Créditos ECTS Créditos ECTS: 6
Horas ECTS Criterios/Memorias Trabajo del Alumno/a ECTS: 102 Horas de Tutorías: 3 Clase Expositiva: 27 Clase Interactiva: 18 Total: 150
Lenguas de uso Castellano, Gallego
Tipo: Materia Ordinaria Máster RD 1393/2007 - 822/2021
Departamentos: Departamento externo vinculado a las titulaciones
Áreas: Área externa M.U en Operacións e Enxeñaría de Sistemas Aéreos non Tripulados
Centro Escuela Politécnica Superior de Ingeniería
Convocatoria: Primer semestre
Docencia: Sin docencia (Extinguida)
Matrícula: No matriculable | 1ro curso (Si)
Esta asignatura es troncal. Sus objetivos se han diseñado de forma que encajen en las dos menciones del máster. Para ello, se ha planteado un programa eminentemente técnico, pero sin introducir la complejidad matemática o conceptual que tendría en el caso de tratarse una materia para especialistas.
Su objetivo global es capacitar a los estudiantes para la selección, ajuste, y configuración de aeronaves comerciales de uso profesional, especialmente en lo que respecta al enlace radioeléctrico, el sistema de propulsión y a la selección de los componentes comerciales para la instrumentación de a bordo.
Como objetivo adicional, común a ambas líneas del máster, se planteará la capacitación del alumno en aspectos legales que afectan directamente a su futura actividad profesional y se le introducirá brevemente en las aplicaciones más extendidas de los UAVs; principalmente en el modelado tridimensional del terreno y de forma complementaria en la filmación de vídeo e inspección industrial.
El objetivo anterior, encuentra un importante desarrollo posterior en la rama de Ingeniería Civil, Industrial y Arquitectura sirviendo como base a quienes vayan a cursarla. Por otro lado, permitirá a los alumnos de la mención de Diseño de Aeronaves conocer aspectos que deberán ser tenidos en cuenta cuando se planteen la fabricación de un nuevo vehículo.
A la finalización del curso el estudiante conocerá tanto los aspectos teóricos como prácticos de los temas que se indican a continuación:
1. Enlace radioeléctrico: en las bandas UHF e ISM, en particular a 400 MHz, 2,4 GHz y 5,8 GHz junto con todos los parámetros de funcionamiento de una estación de control remoto y su receptor. Se mostrarán las técnicas de modulación SFK, GSFK, codificación CDMA, el espectro ensanchado FHSS y la selección, diagrama de radiación y principio de funcionamiento de las antenas más comunes adaptadas a UAVs. Finalmente, el estudiante dispondrá de criterios para seleccionar el producto comercial más adecuado a sus necesidades.
2. Autopilotos para UAVs de ala fija y giratoria: arquitectura y funcionamiento. Unidad Inercial de Medida (IMU), sistemas micro-electromecánicos (MEMS). Magnetómetros, GPS, enlaces de telemetría, sistemas de información en pantalla (OSDs). Módulos de alimentación (PM). Sistemas auxiliares de posicionamiento y evitación de obstáculos mediante cámaras estereoscópicas, de flujo óptico, ultrasonidos, láser e infrarrojos. Configuración de los principales autopilotos comerciales.
3. Sistemas de propulsión y almacenamiento de energía: tipos de motor y variadores de velocidad (ESCs). Principio de funcionamiento y selección de productos comerciales. Baterías de Litio en sus diferentes variantes: proceso de carga y descarga y buena praxis en lo relativo a su seguridad, durante el uso, transporte y almacenamiento. Selección de productos comerciales y dimensionamiento de la batería principal. Estimación de la autonomía de un UAV a partir de datos suministrados por el fabricante bajo diferentes condiciones atmosféricas.
4. Cámaras adaptadas a UAVs: cámaras de espectro visible (RGB), cámaras térmicas, cámaras multi e hiperespectrales. Productos comerciales disponibles en el mercado y criterios de selección.
5. Obtención de modelos digitales del terreno: flujo de trabajo en fotogrametría. Planificación del vuelo, alineación de imágenes, obtención de la nube dispersa de puntos, densificación y adicción de texturas. Obtención de DSMs, DTMs y Ortomosaicos.
6. Legislación normativa y criterios de seguridad. Trámites con la Agencia Estatal de Seguridad Aérea.
La memoria del título contempla para esta materia los siguientes contenidos:
Legislación. Fundamentos geodésicos y topográficos de medición y apoyo. Fundamentos fotogramétricos de planeamiento de vuelo, navegación, aerotriangulación, interpretación y tratamiento digital de imágenes, visión 2D y 3D. Fundamentos cartográficos de generación e interpretación de mapas, GIS y modelos digitales.
