1. Los UAV’s en Colombia, una
aproximación a su implementación
Leonardo Solaque Guzmán
Camilo Ariza Zambrano
Grupo GIDAM
Campus Party (Bogotá - Colombia)
29 Junio 2011

2. Objetivo de la exposición
Presentar algunos desarrollos en los campos que
atañen la construcción de los UAV’s
En el contexto internacional, mucho se habla de los aviones no tripulados, más
conocidos como UAV’s. Aproximaciones aisladas se han realizado en Colomia.
Particularmente se presenta desarrollos realizados en la Universidad Militar Nueva
Granada, Pontificia Universidad Javeriana y Universidad Nacional sede Bogotá.

3. Plan de la exposición
1. Contextualización (Internacional - Nacional)
2. Diseño y construcción de las plataformas
3. Modelo matemático y simulación
4. Arquitectura de la electrónica y la programación
5. Control de la estructura
6. Planificación y seguimiento de trayectoria
7. Aplicaciones
Conclusión

4. Plan de la exposición
1. Contextualización (Internacional - Nacional)

5. Contextualización
Los vehículos aéreos no tripulados son aviones controlados
remotamente o autopiloteados , que tienen la capacidad de cargar
cámaras, sensores, equipos de comunicación, entre otros.

6. Contextualización
Dependiendo de su misión principal suelen ser :
De blanco : simulan aviones o ataques enemigos en
los sistemas de defensa de tierra o aire
Reconocimiento : enviando información militar
Combate : Combatiendo y llevando a cabo misiones
peligrosas
Logística : Diseñados para llevar carga
Comerciales y civiles : Son diseñados para propósitos
civiles
Investigación y desarrollo : En ellos se prueban e
investigan los sistemas en desarrollo

7. Contextualización - Internacional
Aplicación posible de los UAV’s y su interacción

8. Contextualización - Nacional
•Proyecto Efigenia – Mario Andres Cordoba (U. de Cauca)

9. Contextualización - Nacional
•Proyecto Efigenia – Mario Andres Cordoba (U. de Cauca)
•Proyecto AURAjr – Luis Benigno Gutiérrez (UPB)

10. Contextualización - Nacional
•Proyecto Efigenia – Mario Andres Cordoba (U. de Cauca)
•Proyecto AURAjr – Luis Benigno Gutierrez (UPB)
•Proyecto Colibri – Carlos Mario Vélez (U. Eafit)

11. Contextualización - Nacional
•Proyecto Efigenia – Mario Andres Cordoba (U. de Cauca)
•Proyecto AURAjr – Luis Benigno Gutierrez (UPB)
•Proyecto Colibri – Carlos Mario Vélez (U. Eafit)
•Proyecto UrAn – Leonardo Solaque & Alain Gauthier (UniAndes)

12. Contextualización - Nacional
•Proyecto Efigenia – Mario Andres Cordoba (U. de Cauca)
•Proyecto AURAjr – Luis Benigno Gutierrez (UPB)
•Proyecto Colibri – Carlos Mario Vélez (U. Eafit)
•Proyecto UrAn – Leonardo Solaque & Alain Gauthier (UniAndes)
•Proyectos Quad-UAV – Leonardo Solaque (UMNG)

13. Contextualización - Nacional

14. Plan de la exposición
1. Contextualización (Internacional - Nacional)
2. Diseño y construcción de las plataformas

15. Parámetros de diseño y construcción
Características Generales:
Portable: Bajo peso / modular
Aplicaciones: Indoor / Outdoor
Control: RC / Autónomo
Payload: Cámara – Sensores
Características Técnicas:
Dimensiones aproximadas: Largo:0,6m * Ancho:0.60m * alto:0.40
Peso aproximado: 1 kg.
Materiales: alta resistencia y bajo peso.
Fuente de alimentación: baterías con una autonomía aproximada de 30 minutos.
Tipo de Motorización: 4 Motores Brushless
Sistema de control: RC y autónomo.
Payload: 1 kg

16. Parámetros de diseño y construcción
Características Generales:
Portable: Bajo peso / modular
Aplicaciones: Outdoor
Control: RC / Autónomo
Payload: Cámara – Sensores
Características Técnicas:
Comportamiento del UAV: Tipo entrenador de ala alta
Envergadura: 3.4 metros
Peso total de la aeronave: 8,7Kg
Velocidad máxima: 60 km/h.
Materiales: alta resistencia y bajo peso.
Fuente de alimentación: baterías con una autonomía aproximada de 20 minutos.
Tipo de Motorización: 1 Motores Brushless
Sistema de control: RC y autónomo.
Payload: 2 kg

17. Algunas nociones elementales
Definición de la estructura (diseño en CAD y
simulaciones - CAE)

18. Algunas nociones elementales
Definición de la estructura (diseño en CAD y
simulaciones - CAE)

19. Algunas nociones elementales
Empuje
Fuerzas sobre el HUB
Torques sobre el HUB

20. Plan de la exposición
1. Contextualización (Internacional - Nacional)
2. Diseño y construcción de las plataformas
3. Modelo matemático y simulación

