Ingeniería de Sistemas y Automática

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A multi-hypothesis approach for range-only simultaneous localization and mapping with aerial robots
(2017-07-21) Fabresse, Felipe Ramón; Ollero Baturone, Aníbal; Caballero Benítez, Fernando; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Los sistemas de Range-only SLAM (o RO-SLAM) tienen como objetivo la construcción de un mapa formado por la posición de un conjunto de sensores de distancia y la localización simultánea del robot con respecto a dicho mapa, utilizando únicamente para ello medidas de distancia. Los sensores de distancia son dispositivos capaces de medir la distancia relativa entre cada par de dispositivos. Estos sensores son especialmente interesantes para su applicación a vehículos aéreos debido a su reducido tamaño y peso. Además, estos dispositivos son capaces de operar en interiores o zonas con carencia de señal GPS y no requieren de una línea de visión directa entre cada par de dispositivos a diferencia de otros sensores como cámaras o sensores laser, permitiendo así obtener una lectura de datos continuada sin oclusiones. Sin embargo, estos sensores presentan un modelo de observación no lineal con una deficiencia de rango debido a la carencia de información de orientación relativa entre cada par de sensores. Además, cuando se incrementa la dimensionalidad del problema de 2D a 3D para su aplicación a vehículos aéreos, el número de variables ocultas del modelo aumenta haciendo el problema más costoso computacionalmente especialmente ante implementaciones multi-hipótesis. Esta tesis estudia y propone diferentes métodos que permitan la aplicación eficiente de estos sistemas RO-SLAM con vehículos terrestres o aéreos en entornos reales. Para ello se estudia la escalabilidad del sistema en relación al número de variables ocultas y el número de dispositivos a posicionar en el mapa. A diferencia de otros métodos descritos en la literatura de RO-SLAM, los algoritmos propuestos en esta tesis tienen en cuenta las correlaciones existentes entre cada par de dispositivos especialmente para la integración de medidas estÃa˛ticas entre pares de sensores del mapa. Además, esta tesis estudia el ruido y las medidas espúreas que puedan generar los sensores de distancia para mejorar la robustez de los algoritmos propuestos con técnicas de detección y filtración. También se proponen métodos de integración de medidas de otros sensores como cámaras, altímetros o GPS para refinar las estimaciones realizadas por el sistema RO-SLAM. Otros capítulos estudian y proponen técnicas para la integración de los algoritmos RO-SLAM presentados a sistemas con múltiples robots, así como el uso de técnicas de percepción activa que permitan reducir la incertidumbre del sistema ante trayectorias con carencia de trilateración entre el robot y los sensores de destancia estáticos del mapa. Todos los métodos propuestos han sido validados mediante simulaciones y experimentos con sistemas reales detallados en esta tesis. Además, todos los sistemas software implementados, así como los conjuntos de datos registrados durante la experimentación han sido publicados y documentados para su uso en la comunidad científica.
