Soft-computing based visual control for unmanned vehicles

El objetivo principal de esta Tesis es extender la utilización del “Soft- Computing” para el control de vehículos sin piloto utilizando visión. Este trabajo va más allá de los típicos sistemas de control utilizados en entornos altamente controlados, demonstrando la fuerza y versatilidad de la lógica difusa (Fuzzy Logic) para controlar vehículos aéreos y terrestres en un abanico de applicaciones diferentes. Para esta Tesis se ha realizado un gran número de pruebas reales en las cuales los controladores difusos han manejado una plataforma visual “pan-and-tilt”, un helicoptero, un coche comercial y hasta dos tipos de quadrirotores. El uso del método de optimización “Cross-Entropy” ha sido utilizado para mejorar el comportamiento de algunos de los controladores borrosos. Todos los controladores difusos presentados en ésta Tesis han sido implementados utilizando un código desarrollado por el candidato para tal efecto, llamado MOFS (Miguel Olivares’ Fuzzy Software). Diferentes algoritmos visuales han sido utilizados para adquirir la informaci´on visual del entorno, “Cmashift”, descomposición de la homografía y detección de marcas de realidad aumentada, entre otros. Dicha información visual ha sido utilizada como entrada de los controladores difusos para comandar los vehículos en las diferentes applicaciones autonomas. El volante de un vehículo comercial ha sido controlado para realizar pruebas de conducción autónoma en condiciones de tráfico similares a las de una ciudad. El sistema ha llegado a completar con éxito pruebas de más de 6 km sin ninguna interacción humana, mediante el seguimiento de una línea pintada en el suelo. El limitado campo visual del sistema no ha sido impedimento para alcanzar velocidades de hasta 48 km/h y ser guiado autonomamente en curvas de radio reducido. Objetos estáticos y móviles han sido seguidos desde un helicoptero no tripulado, mediante el control de una plataforma visual “pan-and-tilt”. ´Éste mismo helicoptero ha sido controlado completamente para su aterrizaje autonomo, mediante el control del movimiento lateral (roll), horizontal (pitch) y de altitud. El seguimiento de objetos volantes ha sido resulto mediante el control horizontal (pitch) y de orientación (heading) de un quadrirotor. Para tareas de evitación de obstáculos se ha implementado un controlador difuso para el manejo de la orientación (heading) de un quadrirotor. En el campo de la optimización de controladores se ha aportado al estado del arte una extensión del uso del método “Cross-Entropy”. Está Tesis presenta una novedosa implementación de dicho método para la optimización de las ganancias, la posición y medida de los conjuntos de las funciones de pertenecia y el peso de las reglas para mejorar el comportamiento de un controlador difuso. Dichos procesos de optimización se han realizado utilizando “ROS” y “Matlab Simulink” para obtener mejores resultados para la evitación de colisiones con vehículos aéreos no tripulados. Ésta Tesis demuestra que los controladores implementados con lógica difusa son altamente capaces de controlador sistemas sin tener en cuenta el modelo del vehículo a controlador en entornos altamente perturbables con un sensor de bajo coste como es una cámara. El ruido presentes causado por los cambios de iluminación en la adquisición de imágenes y la alta incertidumbre en la detección visual han sido manejados satisfactoriamente por ésta técnica de de “Soft-Computing” para distintas aplicaciones tanto con vehículos aéreos como terrestres.

