Actas de las XXXV Jornadas de Automática, 3-5 de septiembre de 2014, ValenciaISBN-13: 978-84-697-0589-6 © 2014 Comité Español de Automática de la IFAC (CEA-IFAC)

Diseno de una plataforma hıbrida aereo-terrestre paraaplicaciones de inspeccion visual

Joan Pep Company, Alberto OrtizDepartamento de Matematicas e Informatica

Universidad de las Islas Baleares07122 Palma de Mallorca

joan.pep.company@gmail.com, alberto.ortiz@uib.es

Resumen

El continuo deterioro en instalaciones industrialescausado por factores medioambientales o por pro-pio desgaste implica realizar tareas de inspeccioncontinuamente. Actualmente, el uso de robots pararealizar estas tareas de inspeccion esta creciendodebido a sus grandes ventajas, entre las que cabedestacar: reduccion del coste y del tiempo de ins-peccion, y el aumento de la seguridad del personalque realiza estas inspecciones ya que no han de es-tar fısicamente en lugares peligrosos. Este artıcu-lo presenta el diseno de una plataforma hıbridapara realizar tareas de inspeccion, cuya combina-cion auna las ventajas de los robots aereos y lasde los robots terrestres. El diseno de este vehıcu-lo hıbrido esta basado en un cuatrirotor modifica-do para poder convertirlo en un robot terrestre sinperder ninguna funcion propia de un robot aereo.Ademas, el vehıculo hıbrido ha sido disenado pa-ra poder incorporar diferentes configuraciones desensores, ası como un PC integrado a bordo del ro-bot, el cual permite llevar a cabo ciertas tareas deforma autonoma a traves de un conjunto de com-portamientos especıficos adaptados a cada tipo deinspeccion. Para finalizar, en este artıculo se des-cribe el modelo dinamico de los dos modos de na-vegacion, evaluado mediante el balance de energıasde Lagrange.

Palabras clave: Vehıculo aereo no tripulado,Vehıculo hıbrido aereo-terrestre, Inspeccion visual

1. INTRODUCCION

Las instalaciones industriales, edificios, puentes ygrandes buques se deterioran debido a factores me-dioambientales o por el desgaste ocasionado por elpropio uso. Por esto, es necesario un mantenimien-to periodico de estas instalaciones que garantiza sucorrecto funcionamiento y su seguridad. Actual-mente, el uso de robots para tareas de inspeccionesta en continuo crecimiento [1,2]. Esto es debidoa las grandes ventajas que estas plataformas supo-nen, entre las que se puede destacar la reduccionde tiempo y los costes de inspeccion, ası como elaumento de la seguridad del personal de inspec-

cion ya que no han de estar fısicamente en el areaa evaluar.

Este artıculo describe el diseno de una plataformahıbrida para la realizacion de inspecciones en bu-ques de gran tonelaje [3, 4]. El diseno propuestoes una plataforma capaz de proporcionar al ins-pector una primera impresion del estado de lasestructuras metalicas del buque. Cabe destacar laversatilidad del diseno, debido a la gran capacidadde carga util, la cual permite la incorporacion deuna gran variedad de combinaciones de sensores.Con estas multiples combinaciones, la plataformapuede usarse para diferentes tareas de inspeccion.

Este vehıculo hıbrido incorpora las ventajas de unrobot aereo y un robot terrestre en una sola pla-taforma. Centrandose en la plataforma disenadaen terminos de inspeccion, la principal ventaja delmodo terrestre es el aumento del tiempo dispo-nible de inspeccion ası como del area a inspec-cionar sin tener que reemplazar la baterıa; estoes debido a que el vehıculo no ha de levantar supropio peso para desplazarse y por consiguientela energıa utilizada es inferior. Por otra parte, elmodo aereo permite evitar obstaculos volando so-bre ellos, ası como inspeccionar zonas remotas alas que un robot terrestre no podrıa llegar. Resul-tados experimentales demuestran que la duracionde la baterıa en un vehıculo hıbrido puede ser has-ta 6 veces superior usando el vehıculo como robotterrestre, mientras que la distancia de alcance escuatro veces superior [5].