Accurate navigation applied to landing maneuvers on mobile platforms for unmanned aerial vehicles
(2020-01-09) Alarcón Romero, Francisco; Ollero Baturone, Aníbal; Viguria Jiménez, Luis Antidio; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Drones are quickly developing worldwide and in Europe in particular. They represent the future of a high percentage of operations that are currently carried out by manned aviation or satellites. Compared to fixed-wing UAVs, rotary wing UAVs have as advantages the hovering, agile maneuvering and vertical take-off and landing capabilities, so that they are currently the most used aerial robotic platforms. In operations from ships and boats, the final approach and the landing maneuver are the phases of the operation that involves a higher risk and where it is required a higher level of precision in the position and velocity estimation, along with a high level of robustness in the operation. In the framework of the EC-SAFEMOBIL and the REAL projects, this thesis is devoted to the development of a guidance and navigation system that allows completing an autonomous mission from the take-off to the landing phase of a rotary-wing UAV (RUAV). More specifically, this thesis is focused on the development of new strategies and algorithms that provide sufficiently accurate motion estimation during the autonomous landing on mobile platforms without using the GNSS constellations. In one hand, for the phases of the flights where it is not required a centimetric accuracy solution, here it is proposed a new navigation approach that extends the current estimation techniques by using the EGNOS integrity information in the sensor fusion filter. This approach allows improving the accuracy of the estimation solution and the safety of the overall system, and also helps the remote pilot to have a more complete awareness of the operation status while flying the UAV In the other hand, for those flight phases where the accuracy is a critical factor in the safety of the operation, this thesis presents a precise navigation system that allows rotary-wing UAVs to approach and land safely on moving platforms, without using GNSS at any stage of the landing maneuver, and with a centimeter-level accuracy and high level of robustness. This system implements a novel concept where the relative position and velocity between the aerial vehicle and the landing platform can be calculated from a radio-beacon system installed in both the UAV and the landing platform or through the angles of a cable that physically connects the UAV and the landing platform. The use of a cable also incorporates several extra benefits, like increasing the precision in the control of the UAV altitude. It also facilitates to center the UAV right on top of the expected landing position and increases the stability of the UAV just after contacting the landing platform. The proposed guidance and navigation systems have been implemented in an unmanned rotorcraft and a large number of tests have been carried out under different conditions for measuring the accuracy and the robustness of the proposed solution. Results showed that the developed system allows landing with centimeter accuracy by using only local sensors and that the UAV is able to follow a mobile landing platform in multiple trajectories at different velocities.
Advanced control of renewable energy microgrids with hybrid energy storage system
(2015-12-01) García Torres, Félix; Bordons Alba, Carlos; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Renewable energy will play an important role in the transition to a new energetic model which, along with other developments of the digital age, will probably bring about the Third Industrial Revolution. However, the change to this new energetic model is subject to overcoming technological barriers, namely the sporadic nature of renewable sources. Which in turn affects both, power quality and economic competitiveness. The imbalance of active and reactive power that renewable energies introduce in the grid causes variation in the voltage supply, grid frequency, harmonics, as well as producing other power quality issues. Energy storage systems appear to be a key factor in compensating generation and demand. The lack of controllability and the penalty for deviations in the regulation market hinder the economic competitiveness of renewable energy. Energy storage systems will be the technological solution enabling controllability in renewable energies, allowing their introduction in the spot energy market. Redesigning the grid into smaller, more manageable units based on microgrids appears as a solution to the outlined problems. In these microgrids, stored energy compensates both the intermittent nature of renewable generation and the randomness of the consumer's behaviour. Traditionally, energy storage has been developed by large hydropower-regulation plants, however, these kinds of plants are subject to natural emplacements and their implementation is subject to environmental impact grades. The high energy density of hydrogen as an energy carrier will play an important role in this new energetic paradigm. However, robust performance and the transient response are the main barriers for its technological implantation and, usually, hydrogen-based systems have a useful life that is sometimes too limited to buffer the associated cost. Batteries and supercapacitors have a better transient response, however, their low energy density does not provide enough autonomy to the system. The design of a hybrid energy storage system, having advanced control systems in charge of taking advantage of each storage system and avoiding the causes of degradation and/or limitations of them, emerges as a technological solution to the problems commented. The high number of constraints and variables to be optimized increases the complexity of the associated control problem, making it necessary to deploy advanced control algorithms. In this thesis, the development of optimal controllers for renewable energy microgrids with hybrid energy storage systems is explored using Model Predictive Control (MPC). The control system is introduction on different time scales resulting in an optimal control solution for the economic dispatch and the power quality of the microgrid. Meanwhile, degradation issues of energy storage systems are analyzed and minimized, improving the longevity of the whole energy storage system.