Control reactivo de vehículo aéreo no tripulado para la competición internacional IARC

El trabajo está centrado en la construcción de una simulación y en el desarrollo de un control reactivo para un vehículo aéreo no tripulado con fin de participar en la séptima edición de la competición internacional IARC. Para cumplir los objetivos de la competición se van a estudiar técnicas existentes de inteligencia artificial aplicadas al control de vehículos aéreos no tripulados, así como las técnicas para la elaboración de un modelo de simulación realista sobre el que realizar las distintas pruebas. Por último, se explica el trabajo realizado para crear un controlador reactivo que satisface las reglas de la competición y permite al vehículo aéreo no tripulado operar de forma autónoma en el ambiente de la simulación. Para validar el comportamiento, se realizan casos de prueba y un estudio de los resultados.---ABSTRACT---This report is focused on the construction of a simulation and the development of a reactive control for an unmanned aerial vehicle in order to participate in the seventh edition of the international competition IARC. Artificial intelligence techniques applied to the control of unmanned aerial vehicles are going to be studied to meet the objectives of the competition, as well as techniques for developing a realistic simulation model on which to perform the different tests. Finally, the last part of the report explains the work accomplished to create a reactive controller that meets the rules of the competition and allows the unmanned aerial vehicle to operate autonomously in the simulation environment. Test cases and a study of the results is performed to validate the behavior.

“Steer-by-wire” software garapena

[EU]Proiektu honek automobilen antzinako direkzio sistemak ordezkatuko dituen steer-by-wire-ren inplementazioa deskribatuko du, software-aren garapena, hain zuzen. Lan hau garatzeko, ezinbestekoa izango da orain arte egindako lanen bilketa eta azterketa egitea, baita nolako zailtasunak, arriskuak egongo diren eta posiblea izango litzatekeen etorkizun batean teknologia hau instalatzea. Programazio, mekanika eta automatika ezagutzaren bidez teknologia berri hau ordenagailu batean simulatuko da eta orain arte erabili izan diren teknologiekin alderatuko dira, ateratako emaitzekin ondorio nabarmenak ezarriz. Programazio eta simulaziorako “Labview” eta “Matlab-Simulink” software-ak erabiliko dira, beharrezkoak diren tresnen ezagutzak aurretik lortuz.

La seguridad de las infraestructuras. El caso de los incendios en túneles : discurso del académico Excmo. Sr. D. Enrique Alarcón Álvarez leído en la sesión inaugural del año académico el día 29 de enero de 2002

Los incendios registrados en los últimos años en túneles de carretera y ferrocarril han ocasionado un número de víctimas que dobla el registrado hasta 1999, así como numerosos perjuicios materiales y económicos. En la lección tras unas consideraciones sobre los enfoques ingenieril, psicológico y sociológico del concepto de riesgo en las infraestructuras se pasa revista a los motivos que pueden haber dado lugar a los accidentes y en particular se comentan los posibles errores cometidos en la elaboración de proyectos, en la construcción de las obras y en su explotación y control. Se analizan a continuación los experimentos en modelos físicos tanto a escala real como reducida así como los modelos numéricos de que se dispone para estudios y proyectos. Se comenta también la instrumentación admonitoria, y en ocasiones cognoscitiva, que se coloca en las obras así como el avance en los procedimientos de control destinados a mantener la seguridad tanto en condiciones de servicio como de accidente. Se dedica un apartado especial al importantísimo tema del reacondicionamiento de túneles existentes para dotarlos de los mismos niveles de seguridad que los de nueva planta. Finalmente se comentan los estudios de Naciones Unidas sobre la actuación de los gobiernos en los campos de formación de usuarios, control de vehículos, dotación de infraestructuras y criterios de explotación que hacen hincapié en la necesidad de mejorar ciertos aspectos que se resumen en un Apéndice a la lección y que darán origen en el futuro a una Directiva de la Unión Europea.

Control robusto por modos deslizantes de orden superior aplicado a vehículos aéreos no tripulados.

Tesis (Doctor en Ciencias de la Ingeniería Eléctrica) UANL, 2013.

