Existen en la actualidad numerosas aplicaciones civiles que utilizan vehículos aéreos para realizar tareas de inspección, vigilancia o monitoreo. Prácticamente la totalidad de las mismas son llevadas a cabo mediante el uso de aviones y helicópteros tripulados. Sin embargo, hay ocasiones en las que el alto costo de operación, el riesgo que corren las personas a bordo del vehículo y/o la incapacidad para acceder a ciertas áreas justifican el uso de vehículos aéreos no tripulados (UAV, por sus siglas en inglés).
Por otro lado, en los últimos años se ha progresado de forma significativa en la investigación y desarrollo de vehículos aéreos no tripulados (UAVs) para tareas que involucran contacto físico y actuación sobre objetos del entorno tales como el transporte y despliegue de cargas, la toma de muestras, el agarre en vuelo e incluso la manipulación aérea empleando fundamentalmente plataformas aéreas de ala rotatoria. Por lo que para aplicaciones que requieren tanto la capacidad de navegación aérea y manipulación se requiere de robot manipuladores aéreos. Los manipuladores aéreos, se caracterizan por tener un alto grado de redundancia, que combina la capacidad de manipulación de un manipulador de base fija con la navegación de un vehículo aéreo no tripulado con ala fija o rotativa. Los sistemas de tele-operación pueden ser multi-operador y/o multi-robot, permitiendo ejecutar tareas independientes y simultaneas, de manera cooperativa. Realizar tareas complementarias de forma simultanea es de suma importancia cuando se pretende reducir el tiempo de un objetivo común, que en diferentes situaciones puede ser extremadamente crítico, como por ejemplo, el rescate de varias personas, el apagado de un incendio, entre otros. Por otra parte, desde el punto de vista de la seguridad, múltiples manipuladores aéreos pequeños son más adecuados para la realización de varias tareas en el entorno humano que un manipulador aéreo grande y pesado.
En este contexto, el presente proyecto de investigación tiene como objetivo proponer un esquema de colaboración robótica que permita controlar de forma óptima n robot manipuladores aéreos, a fin de ejecutar tareas de forma autónoma que necesiten tanto la capacidad de navegación y manipulación. El cumplimiento de este objetivo se basa en cuatro etapas principales: i) Implementar la electrónica y mecánica necesaria sobre un brazo robótico y en vehículo aéreo no tripulado de tipo ala-rotativa e incorporar sensores internos y externos para el monitoreo y control del sistema manipulador aéreo; ii) Proponer un esquema de tele-operación colaborativo, basado en la cinemática y dinámica del robot, que permita ejecutar tareas autónomas o tele-operadas que necesiten tanto la capacidad de navegación y
manipulación. El esquema de control propuesto debe considerar la optimización de diferentes criterios de control, e.g., ahorro de energía, configuración optima de los robots, puntos de singularidad, entre otros aspectos; iii) Desarrollar un simulador virtual multi-usuario que permita simular e implementar diferentes algoritmos de control avanzados, con el fin de analizar el comportamiento de navegación y manipulación ante perturbaciones externas extraídas desde una API climatológica (Application Programming Interface); y finalmente iv) Evaluar experimentalmente el desempeño de los algoritmos de control y esquemas de control propuestos, utilizando la Nube Computacional de CEDIA para el procesamiento del algoritmo de control a ser implementado en cada robot.
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