Aerial robots for robust contact inspection an manipulation
(2019-11-13) Trujillo Soto, Miguel Ángel; Ollero Baturone, Aníbal; Viguria Jiménez, Luis Antidio; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Performing any type of manual work at height usually involves important risks for the personnel. Besides, these operations are much more costly and timely due to the specialized workers and devices that have to be used, like scaffolds, cranes, or rope access. Additionally, the number of industrial robotic solutions to solve these problems is increasing, but significant drawbacks, like the accessibility to manually deploy the robot at the high location, are still present. Another way of solving most of the working at height problems is the aerial robotic manipulation, being a topic that has been growing strongly in the past few years in the robotic community. Typical tasks for aerial robots are pick-and-place operations. However, aerial manipulators merge the versatility of multirotors with the manipulation capabilities of robotic arms. This dissertation describes, analyzes, and validates two aerial robots designed to perform complex manipulation (first robot) and robust contact inspection operations (second robot). Each one is focused on solving different problems, being the objective of the second one to get closer to a final industrial product. Moreover, as the first one was designed before, it contributed to increasing the knowledge of aerial robotics in order to create a second robot with a high technology readiness level (TRL). The first aerial manipulator presented in this dissertation was a novelty in the world because it was integrating a 6 DoF robotic arm under a multirotor aircraft. The problem of the coupling effects between the aerial vehicle and the manipulator was studied and validated through several experiments. Furthermore, the work with this first robot was awarded the first prize of the Spanish National Congress on R&D in Defense and Security DESEi+d. The second aerial manipulator of the thesis is a novel aerial robotic manipulator that performs physical contact inspection with unique capabilities. It is composed of a robotic vehicle, a six degree-of-freedom (DoF) robotic device, and a robotic end-effector equipped with wheels and inspection sensors. This robot has been validated in refineries in Germany and Spain, a bridge, and a cement plant. Also, the robot has been awarded the EU Innovation Radar Prize 2017. The conclusions, the lessons learned, and the future work to be performed are presented by the end of the dissertation.
Ajuste de reguladores PID en sistemas multivariables
(1975) Ollero de Castro, Pedro Antonio; Aracil Santonja, Javier; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Química y Ambiental
Algoritmos heurísticos para la selección de secuencias óptimas de ensamblaje
(2001) Valle Sevillano, Carmelo del; Toro Bonilla, Miguel; Camacho, Eduardo F.; Universidad de Sevilla. Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
An Integrated Framework for Modelling and Control of eP2P Interactions based on Model Predictive Control
(2020-07-08) Báez González, Pablo; Bordons Alba, Carlos; Ridao Carlini, Miguel Ángel; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
The energy paradigm is undergoing substantial changes in recent years. In terms of production, it is observable how distributed generation, with an ever-increasing contribution from renewable sources, is displacing large concentrated generation plants. But the fundamental change is not so much about energy supply as about diluting the historical roles of producers and consumers to give way to the concept of prosumers. That is, instead of just being energy consumers, households and industries also become producers. In principle, the purpose of this production, which is inherently distributed, is self-consumption. However, when there is a surplus of production, prosumers can choose between storing the excess, if they have an energy storage system, or sell the unused fraction of energy. An obvious type of prosumers are those industries that have renewable generation facilities and which, as a consequence of their production process, generate by-products that can be used for cogeneration. In this case an obvious problem for the company is to select at all times the power sources that minimize the cost of production, which is known as Optimal Power Dispatch (OPD). If, in addition, the energy consumption time profile of the manufacturing process (per unit of raw material introduced) is known, it is also possible to make an optimal production schedule to minimize energy cost, which is called Optimal Power Scheduling (OPS). Chapter 3 presents an Economic Model Predictive Controller (EMPC) that simultaneously performs OPD and OPS using an olive mill as an example. The emergence of the role of energy prosumers makes it necessary to extend, improve or replace the traditional mechanisms of energy exchange. This thesis includes novel approaches for modelling the behaviour of prosumers. It also proposes new structures to facilitate energy trading, always from the perspective of the peerification of the energy paradigm. Thus, another line of research studies the establishment of peer-to-peer (P2P) markets for the exchange of energy between heterogeneous prosumers (homes, vehicles, intelligent buildings, etc.). The efficiency of markets based on both discrete double auctions (DDAs) and continuous double auctions (CDAs) is compared. An Energy Management System (EMS) is also introduced including market agent software that allows the necessary tasks for participation in the auctions to be carried out automatically (determination of private valuation, role selection and price adaptation). Chapter 4, Chapter 5 and Chapter 6 present some examples of such exchange markets stablished between different types of prosumers: i) energy market for electric vehicles that coincide parked in a large workplace, ii) power market for households within the same neighbourhood and iii) integrated energy and power markets for heterogeneous energy entities. The evolution of aforementioned mechanisms and the appearance of new market models must be accompanied by the development of control techniques that optimise and automate all the processes related to energy saving and trading, by a group of increasingly heterogeneous prosumers. This thesis deals with how different variants of predictive controllers can contribute to this last aspect. For industries with cogeneration capacity, the EMPC contributes to the optimal scheduling of production to maximise the return from energy reuse, either through self-consumption or through the trading of surpluses. The use of stochastic predictive control is proposed in order to maximise the expected return on the participation of prosumers, whatever their type, in continuous markets where the price of energy may undergo stochastic variations.