Arquitectura de Control para la Conducción Autónoma de Vehículos en Entornos Urbanos y Autovías

Hoy en día, el desarrollo tecnológico en el campo de los sistemas inteligentes de transporte (ITS por sus siglas en inglés) ha permitido dotar a los vehículos con diversos sistemas de ayuda a la conducción (ADAS, del inglés advanced driver assistance system), mejorando la experiencia y seguridad de los pasajeros, en especial del conductor. La mayor parte de estos sistemas están pensados para advertir al conductor sobre ciertas situaciones de riesgo, como la salida involuntaria del carril o la proximidad de obstáculos en el camino. No obstante, también podemos encontrar sistemas que van un paso más allá y son capaces de cooperar con el conductor en el control del vehículo o incluso relegarlos de algunas tareas tediosas. Es en este último grupo donde se encuentran los sistemas de control electrónico de estabilidad (ESP - Electronic Stability Program), el antibloqueo de frenos (ABS - Anti-lock Braking System), el control de crucero (CC - Cruise Control) y los más recientes sistemas de aparcamiento asistido. Continuando con esta línea de desarrollo, el paso siguiente consiste en la supresión del conductor humano, desarrollando sistemas que sean capaces de conducir un vehículo de forma autónoma y con un rendimiento superior al del conductor. En este trabajo se presenta, en primer lugar, una arquitectura de control para la automatización de vehículos. Esta se compone de distintos componentes de hardware y software, agrupados de acuerdo a su función principal. El diseño de la arquitectura parte del trabajo previo desarrollado por el Programa AUTOPIA, aunque introduce notables aportaciones en cuanto a la eficiencia, robustez y escalabilidad del sistema. Ahondando un poco más en detalle, debemos resaltar el desarrollo de un algoritmo de localización basado en enjambres de partículas. Este está planteado como un método de filtrado y fusión de la información obtenida a partir de los distintos sensores embarcados en el vehículo, entre los que encontramos un receptor GPS (Global Positioning System), unidades de medición inercial (IMU – Inertial Measurement Unit) e información tomada directamente de los sensores embarcados por el fabricante, como la velocidad de las ruedas y posición del volante. Gracias a este método se ha conseguido resolver el problema de la localización, indispensable para el desarrollo de sistemas de conducción autónoma. Continuando con el trabajo de investigación, se ha estudiado la viabilidad de la aplicación de técnicas de aprendizaje y adaptación al diseño de controladores para el vehículo. Como punto de partida se emplea el método de Q-learning para la generación de un controlador borroso lateral sin ningún tipo de conocimiento previo. Posteriormente se presenta un método de ajuste on-line para la adaptación del control longitudinal ante perturbaciones impredecibles del entorno, como lo son los cambios en la inclinación del camino, fricción de las ruedas o peso de los ocupantes. Para finalizar, se presentan los resultados obtenidos durante un experimento de conducción autónoma en carreteras reales, el cual se llevó a cabo en el mes de Junio de 2012 desde la población de San Lorenzo de El Escorial hasta las instalaciones del Centro de Automática y Robótica (CAR) en Arganda del Rey. El principal objetivo tras esta demostración fue validar el funcionamiento, robustez y capacidad de la arquitectura propuesta para afrontar el problema de la conducción autónoma, bajo condiciones mucho más reales a las que se pueden alcanzar en las instalaciones de prueba. ABSTRACT Nowadays, the technological advances in the Intelligent Transportation Systems (ITS) field have led the development of several driving assistance systems (ADAS). These solutions are designed to improve the experience and security of all the passengers, especially the driver. For most of these systems, the main goal is to warn drivers about unexpected circumstances leading to risk situations such as involuntary lane departure or proximity to other vehicles. However, other ADAS go a step further, being able to cooperate with the driver in the control of the vehicle, or even overriding it on some tasks. Examples of this kind of systems are the anti-lock braking system (ABS), cruise control (CC) and the recently commercialised assisted parking systems. Within this research line, the next step is the development of systems able to replace the human drivers, improving the control and therefore, the safety and reliability of the vehicles. First of all, this dissertation presents a control architecture design for autonomous driving. It is made up of several hardware and software components, grouped according to their main function. The design of this architecture is based on the previous works carried out by the AUTOPIA Program, although notable improvements have been made regarding the efficiency, robustness and scalability of the system. It is also remarkable the work made on the development of a location algorithm for vehicles. The proposal is based on the emulation of the behaviour of biological swarms and its performance is similar to the well-known particle filters. The developed method combines information obtained from different sensors, including GPS, inertial measurement unit (IMU), and data from the original vehicle’s sensors on-board. Through this filtering algorithm the localization problem is properly managed, which is critical for the development of autonomous driving systems. The work deals also with the fuzzy control tuning system, a very time consuming task when done manually. An analysis of learning and adaptation techniques for the development of different controllers has been made. First, the Q-learning –a reinforcement learning method– has been applied to the generation of a lateral fuzzy controller from scratch. Subsequently, the development of an adaptation method for longitudinal control is presented. With this proposal, a final cruise control controller is able to deal with unpredictable environment disturbances, such as road slope, wheel’s friction or even occupants’ weight. As a testbed for the system, an autonomous driving experiment on real roads is presented. This experiment was carried out on June 2012, driving from San Lorenzo de El Escorial up to the Center for Automation and Robotics (CAR) facilities in Arganda del Rey. The main goal of the demonstration was validating the performance, robustness and viability of the proposed architecture to deal with the problem of autonomous driving under more demanding conditions than those achieved on closed test tracks.