Y los siguientes Resultados de aprendizaje:
Comprensión general de los fundamentos operacionales. Competencias básicas para abordar las materias de ambas especialidades.
Estos serán desarrollados de acuerdo con el siguiente:
Programa teórico (16 horas presenciales, 8 no presenciales)
BLOQUE I: Análisis y seguridad del enlace radioeléctrico (3 HORAS)
1. Bandas de Frecuencia para el enlace radioeléctrico de mando, control, transmisión de vídeo y telemetría
a. Banda ISM-2,4 GHz
b. Banda de 5 GHz
c. Banda de 400 MHz
d. Bandas de largo alcance
2. Estaciones de control remoto
a. Arquitectura de emisores y receptores
b. Técnicas de modulación analógica y digital (AM, FM, FSK y GSFK)
c. Codificación CDMA
d. FHSS (Espectro ensanchado)
3. Tipos, selección y configuración de receptores
a. Receptores de modulación PWM
b. Receptores de codificación PPM
c. Receptores de SMART-BUS (S-BUS)
4. Estaciones de control remoto y receptores comerciales, especificaciones técnicas y criterios de selección
5. Tipo, instalación y características de las antenas
a. Diagrama de radiación
b. Adaptación en impedancia
c. Potencia efectiva transmitida (PIRE)
d. Monopolos y Dipolos
e. Antenas Cloverleaf
f. Antenas de Parche
g. Antenas de Tracking
h. Instalación de antenas en UAVs: evitación de interferencias y compatibilidad electromagnética (EMI)
6. Radioenlaces de vídeo y telemetría
a. Emisores y receptores de vídeo
b. Módulos de Telemetría
c. Sistemas On Screen Display (OSD)
BLOQUE II: Configuración del autopiloto y sistemas auxiliares (5H ORAS)
1. Arquitectura y tipos de autopiloto
a. Unidad inercial de Medida (IMU)
b. Medición de aceleraciones y ángulos: sistemas micro-eletromecánicos (MEMS)
c. Sistema de alimentación del autopiloto (PM)
d. Condiciones de instalación y vuelo: calibración de giroscopios y acelerómetros
e. GPS y Magnetómetros
f. Sistemas auxiliares para el posicionamiento y evitación de obstáculos: cámaras monoculares estereoscópicas, ultrasonidos, IR y cámaras flujo óptico
2. Configuración del autopiloto y sistemas auxiliares
a. Ajuste de los reguladores PID
b. Ajuste de los parámetros de vuelo
c. Configuración de autopilotos comerciales de equipos profesionales
BLOQUE III: Autonomía, gestión, selección y mantenimiento del sistema de almacenamiento de energía a bordo (7 HORAS)
1. Sistema de propulsión
a. Motores BLDC
i. Tipos de motor
ii. Principio de funcionamiento
iii. Parámetros que lo definen
iv. Características de par y velocidad
v. Motores comerciales para vehículos profesionales: criterio de selección
b. Variadores de velocidad (Electronic Speed Controllers, ESCs)
i. Estructura y componentes
ii. Principio de funcionamiento
iii. Tipos
iv. Productos de comerciales de uso profesional y criterios de selección
2. Tipos de batería, ciclo de carga, almacenamiento y vida útil
a. Baterías Li-Ion
b. Baterías Li-Ion-Poly
c. Proceso de carga
d. Curvas de descarga a diferentes ratios
e. Rendimiento real y densidad de energía
f. Cargadores digitales para baterías de litio
g. Condiciones de seguridad y riesgos asociados a las baterías de Litio.
3. Cálculo de la autonomía de un UAV en función de su carga de pago: casos prácticos
4. Corrección de la autonomía en función de altitud y temperatura ambiente
BLOQUE IV: Cámaras adaptadas a UAVs: características, selección e instalación (1 HORAS)
1. Cámaras RGB de distancia focal fija para RPAs
2. Cámaras RGB para UAVs con zoom óptico ajustable desde la aeronave
3. Cámaras térmicas y térmicas radiométricas
4. Cámaras duales
5. Sistemas integrados cámara-giroestabilizador
6. Índices de protección IP para cámaras, aeronaves y elementos auxiliares
BLOQUE V: Operaciones para la obtención DTMs y DSMs (6 HORAS)
1. Planificación de vuelos para operaciones fotogramétricas
2. Clasificación y alineación de las imágenes
3. Obtención de la nube dispersa de puntos
4. Densificación de la nube
5. Texturización
6. Post-procesado
7. Obtención final de modelos 3D y ortomosaicos
BLOQUE VI: Legislación (2 HORAS)
