraciones, planos y esquemas. En el capítulo 4 se calcula el costo de fabricación del vehículo. En el capítulo 5 se presentan las conclusiones del trabajo de diseño, así como las recomendaciones pertinentes. Finalmente, se ha detallado en los anexos los cálculos de diseño del sistema, el proceso de selección y las especificaciones técnicas de los componentes electrónicos, las cotizaciones para la fabricación del sistema, los planos de despiece y ensamble de los elementos mecánicos.

El continuo crecimiento de la demanda en vuelos comerciales ha ocasionado que las diversas aerolíneas se vean en la necesidad de reducir sus costos de mantenimiento para poder maximizar la utilización de su flota de aeronaves con el fin de poder obtener una rentabilidad deseada. La variedad de tipos de avión, la creciente cantidad de vuelos y un mayor número disponible de aeronaves complican el proceso mediante el cual se asignan rutas de vuelo a cada avión y su respectiva base de mantenimiento cuando se quiera una inspección. Ante esta nueva dificultad, un creciente número de investigaciones se han llevado a cabo para dedicarse a diseñar algoritmos capaces de obtener una buena planificación de inspecciones de mantenimiento utilizando la menor cantidad de recursos. Los algoritmos planteados han ido creciendo en tema de complejidad a medida que han pasado los años. Los primeros métodos que fueron planteados se denominaban algoritmos exactos, estos algoritmos podían obtener la respuesta optima, pero utilizando un gran poder de procesamiento y tiempo de ejecución. Luego se hizo uso de algoritmos heurísticos que entregaban soluciones buenas, que posiblemente no eran las óptimas, pero con un menor consumo de recursos. En la actualidad, se han diseñado varios algoritmos metaheurísticos realizando mejoras continuas a la solución obtenida hasta que se llegue a cierto criterio de terminación. El objetivo del presente proyecto de fin de carrera es diseñar e implementar un algoritmo murciélago hibrido que minimice los costos en la planificación de inspecciones de mantenimiento y a la vez maximice los posibles beneficios al aprovechar las horas de vuelo de las aeronaves. Para cumplir con el objetivo planteado se hará un estudio de los conceptos asociados a la planificación de mantenimiento y se recopilaran datos reales a planificaciones de mantenimiento hechas por aerolíneas del presente mercado peruano. El producto final será un algoritmo murciélago hibrido diseñado y calibrado para obtener soluciones que sean válidas para el contexto nacional.

La presente tesis desarrolla un regulador cuadrático gaussiano LQG con control neuronal para un prototipo cuadrocóptero. Se presentan el modelamiento directo, el cual involucran las ecuaciones diferenciales que gobiernan la dinámica de movimiento del cuadrocóptero y el modelamiento inverso, en donde el cuadrocóptero o sistema pasa por un proceso de identificación de sistema realizado por una red neuronal artificial basada en un modelo paramétrico. Luego, se entrena otra red neuronal que emula el comportamiento de un controlador óptimo que forma parte del regulador cuadrático gaussiano LQG. Este está compuesto por el controlador óptimo de estados llamado regulador cuadrático lineal y el estimador de estados óptimo, el filtro de Kalman. Debido a la complejidad de diseño del controlador y el estimador, estos se importan a manera de código. Ambos modelamientos se llevan al entorno Matlab y Simulink para poder realizar la simulación. Se compara tanto el modelamiento directo como el inverso ante distintas entradas de referencia. Esto se aprecia a través de la red neuronal que logra comportarse como el sistema y la red neuronal que emula al controlador, corroborando la aplicación de redes neuronales en el campo de teoría de control.

El Grupo de Investigación de Sistemas Aéreos No Tripulados de la PUCP (GI-SANT) posee un vehículo aéreo no tripulado híbrido. El cual es un UAV de ala fija modificado con cuatro motores adicionados para el despegue y aterrizaje vertical. El problema es la capacidad limitada del UAV híbrido del grupo para monitorear áreas mayores a 150 hectáreas en un único vuelo de altitudes cercanas y que no superan los 4000 m.s.n.m. Se identificaron tres causas que se relacionan a los cuatro motores adicionados: carga adicional generada, consumo de energía eléctrica de módulos electrónicos inactivos y perjuicio de propiedades aerodinámicas de la aeronave. Como solución, se ha diseñado un UAV VTOL de dos rotores y con tail-sitter. El presente documento contiene el proceso que se siguió para obtener la aeronave. Se planteó una serie de pasos por cada objetivo específico tomando en consideración las metodologías de diseño mecatrónico expresadas en las normas VDI 2206 (VDIFachbereich Produktentwicklung und Mechatronik, 2004) y VDI 2221 (VDI-Fachbereich Produktentwicklung und Mechatronik, 1993) con tal de lograr el objetivo final. En el documento se presentan el diseño aerodinámico, electrónico, mecánico y de control; así como la estimación del costo de implementación. Se finaliza con las conclusiones y recomendaciones.