El diseno de la plataforma hıbrida realizado estabasado en dos modelos. El primero es el HyTAQdel Instituto de Tecnologia de Illinois [5], mientrasque el segundo es un modelo comercial llamadoParrot MiniDrone. Ambos modelos se muestranen la figura 1.

Comparando los dos vehıculos hıbridos menciona-dos anteriormente, se puede observar que la ma-yor diferencia reside en la estructura que protegeal cuatrirotor y que permite el desplazamiento te-rrestre. La ventaja de la estructura cerrada delHyTAQ es la mayor proteccion de los componen-tes internos, mientras que la gran ventaja de laestructura abierta del Parrot MiniDrone es que la

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Figura 1: (izda) Parrot MiniDrone, (dcha) Hy-TAQ.

estructura exterior no interfiere en el campo de vi-sion (FOV) de las camaras. Combinando estas dosestructuras se ha disenado una estructura exteriorque protege el interior de la plataforma mientrasque tambien permite instalar, por ejemplo, un sis-tema de camaras estereo en forma vertical sin quela estructura interfiera en el FOV de las camaras.

El resto del artıculo se organiza tal como se detallaa continuacion: la Seccion 2 describe en detalle eldiseno mecanico de las dos estructuras, la terres-tre y la aerea, las cuales combinandolas formanun solo robot; la Seccion 3 describe la electronicadel vehıculo hıbrido; la Seccion 4 describe el mo-delo dinamico del vehıculo hıbrido, considerandolos dos modos de navegacion; la Seccion 5 enume-ra las conclusiones y trabajos futuros relacionadoscon el desarrollo del vehıculo.

2. Diseno mecanico

En el proceso de diseno de un cuatrirotor sepueden destacar tres parametros restrictivos fun-damentales. Tal como se cita en [6], estos tresparametros corresponden a la masa maxima, lamaxima envergadura y la relacion de empuje/pesodeseado (normalmente esta relacion es 3:1, perocuando se quiere un movimiento mas suave —porejemplo cuando se embarcan camaras—, es acon-sejable usar una relacion 2:1).

La masa maxima viene definida por la suma de lamasa del chasis, la masa del grupo de propulsion,la masa de la baterıa y la masa de la avionica,donde la avionica hace referencia a los sistemaselectronicos encargados del control de bajo nivelde la aeronave. Para poder obtener el valor de lamasa maxima primero se define el peso de la masade la avionica, que tıpicamente corresponde a launidad de control de vuelo (FMU). Por otra parte,la placa de procesamiento adicional y los sensoreshan sido definidos como peso extra (payload). Unavez el peso del chasis del vehıculo es conocido, serealizan iteraciones hasta conseguir una correctarelacion entre el grupo de propulsion, las helices yla baterıa necesaria para obtener la relacion em-puje/peso requerida y el tiempo de operacion del

vehıculo.

Uno de los principales objetivos en el disenomecanico de la plataforma es conseguir el mıni-mo tamano posible del vehıculo adaptandose a lasnecesidades que se han descrito anteriormente. Enel diseno de un cuatrirotor, el tamano total vieneprincipalmente definido por el tamano de las heli-ces. Por esta razon, se han elegido helices de treshojas, ya que se reduce su diametro y por consi-guiente el tamano total del cuatrirotor. Modifican-do de n a m el numero de hojas y considerandoel mismo numero de revoluciones por minuto y lamisma velocidad de avance, el diametro de la heli-ce varıa tal como se muestra en la ecuacion 1:

Dn = Dm

(BmBn

)1/4

(1)

En la ecuacion anterior, Bi es el numero de hojasy Di es el diametro de la helice. Por otro lado, laexperiencia ha demostrado que la eficiencia decre-ce cuando se incrementa el numero de hojas (porejemplo, de dos a tres hojas la eficiencia se reducedel 70 % al 67 %). Esta perdida de eficiencia se de-be a diferentes factores entre los que cabe destacarla turbulencia de aire generado debido a la mayorproximidad entre las hojas.