1. Normativa vigente
2. Elaboración del plan de seguridad para cualquier tipo de operación.
Programa de prácticas (20 horas presenciales)
- Práctica 1: dimensionamiento de un vehículo multirrotor de 4 rotores mediante simulación. Se simulará la aeronave que será posteriormente ensamblada en la práctica nº 5
- Práctica 2 (de campo en el Aeródromo de Rozas y obligatoria para todos los alumnos): programación de un vuelo autónomo con recogida de imágenes para la obtención de modelos tridimensionales del terreno. Práctica de vuelo con 2 equipos profesionales. Vuelo 1 de iniciación en modo GPS, ATTI y Sport (equipo de MTOW, peso máximo al despegue, menor de 5kg). Velocidad máxima de 76 km/h durante la práctica. Segundo vuelo con equipo de MTOW de 11,5 kg (clasificación en categoría dos MTOW entre 5 y 15 kg). Se realizará vuelo de inspección industrial en modo GPS. Se pilotará en modo (FPV) sin visión exterior. Se usarán gafas profesionales: sólo con visión desde la aeronave y sin referencias externas. Se utilizará una plataforma de inspección simulada móvil: globos de helio en movimiento con códigos impresos o balizas de características similares.
- Práctica 3: Análisis práctico de enlaces radioeléctricos en diferentes bandas.
- Práctica 4: configuración de autopilotos comerciales: Naza V2, A2, N3/A3, PX.
- Práctica 5: ensamblaje y ajuste completo del vehículo simulado en la práctica 1: 4 rotores, diagonal 750 mm, MTOW 2,5 kg. Prueba de vuelo fuera del horario oficial.
- No existe bibliografía para los bloques técnicos que se han descrito, adaptada al uso de UAVs. La existente, tanto en Ingeniería de Telecomunicación, Sistemas de Almacenamiento de Energía, Motores y Variadores de Velocidad, Fotografía o Fotogrametría es demasiado extensa, ha sido elaborada para Graduados o Post-Graduados en cada una de las ramas de estudio y en algunos casos, como en los protocolos de comunicación, modulación y encriptación de la señal del enlace radioeléctrico y, por supuesto, en la configuración de autopilotos, es literalmente inexistente.
Se considera, por tanto, que no es recomendable acudir a ninguna de estas fuentes, al menos hasta no haber finalizado los estudios.
El material recomendado se encontrará disponible en el campus virtual de la Universidad de Santiago y es el resultado del trabajo realizado por un grupo de profesores de diferentes aéreas de conocimiento de la Universidad de Oviedo. En concreto del Departamento de Ingeniería Eléctrica, en las Áreas de conocimiento de Ingeniería Eléctrica, Tecnología Electrónica y Teoría de la Señal y las Comunicaciones.
- Para el bloque VI toda la legislación vigente se encuentra en la web de la Agencia Estatal de Seguridad Aérea – Ministerio de Fomento.
Bibliografía complementaria
Practical Spread Spectrum – Charles O Philips
Permanent Magnet Brushless DC Motores Drives and Controls – Chang, liang Xia
DIY Lithium Batteries: How to Build Your Own Battery – Mica Toll
Introduction to modern Photogrammetry – Edward M. Mihail
Dentro del cuadro de competencias que figura en la Memoria Verificada del Título, se trabajarán las siguientes:
Competencias básicas:
• CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo.
Competencias generales:
• CG2 - Que los estudiantes adquieran conocimientos generales en operación de los sistemas aéreos no tripulados.
• CG3 - Que los estudiantes adquieran la capacidad para analizar las necesidades de una empresa en el ámbito de los sistemas aéreos no tripulados y determinen la mejor solución tecnológica para la misma.
Competencias específicas:
• CE2 - Conocimiento de los principios geomáticos, fotogramétricos y cartográficos, de navegación, aerotriangulación, interpretación y tratamiento digital de imágenes, así como de las buenas prácticas existentes en la operación de sistemas aéreos no tripulados y sepan aplicar la normativa en vigor.
Competencias transversales:
• CT8 - Capacidad de análisis y síntesis.
• CT9 - Capacidad de razonamiento crítico y creatividad.
- Clases teóricas que podrán ser seguidas mediante adobe connect o similar.
- Clases prácticas presenciales y realizadas mediante sistemas TIC. Las prácticas 2 y 5 se realizarán presencialmente el resto podrán ser seguidas mediante adobe connect o similar. La práctica 2 se realizará mediante viaje de prácticas a un aeródromo.
- Trabajos: el alumno deberá realizar un trabajo individual relacionado con los contenidos del bloque V que será posteriormente evaluado. Se planteará de forma individual o en grupos reducidos dependiendo del número de personas matriculadas. Consistirá en la obtención del modelo digital del terreno, cubierto durante el vuelo autónomo.