DIseño e implementación de un control adaptativo para obteNer ZVS en un convertidor trifasico de puente activo para aplicaciones de vehículos eléctricos

En este Trabajo Fin de Máster se ha realizado un estudio sobre un convertidor trifásico de doble puente activo con una red auxiliar, con objeto de conseguir ZVS. Como aportación, este trabajo diseña e implementa un control adaptativo para la red auxiliar ARCN, con el objetivo de disminuir las pérdidas a su valor mínimo.

Optimización del Lead Time de vehículos mediante la implementación de una solución RTLS (Real Time Location System)

A lo largo de este documento, se va a explicar la implantación del proyecto que he realizado basado en la localización de vehículos en la fábrica de Mercedes Benz España situada en Vitoria-Gasteiz. Durante la realización de este proyecto, se han llevado a cabo diversos estudios con el fin de conseguir la correcta implantación de las tecnologías empleadas. Se han realizado diferentes alternativas de posicionamiento de los componentes y diversas pruebas para comprobar el correcto funcionamiento de la solución. La solución del proyecto se realizará en distintas fases. La primera de ellas tratará sobre el estudio en una determinada zona de la fábrica, más concretamente la denominada “Área Técnica”, en esta zona se encuentran los vehículos que sufren algún retoque una vez están montados, esta zona se utilizará como piloto para una vez finalizado y comprobado su éxito ampliar la solución al resto de zonas. Previamente a mi incorporación se realizó un estudio para la colocación de los elementos necesarios en esta zona y se ha visto las posibilidades y beneficios que aportaría el control de los vehículos dentro de la fábrica. La siguiente fase será implantar la solución en el resto de las áreas que se encuentran dentro de la fábrica de Vitoria-Gasteiz así como la instalación de unos dispositivos que estarán ubicados en las puertas. Estos ayudarán a mejorar la ubicación de los vehículos ya que podremos conocer si los vehículos se encuentran dentro o fuera de la fábrica. Finalmente se ha realizado la integración de la solución en los sistemas actuales que utilizan en la fábrica para la gestión de los vehículos durante su ciclo de vida.

Asociación de desórdenes músculo esqueléticos en región cervical, dorsal y lumbar y factores de riesgo psicosocial en conductores de vehículos de carga en una empresa de transporte terrestre en Bogotá, Colombia.