Tal como se describe en la ecuacion 2, una helicede tres hojas permite reducir el diametro un 10 %respecto a una helice de dos hojas:

D3 = D2 ·(

2

3

)1/4

= D2 · 0,904 (2)

Con el fin de centrarnos en las caracterısticas decada estructura por separado, a continuacion, elvehıculo se describe en dos partes: primero la es-tructura terrestre y luego la estructura aerea.

2.1. Estructura terrestre

La estructura terrestre ha sido disenada lo mas li-gera posible para no incrementar la masa maximadel vehıculo. Esta estructura terrestre ha de sa-tisfacer las siguientes necesidades: ha de ser rıgidapara poder desplazarse por el suelo sin deformarse,pero al mismo tiempo ha de ser capaz de absorberposibles impactos del vehıculo y de esta forma pro-teger los componentes internos de posibles danos.Una de las soluciones a las necesidades comenta-das anteriormente es la fibra de carbono. Este ma-terial es muy utilizado en la robotica aerea debidoa su gran dureza, poco peso y elongacion casi nula.Sin embargo, una de las desventajas es la poca de-formacion de este material respecto a una carga.Esta deformacion es inversamente proporcional almodulo elastico, que en la fibra de carbono es deentre 30 y 50 GPa, lo cual provoca que la estructu-ra terrestre no sea lo suficientemente flexible para

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absorber impactos. Por eso la fibra de vidrio, cu-ya deformacion es superior debido a un moduloelastico entre 5 y 12 GPa, se adapta perfectamen-te a las necesidades del diseno. Para poder conse-guir un buen amortiguamiento de impactos en elvehıculo, se ha utilizado una combinacion de fibrasde vidrio de 2, 3 y 4 mm de seccion.

Uno de los puntos debiles de la fibra de vidrio esel poco nivel de friccion que tiene. Con el objeti-vo de conseguir un giro controlado de las ruedas,un tubo de plastico envuelve las piezas de fibra devidrio que tienen contacto con el suelo. Las vari-llas de fibra de vidrio se unen mediante piezas depolyactide (PLA) producidas por una impresora3D.

2.2. Estructura aerea

La estructura aerea ha sido disenada basandose enla estructura de un cuatrirotor. Esto es debido ala simplicidad y al reducido tamano que ofrecenlos cuatrirotores, comparandolos con otros multi-rotores como los hexarotores o los octorotores. Loscuatrirotores, como su nombre indica, se caracte-rizan por ser propulsados y comandados por cua-tro rotores cuyas velocidades absolutas y relativasde unos respecto de los otros dan lugar al movi-miento del vehıculo. Frente a otros multirotores,los cuatrirotores presentan una nula capacidad dereaccion cuando un motor deja de funcionar.

El diseno de un cuatrirotor se corresponde con unade las siguientes variaciones: configuracion en for-ma de cruz (+), en forma de aspa (×) y en formade H. La variacion en forma de cruz es la idoneapara acrobacias aereas, pero no se adapta al di-seno propuesto ya que, por una parte, la disposi-cion de las helices provoca que dos de sus brazosesten menos protegidos por la estructura terrestrey, por otra parte, limita el espacio disponible parala colocacion de sensores a bordo. La variacion enforma de H se caracteriza por tener el centro degravedad (COG) a la misma altura que las heli-ces, lo cual provoca un menor tiempo de respuestacuando se inicia una maniobra. La variacion se-leccionada para nuestro diseno corresponde a laforma en aspa con torre central. Esta torre per-mite albergar la avionica y el procesador de altonivel. Ademas, el COG se puede ajustar segun ladisposicion de los componentes en la torre. Si ladistancia del COG respecto al centro instantaneode rotacion (CIR) es muy pequena, la estructuraaerea puede rotar sobre si misma, mientras que,si esta distancia es muy grande, la eficiencia delvehıculo en cualquiera de los dos modos de nave-gacion disminuye, ya que el esfuerzo para realizarun movimiento de cabeceo (pitch) es mayor.

Para concluir este apartado, se ha de destacar que

el diseno ha sido realizado buscando una sustitu-cion rapida y facil de las diferentes piezas en casode colision.

