Complutecno: Computación

Sistema para el aterrizaje o atraque de vehículos no tripulados

Descripción:

El grupo de investigación Ingeniería de Sistemas, Control, Automatización y Robótica (ISCAR) ha diseñado y patentado un sistema de aproximación a una plataforma de un vehículo no tripulado mediante análisis visual que facilita las maniobras de aterrizaje/atraque y de despegue/ partida en vehículos no tripulados, aéreos y marinos respectivamente. .

¿Cómo funciona?:

Fig. 1: Representación de la figura patentada ya impresa
sobre la plataforma.

Consiste la solución propuesta en un sistema que mediante el análisis visual reconoce una plataforma que contiene una figura determinada. El sensor de imágenes va montado en el vehículo no tripulado y va tomando imágenes de la zona. Una vez reconocida la plataforma se toman imágenes de la misma y se analizan.

De esta forma se obtienen la distancia relativa entre el vehículo y la plataforma de posado así como los tres ángulos necesarios para las maniobras de acercamiento: guiñada, alabeo y cabeceo. También, en el caso de los aviones no tripulados se determina la altitud de la nave.

Esta información en imágenes es necesaria conseguirla a un ritmo y con una precisión y frecuencia también suficientes para que la dinámica del aparato pueda actuar controlando las maniobras desde una posición prefijada.

La figura que porta la plataforma ha sido diseñada por el grupo de investigación de tal manera que sea de fácil reproducción y con unas características de diseño geométrico y de contraste de color entre sus partes constituyentes que la hacen única en cuanto a su geometría, además de posibilitar su reconocimiento por trozos por el contraste de color en las imágenes que de ella se obtiene.

La propiedad geométrica de la figura usada para ser identificada por el sistema es el número de Euler. Éste se define como el número de regiones conexas menos el número de huecos que presenta una figura. Cuando se toman y analizan imágenes del entorno, se comprueba que es muy usual que surjan regiones con valores para el número de Euler de: -2, -1, 0, 1. Esta propiedad es importante desde el punto de vista del procesamiento de imágenes.

Así, de forma secuencial, se extraen los puntos de interés para el cálculo del estado de la plataforma respecto al UAV, o del UMV, y la distancia entre ellos. Esta información es usada en todo momento por el vehículo tanto en el alejamiento (despegue, partida) o acercamiento (aterrizaje o atraque) a la plataforma.

Ventajas:

Este sistema con la figura incorporada en la plataforma evita el tener que reconocer marcas naturales en el paisaje o buscarlas en una base datos preparada anteriormente. Además, al utilizar una cámara que captura imágenes con radiación visible se reducen costes puesto que son más baratas que las que usan por ejemplo la radiación infrarroja.

Dada la asimetría y la distribución irregular altamente improbable de la figura que se reivindica, aunque desaparezca una parte de la misma en la imagen siempre es posible determinar dichos ángulos porque se puede realizar la identificación de las partes que se mantienen.

A diferencia de técnicas anteriores orientadas hacia la consecución del mismo objetivo, la presente invención se basta de una figura de fácil reproducción y con unas características de diseño geométrico y de contraste de color entre sus partes constituyentes que la hacen única en cuanto a su geometría, además de posibilitar su reconocimiento por trozos por el contraste de color en las imágenes que de ella se obtiene.

Asimismo se evita el incorporar otros sensores en la nave para que colaboren en la tarea.

¿Dónde se ha desarrollado?:

Fig. 2: Imagen del sensor de imágenes montado sobre un
vehiculo aéreo no tripulado (UAV).

El grupo de investigación Ingeniería de Sistemas, Control, Automatización y Robótica (ISCAR) forma parte del departamento de Arquitectura de Computadores y Automática de la Universidad Complutense de Madrid (UCM). El grupo está en la intersección de las tres escuelas: Ingeniería de computadores, Física y Electrónica.

El grupo realiza investigaciones en el control, la visión por computador, la optimización de modelado y la simulación. Hoy en día el grupo se está centrando en UxV (vehículos no tripulados, aéreos o marinos) y en estrategias para su coordinación.

Los proyectos actuales incluyen: la cooperación de vehículos no tripulados aéreos y marinos para la búsqueda, vigilancia y salvamento, sistemas autónomos basados en la visión y sistemas empotrados de control.

Y además:

Fig. 3: Sistema colaborativo de vigilancia, búsqueda y rescate en el mar.

El grupo busca licenciar la patente de la tecnología entre empresas o instituciones del sector del transporte aéreo o marítimo que deseen incorporar este sistema a sus naves.

El interés del grupo abarca amplios aspectos de control automático y sus aplicaciones, control en tiempo real, optimización, aprendizaje estadístico, y la robótica, por lo que podrían realizar soluciones llave en mano para empresas con asistencia técnica.

Además han desarrollado un sistema de vigilancia, búsqueda y rescate en el mar mediante la colaboración entre barcos y vehículos aéreos autónomos.