Este estudio buscó evaluar la asociación de desórdenes músculo esqueléticos en región cervical, dorsal y lumbar identificados mediante el Cuestionario Nórdico en su versión validada al español y los factores de riesgo psicosocial con el Cuestionario del contenido del trabajo (JCQ), en conductores de vehículos de carga de una empresa de transporte terrestre en Bogotá, Colombia; fue un estudio de corte transversal con la participación voluntaria de 125 conductores. Los resultados demostraron mayor prevalencia de trastornos músculo esqueléticos en región lumbar en los últimos 12 meses en el 36% de los participantes y en los últimos tres meses en región cervical con el 17.6%; la prevalencia de factores psicosociales arrojó trabajo de baja tensión en el 29.6%, trabajo activo 26.4%, trabajo con alta tensión 23.2% y trabajo pasivo con el 20.8%. El valor p fue mayor de 0,005 no hallándose asociaciones significativas de desórdenes músculo esqueléticos en región cervical, dorsal y lumbar con factores de riesgo psicosocial.

Impacto del sistema de control de gestión en el aprendizaje de las empresas multidomésticas del sector automotriz de Colombia

Las empresas multidomesticas en su direccionamiento estratégico necesitan de un sistema de control de gestión que les permita entender cómo se está desarrollando su estrategia en los diferentes mercados, frente a los objetivos planteados, de esta forma la implementación de estos sistemas de gestión generan la posibilidad de poder medir, valorar e informar sobre el cumplimiento y la evolución de los resultados previstos y ser un apoyo para la estrategia de mercados multidomesticos. Frente al contexto actual colombiano, se encontro que el mercado del sector automotriz, conformado por empresas multinacionales con una administración estratégica multidomestica, está cada vez más competitivos.Mediante la utilización de los sistemas de control de gestión es posible establecer e identificar variables que fomenten el aprendizaje organizacional, un campo de investigación académica y de práctica profesional el cual permite desarrollar variables claves dentro de la organización como lo son la innovación, la estrategia, la productividad y la toma de decisiones. Variables que favorecen el dinamismo y sostenibilidad del sector automotriz y las organizaciones que la conforman. Así garantizan un mayor aprendizaje creciente en el tiempo, por medio del cual se garantiza la perfecta armonía entre todos los empleados sin jerarquizacion y filtros para la información, dando paso al aprendizaje. Por medio de encuestas a directivos de las empresas mencionadas fue posible obtener conclusiones y encontrar similitudes entre el panorama actual contado por ellos mismos y lo que previamente se formulaba basados en fuentes teóricas, demostrando el real impacto de los sistemas de control de gestión en el aprendizaje de las empresas multidomesticas del sector automotriz en Colombia.

Diseño, producción y experimentación de un curso audiovisual en vídeo para la enseñanza de la Ingeniería de los vehículos automóviles.

1-Desarrollar un programa de ordenador, operando en tiempo real, para el análisis de la composición visual y sonora de documentos en vídeo. 2-Analizar una muestra de vídeos y películas didácticas con ayuda del programa elaborado, con el fin de orientar los criterios a seguir en la producción del material de la experiencia. 3-Producir 4 vídeo-clases relacionadas con la Enseñanza Superior de los vehículos automóviles y comprobar la eficacia didáctica de estos, comparándolos con otras metodologías tradicionales en la enseñanza de la Ingeniería. 4-Analizar la actitud de los alumnos en relación a este medio. 52 sujetos de sexto curso de la E.T.S de Ingenieros Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid. En primer lugar, y para cumplimentar los dos primeros objetivos de la investigación, se elaboró un programa de ordenador para analizar la composición de los vídeos didácticos. Se han analizado 8 vídeos didácticos procedentes de diferentes países; este estudio se ha llevado a cabo mediante el análisis de dos tipos de variables: de imagen y de sonido. Posteriormente se produjeron 4 vídeos relacionados con la enseñanza de la Ingeniería de automóviles, que fueron los que se aplicaron en el tratamiento experimental. En el estudio experimental, para comparar la eficacia didáctica de los vídeos con la de otros medios más convencionales se definió como variable independiente el tipo de enseñanza (vídeo-convencional) y como variables dependientes el rendimiento de los sujetos y las actitudes de los mismos. En alguno de los experimentos se medían la estabilidad de aprendizaje, utilizando una segunda medida de los conocimientos del sujeto al cabo del tiempo. 8 vídeos didácticos elaborados en diferentes pasos relacionados con temas de Ingeniería de los vehículos automóviles. 4 vídeos didácticos elaborados ad-hoc. Dos pruebas de conocimientos. Encuestas de opinión y percepción. Encuesta de opinión abierta. Programas de ordenador. Las calificaciones medias del grupo experimental y control en la prueba de conocimientos son muy semejantes, no observándose ninguna ventaja significativa del vídeo o de los métodos convencionales. Respecto a la retención-olvido de los contenidos, se observa que el vídeo provoca una mayor retención de conocimientos en un periodo de tiempo inmediatamente posterior a la clase, pero cuando este periodo se prolonga esta ventaja no resulta evidente. Respecto a las actitudes de los alumnos hacia el medio, se observa que existe una amplia aceptación del vídeo en cuanto a una presunta mayor eficacia en la captación, comprensión y retención, aunque se apunta como elemento negativo la falta de interacción con el profesor. El vídeo puede utilizarse como sustituto de otros modos de enseñanza aplicadas en ingeniería para transmitir información, si los contenidos son de carácter conceptual y no exigen lenguajes simbólicos de alto nivel. La eficacia didáctica del vídeo depende de la adecuada explotación de sus recursos expresivos.