- Tutorías: el profesor estará disponible para la resolución de dudas sobre los contenidos teóricos y en la realización de los trabajos y prácticas. Puesto que está adscrito a la Universidad de Oviedo, durante los días de la semana que se encuentre en ella los alumnos tendrán permanentemente disponible una línea de Skype y correo electrónico, junto con los medios de comunicación que aporte el campus virtual de la Universidad de Santiago.
ESCENARIO 1
Si bien la docencia se transmite mediante adobe connect. Se impartirán 4 horas de teoría y las tutorías en grupo exclusivamente mediante videoconferencia con la plataforma de Adobe connect o similar.
ESCENARIO 2
Se impartirá toda la teoría, el 50% de las prácticas y las tutorías en grupo mediante videoconferencia con la plataforma de Adobe connect o similar. Los alumnos deberán exponer mediante esta misma plataforma el trabajo en grupo realizado.
ESCENARIO 3
Toda la docencia se realizará de forma virtual.
Los conocimientos y competencias adquiridos por los estudiantes se evaluarán de la siguiente forma:
- Realización de un conjunto de exámenes breves de cuestiones cortas, presenciales, mediante microsoft teams o similar o a través del campus virtual, para los bloques 1, 2, 3, 4 y 6 (total 60% de la calificación). Elaboración y presentación del trabajo del bloque V. 10% cada uno de ellos. Evaluación de las competencias CB10, CG2, CG3
- Realización correcta de las prácticas. En el caso que se indique con entrega de un formulario de resultados. 40% repartido de la siguiente forma (evaluación de las competencias CE2, CT8 y CT9):
o Práctica 1: 5% ;Entrega de formulario de resultados
o Práctica 2: 10%
o Práctica 3: 5%;Entrega de formulario de resultados
o Práctica 4: 5% ;Entrega de formulario de resultados
o Práctica 5: 15% ;Aeronave completamente montada y capaz de volar estable, con y sin señal GPS.
Ninguna calificación será conservada para el siguiente curso académico en el caso no alcanzar la puntuación mínima. La calificación mínima obtenida deberá ser mayor o igual a 5 puntos.
Los estudiantes que tengan concedida dispensa de asistencia a alguna de las actividades docentes programadas según lo dispuesto en la Instrucción 1/2017 de la Secretaría General, deben tener en cuenta que para aprobar esta materia es obligatoria la asistencia a las actividades prácticas, tanto de laboratorio como de campo, señaladas en el horario de clases y programadas en la Guía docente.
El anterior procedimiento de evaluación será idéntico, tanto en la convocatoria ordinaria de junio como en la de julio
A continuación, se indica una estimación del tiempo que cada alumno debe dedicar a las diferentes actividades de aprendizaje (horas presenciales seguidas de las horas de trabajo personal después ):
- Clases teóricas: 24 h ;60 h.
- Clases prácticas: 20 h;40 h.
- Tutorías: 4. Se ofrece tutoría presencial o telemática a necesidad del alumno de lunes a viernes Total: 48 h ; 102 h. = 150 horas de trabajo.
Visionado previo de vídeos relativos a los temas de estudio en el canal de YT del profesor: http://www.youtube.com/c/RPASUOUniversidaddeOviedo
Se sugiere la suscripción al canal (exento de publicidad o remuneración alguna para su autor), puesto que en él se incluyen periódicamente resultados del análisis de nuevas aeronaves, nuevos productos, visitas a ferias nacionales e internacionales, proyectos de investigación y se amplían los contenidos expuestos en clase y disponibles en el campus virtual.
Los comentarios realizados por cualquier suscriptor en los vídeos disponibles serán respondidos en un plazo máximo de 24 h durante el periodo de impartición de la asignatura. Finalizada esta el tiempo habitual de respuesta es de unas 72 h.
Plan de contingencia
En el escenario 3 no podrán realizarse las prácticas 2 y 5 del temario que serán sustituidas por otras que no requieran presencialidad.
En todos los escenarios, se mantendrá la impartición de la asignatura, a través de streaming en su horario habitual.
El examen de la asignatura se realizará de forma presencial en el escenarios 1 y virtual mediante Microsoft Teams, Microsoft forms o similar en los escenarios 2 y 3.
En cualquier escenario: para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de aplicación lo recogido en la “Normativa de avaliación do rendemento académico dos estudantes e de revisión de cualificacións”.
Manés Fernandez Cabanas
- Departamento
- Departamento externo vinculado a las titulaciones
- Área
- Área externa M.U en Operacións e Enxeñaría de Sistemas Aéreos non Tripulados
- Correo electrónico
- manes.fernandez [at] rai.usc.es
- Categoría
- Profesor/a área externa