3. Diseno electronico

La arquitectura de control del robot se puede di-vidir en dos partes: la primera esta ubicada en elvehıculo, mientras que la segunda esta ubicada enuna estacion base. A bordo del vehıculo hay dosunidades de procesamiento: una FMU y un PCempotrado (ver figura 3).

La FMU es la encargada del control de bajo ni-vel de la plataforma, como por ejemplo el con-trol de postura del vehıculo. En este proyecto, laFMU seleccionada es la Pixhawk Autopilot debidoa la memoria adicional, y al alto rendimiento dela CPU. Mas detalladamente, las caracterısticasmas importantes de la FMU son: microcontroladorSTM32F427 ARM Cortex M4 con DSP y acelera-dor por hardware basado en coma flotante (FPU),168 MHz, 256 KB de RAM, 2 MB de memo-ria flash, y co-procesador de 32 bits STM32F103.Ademas esta placa incorpora una unidad de me-dicion inercial (IMU) equipada con un sensor depresion barometrica y un giroscopo, un acelerome-tro y un magnetometro tri-axiales.

El PC empotrado, llamado procesador de alto ni-vel en la figura 3, es el encargado de procesar losdatos de los sensores, de ejecutar los comporta-mientos autonomos del robot, ası como los com-portamientos necesarios para garantizar la segu-ridad de la plataforma y gestionar la comunica-cion inalambrica con la estacion base. La comuni-cacion inalambrica es administrada por ROS (Ro-bot Operative System) [7] ejecutado sobre LinuxUbuntu. En esta aplicacion, ROS desempena unpapel esencial al proveer al sistema de un middle-ware para el intercambio de mensajes entre pro-cesos distribuidos de forma transparente.

Aparte de los sensores que incorpora la FMU, estevehıculo hıbrido ha sido disenado para poder alo-jar diferentes configuraciones de sensores que per-mitan que cada tipo de inspeccion se lleve a cabode forma satisfactoria. La configuracion de senso-res seleccionada alberga dos sensores de flujo opti-co (uno orientado hacia delante y otro orientadohacia abajo), un conjunto de sensores de ultraso-nidos para evitar colisiones, y un conjunto flexiblede camaras. Con esta combinacion, el vehıculo escapaz de realizar tareas de localizacion, construc-cion de mapas, deteccion y evitacion de obstacu-los, grabacion de vıdeo, etc.

La figura 3 muestra la electronica del cuatrirotory las conexiones con la estacion base.

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Figura 2: Diferentes perspectivas de la plataforma hıbrida disenada.

Figura 3: Diagrama de bloques de la electronicade la plataforma y su relacion con la estacion base

4. Modelizacion del vehıculohıbrido

Las siguientes secciones describen el modelodinamico del vehıculo, el cual resultara util tantopara tareas de dimensionado y simulacion, comopara llevar a cabo el diseno del sistema de control.

4.1. Movimiento generado

El movimiento de la plataforma hıbrida, en los dosmodos de navegacion, se realiza mediante rotoresubicados en las cuatro esquinas del cuatrirotor.Cada uno de los cuatro rotores tiene una heliceque gira solidaria a el, dos de estas helices giran ensentido horario, mientras que las otras dos giran ensentido antihorario. En este tipo de plataforma, elcontrol del movimiento del vehıculo se obtiene mo-dificando la velocidad de cada rotor respecto a losdemas rotores. El hecho de que cada par de helicesgire en sentido contrario, provoca una cancelaciondel momento respecto al eje Z, permitiendo, poruna parte, que el vehıculo pueda volar recto y, porotra parte, incrementar la eficiencia y el tiempode vuelo, ya que no es necesario un empuje extrapara compensar la rotacion no deseada. La rela-cion de fuerza Fi y momento Mi de cada motor

respecto a su velocidad angular wi se muestra enlas ecuaciones 3-4:

Fi = kFw2i (3)

Mi = kMw2i (4)

donde kF y kM corresponden a las constantes defuerza y par del conjunto motor-helice. Estos valo-res se obtiene empıricamente midiendo la relacionentre la velocidad angular y la fuerza generada porel conjunto helice-motor.