A mission control system for an autonomous underwater vehicle

The presented work focuses on the theoretical and practical aspects concerning the design and development of a formal method to build a mission control system for autonomous underwater vehicles bringing systematic design principles for the formal description of missions using Petri nets. The proposed methodology compounds Petri net building blocks within it to de_ne a mission plan for which it is proved that formal properties, such as reachability and reusability, hold as long as these same properties are also guaranteed by each Petri net building block. To simplify the de_nition of these Petri net blocks as well as their composition, a high level language called Mission Control Language has been developed. Moreover, a methodology to ensure coordination constraints for teams of multiple robots as well as the de_nition of an interface between the proposed system and an on-board planner able to plan/replan sequences of prede_ned mission plans is included as well. Results of experiments with several real underwater vehicles and simulations involving an autonomous surface craft and an autonomous underwater vehicles are presented to show the system's capabilities.

Semiactive control strategies for vibration mitigation in adaptronic structures equipped with magnetorheological dampers

Los sistemas tales como edificios y veh¨ªculos est¨¢n sujetos a vibraciones que pueden causar mal funcionamiento, incomodidad o colapso. Para mitigar estas vibraciones, se suelen instalar amortiguadores. Estas estructuras se convierten en sistemas adaptr¨®nicos cuando los amortiguadores son controlables. Esta tesis se enfoca en la soluci¨®n del problema de vibraciones en edificios y veh¨ªculos usando amortiguadores magnetoreol¨®gicos (MR). Estos son unos amortiguadores controlables caracterizados por una din¨¢mica altamente no lineal. Adem¨¢s, los sistemas donde se instalan se caracterizan por la incertidumbre param¨¦trica, la limitaci¨®n de medidas y las perturbaciones desconocidas, lo que obliga al uso de t¨¦cnicas complejas de control. En esta tesis se usan Backstepping, QFT y H2/H¡Þ mixto para resolver el problema. Las leyes de control se verifican mediante simulaci¨®n y experimentaci¨®n.

Red adaptativa de conmutación suave para convertidor trifásico en puente activo completo para aplicaciones de vehículos eléctricos

En éste artículo se presenta el control adaptativo de un circuito auxiliar para conseguir conmutaciones suaves en todo el rango de carga en los semiconductores principales de un convertidor cargador de baterías trifásico basado en doble puente activo. Mediante este sistema se consigue tener ZVS en todo el margen de carga, sin ser necesaria la modificación de los parámetros del circuito ni de los semiconductores principales. Los principios de operación de este circuito y su control se comprobarán experimentalmente en un convertidor cargador de baterías de características similares al utilizado en el HYBRID TOYOTA PRIUS