21. Modelo cinemático
Sistemas de referencia:
Sis. Inercial global
Sis. local dirigible
Sis. local aeronáutico
Parámetros cinemáticos:
CG : Posición del centro de gravedad
CV : Posición del centro volumétrico
Vector de estado
Matrices de transformación y
Variables medidas en

22. Modelo dinámico
Fuerzas actuantes sobre el Quad
Peso
Esfuerzos aerodinámicos
Síntesis de la ecuación dinámica :
Teorema fundamental de la mecánica
Teoría de la mecánica de fluidos
► Masas, inercias y acoplamientos
► Velocidades lineales y angulares
► Vector dinámico (centrifugo y de Coriolis)
► Vector aerodinámico
► Vector aerostático (peso)
► Vector de la propulsión y rotor de cola

23. Modelo dinámico
Conjunto de ecuaciones completo

24. Modelos de control
Cuales son las medidas
disponibles ?

25. Sensores embarcados
GPS
Central Inercial
Compás
Velocímetro
Altímetro

26. Aproximación a propuesta
Filtro de Kalman extendido
[EKF]
Filtro de Kalman sin perfume
[UKF]

27. Aproximación a propuesta
Utilizando el modelo completo
Fuertemente no-lineal
Filtro de Kalman extendido [EKF]
Filtro de Kalman sin perfume [UKF]

28. Plan de la exposición
1. Contextualización (Internacional - Nacional)
2. Diseño y construcción de las plataformas
3. Modelo matemático y simulación
4. Arquitectura de la electrónica y la programación

29. Control de la propulsión
Conduce a la realización de una electrónica
que soporte la implementación de las
leyes de control
Driver
Motor

30. Pruebas - experimentales
Reference in red & Output in blue
2000
1800
PWM [ms]
1600
1400
1200
250 300 350 400 450
Time [s]
The control signal
1800
1700
PWM [ms]
1600
1500
1400
250 300 350 400 450
Time [s]
Pruebas de regulación del sistema de potencia
Soportadas por estudiantes de pregrado UN-Sede Bogotá

31. Electrónica desarrollada – Aviónica
Electrónica desarrollada y embarcada
Soportada por Diana Beltran

32. Electrónica desarrollada – Aviónica

33. Arquitecturas - Electrónica
Desarrollada en trabajo de grado en la UMNG
Soportado por William Mendoza y Carlos Guzmán

34. Arquitecturas - Electrónica
Desarrollada en trabajo de grado en la PUJ
Juan Camilo Rivera, Carlos Martin, Omar Pineda

35. Arquitectura de programación

36. Arquitecturas - Programación
client
real world
Apache
electronics
server
HTTP Web App
Multitasking sensors
CGI scripts control system
RS232
actuators
Non-RT Tasks RT Tasks
Linux kernel
Embedded PC

37. Arquitecturas - Programación

38. Arquitecturas - Programación
WEB BROWSER
CONTRO Ethernet UAV
L PANEL
WiFi
INFO PANEL

39. Arquitecturas - Programación

40. Plan de la exposición
1. Contextualización (Internacional - Nacional)
2. Diseño y construcción de las plataformas
3. Modelo matemático y simulación
4. Arquitectura de la electrónica y la programación
5. Control de la estructura

41. Pruebas - experimentales
Métodos de síntesis: Aproximación clásica
PID – Retro de estado
+
Saturación de la señal de control
+
Saturación de la señal de referencia

42. Control - QuadRotor
Hipótesis: Considerar una fuerza resultante única por estado
Se plantea el mismo modelo para estabilizar cada uno de los estados

43. Control - QuadRotor
Leyes finales para cada actuador
…

44. Resultados - Simulación

45. Plan de la exposición
1. Contextualización (Internacional - Nacional)
2. Diseño y construcción de las plataformas
3. Modelo matemático y simulación
4. Arquitectura de la electrónica y la programacion
5. Control de la estructura
6. Planificación y seguimiento de trayectoria

46. Planificación en el plano 2D
P. Souères & J.P. Laumond

47. Seguimiento de la trayectoria
En función de las variables del QuadRotor

48. Plan de la exposición
1. Contextualización (Internacional - Nacional)
2. Diseño y construcción de las plataformas
3. Modelo matemático y simulación
4. Arquitectura de la electrónica y la programación
5. Control de la estructura
6. Planificación y seguimiento de trayectoria
7. Aplicaciones

49. Aplicaciones – Vuelo de prueba

50. Aplicaciones – Problemas a atacar

51. Plan de la exposición
1. Contextualización (Internacional - Nacional)
2. Diseño y construcción de las plataformas
3. Modelo matemático y simulación
4. Arquitectura de la electrónica y la programación
5. Control de la estructura
6. Planificación y seguimiento de trayectoria
7. Aplicaciones
Conclusión

52. Conclusiones
• Se contextualiza aportes a nivel nacional
• Se presentan diseños de UAV’s
• La electrónica desarrollada para las plataformas presenta adecuados
comportamientos
• Se rescata la importancia de realizar pruebas estructurales
• La identificación paramétrica es importante en la medida que permite
completar los modelos de los UAV’s.
• Los controles presentan aceptable funcionamiento a nivel simulación
• La planificación de tareas se hace prioritaria a la hora de realizar
misiones

53. Preguntas ?
Gracias por su atención!