La fuerza ejercida por este conjunto y los ejes dereferencia del sistema son detallados en la figu-ra 4. Para poder realizar el analisis dinamico delsistema se han utilizado tres sistemas de coorde-nadas: cuatrirotor (xq, yq, zq), rueda (xr, yr, zr) yglobal (X,Y, Z).

Figura 4: Fuerzas de los motores y sistemas decoordenadas asociados a la plataforma.

La entrada del sistema U en los dos modos de na-vegacion se corresponde con el estado de los cuatroconjuntos motor-helice. Esta entrada se puede re-presentar de la siguiente forma: Uf correspondea la fuerza ejercida en la direccion del eje Z del

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cuatrirotor (zq), mientras que Uφ, Uθ, Uψ corres-ponde respectivamente a los momentos ejercidossobre los ejes xq, yq, zq. Tal como muestra la ecua-cion 5, actuando sobre la velocidad de los motoreswi se puede obtener el empuje del vehıculo en zy los angulos de alabeo (roll), cabeceo (pitch) yguinada (yaw) deseados.

u = kFϑwi (5)

UfUφUθUψ

= kF

ϑ︷ ︸︸ ︷1 1 1 1−L L L −L−L −L L LkFkM

− kFkM

kFkM

− kFkM

w

21

w22

w23

w24

donde L es la distancia del centro del cuatrirotoral centro de cada motor.

Cuando se esta en modo terrestre, las ruedas delvehıculo ruedan en el suelo usando solo la fuerzagenerada por el conjunto motor-helice. La direc-cion y la velocidad de movimiento es gobernadapor la relacion de velocidades de cada rotor. Tanpronto como se quiere cambiar de modo de nave-gacion, se cambia el control de la plataforma va-riando la relacion de las velocidades del motor ypor consiguiente las fuerzas ejercidas, permitiendoque el robot vuele.

4.2. Dinamica del sistema

Existen principalmente dos metodos para obtenerlas ecuaciones dinamicas de un sistema: el metodode Lagrange, basado en el balance de energıas, yel metodo de Newton-Euler, basado en el balancede fuerzas. Aunque los dos metodos llegan a lasmismas ecuaciones, el modelo de Lagrange ofreceuna solucion con ecuaciones en forma cerrada, enlas que se puede ver facilmente la estructura com-pleta y los terminos que la componen en formamatricial.

Debido a la gran diferencia existente a nivel de mo-delo dinamico entre los dos modos de navegaciondel robot, ambos se describiran a continuacion demanera independiente.

4.2.1. Modo de navegacion aereo

La dinamica de este modo de navegacion ha si-do publicada en numerosos artıculos y libros entrelos que cabe destacar [8] y [9]. Por esta razon, eneste apartado solo se citaran las ecuaciones de lacinematica y la dinamica sin entrar en detalles.

La relacion entre las coordenadas del sistema decoordenadas global (X,Y, Z) y el sistema de coor-denadas del robot (xq, yq, zq) se muestran en lasecuaciones 6-8 (cα y sα corresponden respectiva-

mente a cosα y sinα):

X = (cψcθ)x+ (cψsθsφ− sψcφ)y + (cψsθcφ+ sψsφ)z(6)

Y = (sψcθ)x+ (sψsθsφ+ cψcφ)y + (sψsθcφ− cψsφ)z(7)

Z = (−sθ)x+ (cθsφ)y + (cθcφ)z (8)

El modelo dinamico del vehıculo hıbrido quedescribe las rotaciones de alabeo (roll), cabeceo(pitch) y guinada (yaw) viene definido por el efec-to giroscopico de la rotacion del cuerpo, por elefecto giroscopico de la rotacion de las helices, ypor los actuadores. Este modelo esta definido enlas ecuaciones 9-11:

Iq1 φ = θψ(Iq2 − Iq3 )− JθΩr + uφ (9)

Iq2 θ = φψ(Iq3 − Iq1 ) + JφΩr + uθ (10)

Iq3 ψ = φθ(Iq1 − Iq2 )uψ (11)

donde J corresponde a la inercia del motor y Ωra la velocidad angular residual de la helice.

