Aportación a los sistemas de evitación de obstáculos para vehículos marinos de superficie no tripulados

Abstract

La presente tesis doctoral con mención industrial está centrada en los sistemas de guiado utilizados para aumentar la autonomía de los vehículos marinos de superficie no tripulados. En concreto, se realizan tres aportaciones principales al estado del arte de los sistemas de evitación de obstáculos estáticos aplicados a USVs. En primer lugar, se propone un nuevo entorno de simulación para USVs, el cual está basado en el modelado simplificado de un sensor LIDAR. Gracias a este modelado del sensor, se consigue un entorno de simulación realista que, debido a su bajo coste computacional, puede ser utilizado en técnicas de optimización y evaluación iterativas (como los algoritmos evolutivos). Además, como parte de este entorno de simulación, también se propone y evalúa un nuevo modelado matemático para un USV. En segundo lugar, dada la diversidad de enfoques para evitar obstáculos que actualmente pueden ser implementados en distintos tipos de embarcaciones, en este trabajo se propone un nuevo método de autotuning para algoritmos reactivos aplicados a USVs. De este modo, es posible asistir a los diseñadores en la elección de un algoritmo reactivo para una embarcación concreta y, a su vez, acelerar el proceso de presintonía necesario para su implementación en el vehículo real. Por último, en este trabajo se propone un nuevo algoritmo reactivo específicamente diseñado para USVs. Este algoritmo es fácilmente aplicable, pues no requiere de un modelado matemático previo de la embarcación ni de sus controladores. En su lugar, en este trabajo se propone un nuevo modelado estimado para el sistema en lazo cerrado, el cual es utilizado para estimar posibles trayectorias futuras que el USV podría seguir si existe riesgo de colisión. Además, este algoritmo reactivo tiene en cuenta los errores de predicción debidos a la incertidumbre presente en el modelado matemático y, a su vez, incorpora nuevas aportaciones con el objetivo de reducir su tiempo de ejecución. Todas las aportaciones anteriores son presentadas en detalle y evaluadas mediante simulaciones numéricas. Los resultados obtenidos muestran su utilidad y competitividad para los USVs. Finalmente, se detallan varias lineas futuras que podrían generar nuevas aportaciones al estado del arte.