Diseño y desarrollo de un dron UAV autónomo y su infraestructura de soporte operacional

Abstract

El creciente uso de vehículos aéreos no tripulados en escenarios críticos, tales como extinción de incendios forestales, búsqueda y rescate, inspección de infraestructuras, vigilancia, defensa, etc., exige plataformas autónomas capaces de operar sin señal GPS, detectar objetivos y transmitir información en tiempo real. Este Trabajo Fin de Grado aborda el diseño, fabricación y programación integral de un cuadricóptero autónomo. El diseño mecánico de la estructura se realizó en Autodesk Fusion 360 y se optimizó topológicamente con Altair Inspire, gracias a elementos finitos, se validó que el diseño era completamente funcional. Las piezas estructurales se fabricaron mediante impresión 3D con materiales compuestos de fibra de carbono (PAHT CF, PA6-CF y PETG-CF), seleccionados para maximizar la relación resistencia-peso. La arquitectura electrónica integra una controladora de vuelo Holybro Pixhawk 6C con firmware PX4, un ordenador de a bordo NVIDIA Jetson Orin Nano y una configuración de sensores tales como una cámara estéreo y un LiDAR 2D. El software se construyó sobre un framework existente con ROS 2 y µXRCE-DDS, modificándolo extensivamente para cubrir las tareas de percepción, navegación, exploración por fronteras, detección de objetos con YOLO y planificación de trayectorias. El sistema se validó en simulación, en distintos entornos, completando misiones autónomas de exploración y búsqueda de forma exitosa. Adicionalmente, se creó un ecosistema que permite visualizar la nube de puntos LiDAR, la malla 3D generada por nvblox y la telemetría del dron en tiempo real mediante un visor WebXR accesible desde cualquier navegador y con soporte de realidad virtual a través de gafas Meta Quest 3.