4.2.2. Modo de navegacion terrestre

El modelo dinamico terrestre que se describe en es-ta seccion es una adaptacion de los modelos descri-tos en [5,10]. En este modelo, el vehıculo se evaluacomo un disco en posicion vertical, por eso solo setiene en cuenta los ejes de coordenadas X e Y , yaque la posicion en el eje Z es siempre 0.

Considerando que la velocidad en el punto de con-tacto de la rueda con el suelo es 0, lo cual impli-ca que la rueda siempre gira y no se desliza, sepueden definir las restricciones de movimiento noholonomico segun los ejes X e Y . Por otra par-te, estas restricciones corresponden tambien a lacinematica del sistema. Estas restricciones se ob-tienen con las ecuaciones 12-13 y relacionan la ve-locidad del movimiento en X e Y con la velocidadangular de la rueda Ω y la orientacion del vehıculoψ:

x = RΩ cos(ψ) (12)

y = RΩ sin(ψ) (13)

Tal como se ha comentado anteriormente, para ob-tener el modelo dinamico se ha utilizado el metodode energıas de Lagrangre. La ecuacion 14 define laenergıa cinetica T , mientras que la ecuacion 15determina la energıa potencial V del sistema.

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T =1

2(mr +mq)(x

2 + y2) +1

2(Iqy +mqd

2)θ2

+1

2[(Irz + Iqx sin2(θ) + Iqz cos2(θ)]ψ +

1

2Iry Ω2

(14)

V = mrgd[1− cos(θ)](15)

donde mr y mq corresponden a la masa de la rueday la masa del cuatrirotor, d es la distancia entreel COG y el CIR, Iij son los momentos de inercia,que vienen definidos por i, que corresponde a larueda o al cuatrirotor, y j, que define los ejes xr,yr, zr en coordenadas robot de la plataforma.

Figura 5: Fuerzas externas que afectan a la plata-forma.

Figura 6: Momentos externos que afectan a la pla-taforma

La fuerzas y momentos externos que afectan a ladinamica del sistema se muestran en las ecuacio-nes 16-17 (ver figuras 5 y 6):

fe = uf [sin(θ) cos(ψ)X + sin(θ) sin(ψ)Y ] − bΩ − τr(16)

me = [uθ −mqgd sin(θ) − bθ]Y + [uψ cos(θ) − bψ]Z(17)

donde b es el coeficiente de friccion de los cojine-tes, los cuales permiten el giro independiente dela rueda y el cuatrirotor, y τr es la resistencia delsuelo al movimiento giratorio de la rueda, y vienedeterminado por la ecuacion 18:

τr = CrrR||(mq +mr)g − ufcosθ|| (18)

donde R corresponde al radio de la rueda, y Crres el factor de dureza del suelo. En suelos de hor-migon o asfalto, este valor esta entre 0.01 y 0.05.

En la ecuacion de Lagrange 19, qk es la variable deestado y λ1 y λ2 son los multiplicadores de Lagran-ge que se aplican desarrollando las restricciones noholonomicas:

d

dt

∂L

∂qk− ∂L

∂qk= Qqk + λ1aqk + λ2aqk (19)

Aplicando la ecuacion de Lagrange para las va-riables X e Y se obtienen λ1 y λ2, los cualesaplicandolos a la evaluacion de Lagrange para lasvariables θ, ψ y Ω, dan lugar a las ecuaciones 20-22:

Ω =1

Iry[ufR sin(θ)−mqgd sin(θ)− τr − bΩ

+ (mq +mr)R(x sin(ψ) + y cos(ψ)) (20)

ψ =uψ cos(θ)− bψ

Irz + Iqx sin2(θ) + Iqz cos2(θ)(21)

θ =uθ −mqgd sin(θ)− bθ − 2(IQZ − I

QX)ψ2

(Iqy +mqd2)(22)

Las ecuaciones 12-13 y 20-22 definen el modelodinamico del sistema terrestre.