Actualmente, la tecnología y la innovación son factores que determinan el desarrollo de un país. Específicamente en el Perú, las fuerzas armadas junto con el ministerio de defensa del Perú invierten en la implementación y modernización de aeronaves y helicópteros, los cuales son utilizados en situaciones que ameriten el rápido transporte de personas y/o recursos. Por este motivo, esta tesis se enfoca en proponer mejoras en el proceso de armado de una aeronave en una empresa estatal. Esta tesis comienza mencionando algunas aeronaves con renombre en otros países latinoamericanos. Concretamente, en los casos del Calima T-90, primera aeronave fabricada en Colombia, el IA-100, el cual busca recuperar la capacidad de diseño y fabricación de Argentina, y finalmente, el Embraer KC- 390, el cual es el avión más grande fabricado en Brasil. Luego, se definen algunos conceptos relacionados a los proyectos, los procesos y aeronaves. Dentro de la temática de los proyectos se define lo que es un proyecto, el ciclo de vida de un proyecto, las fases y los grupos de procesos de la dirección de un proyecto. Dentro de la temática de los procesos, se define que es un proceso, un flujograma y un diagrama de Gantt. Finalmente, se explica que es una aeronave y cuáles son sus partes fundamentales. Más adelante, se describe la empresa sobre la que se realiza este estudio. La empresa se dedica a la formación de pilotos, brinda servicios de mantenimiento de aeronaves comerciales y militares, fabrica aeronaves y componentes, y realiza el mantenimiento y la reparación de componentes. Dentro de sus procesos principales se encuentra el brindar servicios de mantenimiento de aeronaves comerciales y militares, y fabricar aeronaves y componentes. El departamento de aeronaves es el encargado de este último proceso mencionado que, junto con el departamento de proyectos, trabajan en conjunto en los diferentes proyectos. Uno de estos proyectos es el proyecto de reparación mayor de aviones el cual será en el que se centrará esta tesis. Dentro de este proyecto, el proceso de armado juega un papel importante, puesto que es el proceso que mayor demanda de personal requiere. En lo que respecta al diagnóstico, se realizó un comparativo entre la fase de armado planificada y la fase de armado ejecutada. Los resultados mostraron un incremento de 11 días, un incremento en la eficiencia del 12.39%, un incremento en el pico de personal de 8 personas y menores costos con respecto a lo planificado. Este último se debe a que la empresa tiene como política presupuestar costos superiores a los que normalmente se planifica en caso sucedan fallas, reprocesos, deterioro de herramientas, etc. Lo que se propone en la presente tesis es utilizar la metodología PERT/CPM para estimar de manera más exacta la duración de las actividades del proyecto y un intervalo de confianza de duración del proyecto más preciso. Además, la tesis propone generar un documento entendible que defina las bases para todo lo trabajado en el proyecto y la manera en que se llevará a cabo el trabajo. Para generar este documento es necesario seguir los pasos del plan de dirección del proyecto de la Guía PMBOK. Realizando la evaluación económica de las mejoras propuestas se encontró que, mediante los indicadores de VAN, TIR y Beneficio/Costo que el proyecto es económicamente viable. Lo que resalta de las mejoras propuestas es el ahorro que se genera al terminar el proyecto casi 1 mes antes de los que normalmente resulta de la ejecución de la fase del proyecto.

En el presente trabajo se ha realizado una caracterización de un vehículo aéreo no tripulado. Esta caracterización consiste en obtener la distribución de carga del vehículo analizado realizando cálculos aerodinámicos en base a las teorías tradicionales, seguido de una comprobación de resultados mediante simulaciones con ayuda de software CFD y finalmente una prueba de vuelo para corroborar lo obtenido. Los resultados del análisis aerodinámico difieren a los de la simulación con ayuda de software CFD ya que las fuerzas de sustentación y arrastre obtenidas mediante esta última, son 39% y 25% menores respectivamente, en comparación con los resultados analíticos. Esta reducción de las fuerzas obligó a realizar un vuelo con menos carga para evitar un posible accidente. El vuelo comprobó lo obtenido mediante análisis con software CFD, ya que el vehículo despegó del suelo y realizó un vuelo bastante estable, cumpliendo con los requerimientos definidos en el presente trabajo, se comprobó de esta forma que la metodología utilizada es útil para el análisis de otros vehículos. El peso vacío operativo del VANT es de 1.1 kilogramos, el peso a combustible a cero es de 1.675 kilogramos y el peso de despegue es de 2.175 kilogramos, lo que resulta en una carga útil posible de 0.575 kilogramos y una carga alar de 4.83 kg/m2. Finalmente, las velocidades alcanzadas están entre los 12 y 18 m/s, lo que corrobora que el resultado de la simulación brinda valores de carga adecuados, que se pueden utilizar si se requiere conocer las capacidades de un diseño en particular.

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