A modo de ejemplo, la figura 7 muestra simula-ciones del anterior modelo dinamico para diferen-tes valores de sus entradas. Mas concretamente, semantiene una consigna de velocidad angular sobrelos motores durante 0.5 segundos y se deja evolu-cionar el sistema. En particular, para provocar unmovimiento de cabeceo (pitch) θ, las velocidadesangulares de los motores w1,2 y w3,4 se mantie-nen a diferente valor, lo cual provoca un momentosobre yq que, junto con el empuje Uf , da lugar auna traslacion sobre el plano del suelo. Por otrolado, para provocar un giro alrededor de zq se ha

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0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

Uθ

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

Uθ

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

Uθ

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

0.18

Tiempo (s)

Uψ

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20−0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Angulo de Pitch

Tiempo (s)

θ(rad)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Angulo de la rueda

Tiempo (s)

Ω(rad)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20−0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

Desplazamiento en X

Tiempo (s)

X(m

)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

0.5

1

1.5

2

2.5

Angulo de Yaw

Tiempo (s)

ψ(rad)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20−1.5

−1

−0.5

0

0.5

1

1.5

2

Velocidad de Pitch

Tiempo (s)

θ(rad/s)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20−0.02

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

Velocidad de la rueda

Tiempo (s)

Ω(rad/s)

0 5 10 15 20−0.005

0

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

Velocidad en X

Tiempo (s)X

(m/s)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

0.5

1

1.5

2

2.5

3

Velocidad de Yaw

Tiempo (s)

ψ(rad/s)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20−20

−15

−10

−5

0

5

10

15

20

Aceleracion de Pitch

Tiempo (s)

θ(rad/s2)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20−0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Aceleracion de la rueda

Tiempo (s)

Ω(rad/s2)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20−0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

Aceleracion en X

Tiempo (s)

X(m

/s2)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20−4

−2

0

2

4

6

8

10

12

Aceleracion de Yaw

Tiempo (s)

ψ(rad/s2)

Figura 7: Graficos ilustrativos del modelo dinamico correspondiente al modo terrestre.

de realizar un movimiento en guinada (yaw) man-teniendo las velocidades angulares w1,3 diferentesa w2,4.

5. Conclusiones y trabajo futuro

Este artıculo describe una plataforma hıbrida,aerea y terrestre, disenada para realizar tareas deinspeccion visual. Combinando dos plataformas enuna, es posible conseguir las ventajas de un robotaereo y de un robot terrestre. Los principales as-pectos mecanicos y electronicos de la plataformahan sido detallados, ası como su modelo dinami-co. Por otra parte, cabe destacar que el vehıculoha sido disenado con una gran carga util que per-mite incorporar diferentes combinaciones de sen-sores. Con estas caracterısticas, el vehıculo puedeser configurado para diferentes tareas de inspec-cion.

Por otro lado, gracias al PC empotrado y la po-sibilidad de embarcar diferentes configuracionesde sensores, la plataforma hıbrida tiene capaci-dad para ser dotada de autonomıa supervisada.Esta implementara un conjunto de comportamien-tos que permitiran obtener un cierto nivel de au-tonomıa, que cubrira diferentes tipos de tareas y

situaciones, alcanzando niveles de baja o mediacomplejidad sin intervencion humana. Para abar-car mayores niveles de complejidad, el modelo deautonomıa supervisada introduce un operador enel lazo de control. De hecho, la idea principal noes la de cambiar de un modo de operacion (totalautonomıa) a otro (teleoperacion), sino la de im-plementar una estrategia global donde el humanoeste siempre dentro del lazo de control, monitori-zando el progreso de la tarea y pudiendo tomar elcontrol de la plataforma en cualquier momento.

La incorporacion de la autonomıa supervisada pre-tende ayudar al operador en el guiado del robotmediante comandos intuitivos los cuales evitarantener que controlar acciones complejas de la pla-taforma y centrarse en las tareas de inspeccion.

Agradecimientos

Este trabajo esta parcialmente financia-do por el proyecto FP7 INCASS (MO-VE/FP7/605200/INCASS)

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