Análisis cualitativo y de bifurcaciones en sistemas dinámicos
(1982-10-01) Freire Macías, Emilio; Aracil Santonja, Javier; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática; Universidad de Sevilla. TIC130: Investigacion en Sistemas Dinamicos en Ingenieria
En esta tesis se realiza una revisión, necesariamente sintética, de la terminología y resultados básicos del análisis cualitativo, teoría genérica y de bifurcaciones de sistemas dinámicos. Se aborda el análisis de la dinámica de los equilibrios, que constituyen las órbitas más simples de un sistema dinámico, junto con el estudio de bifurcaciones estáticas, es decir, bifurcaciones en las que únicamente aparecen involucradas las soluciones del equilibrio. También se estudia el análisis de la dinámica de circuitos eléctricos no lineales.
Análisis de estabilidad de sistemas borrosos multivariables aplicación al control reactivo de robots móviles
(2000) Cuesta Rojo, Federico; Ollero Baturone, Aníbal; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Análisis y síntesis de sistemas con no-linealidades del tipo afín a trozos Analysis and synthesis of systems with piecewise affine nonlinearities
(2006) Cepeda Caballos, Alfonso; Camacho, Eduardo F.; Alamo, Teodoro; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Analysis and Modeling of aerodynamic Interactions and hybrid UAV Design for close proximity Operations
(2025-03-28) Garófano Soldado, Ambar; Heredia Benot, Guillermo; Ollero Baturone, Aníbal; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have evolved into versatile tools for diverse applications, particularly in industrial inspection and maintenance. These platforms are increasingly deployed in challenging environments such as tunnels, pipelines, and confined spaces, where their ability to operate near surfaces is critical. This Thesis investigates the aerodynamic interactions that influence UAV performance in these scenarios, addressing phenomena such as ground effect, wall effect, and pipe effect that can destabilize UAVs in confined or complex environments. A combination of Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations, experimental studies, and aerodynamic modeling is employed to understand these effects and improve UAV stability and control. While understanding aerodynamic interactions is essential to optimizing UAV performance, this Thesis also demonstrates how such insights can inform innovative design approaches to improve UAV adaptability and operational efficiency. A hybrid aerial-ground UAV design is developed as a result of this aerodynamic understanding, aiming to achieve similar goals as aerodynamic optimization through integrated capabilities. These designs combine aerial flight with ground mobility, enabling UAVs to transition between modes for tasks requiring precision and stability. By perching or rolling along structures, hybrid UAVs reduce energy consumption, extend operational time, and improve stability during inspection and maintenance tasks. The research examines advanced UAV configurations, including tilted and coaxial rotors, with a focus on their aerodynamic interactions in ground effect and confined environments. Ground effect studies highlight the influence of rotor spacing, tilt, and proximity to the ground on thrust generation and aerodynamic efficiency. Aerodynamic models are developed and validated through numerical-experimental data, integrating these key parameters to ensure UAV maneuverability in various scenarios. A ground effect model for a complete UAV platform with tilted rotor is also validated through real-world indoor flight tests. The analysis extends to wall and corner effects on tilted rotors, evaluated through CFD simulations to assess their impact in constrained environments. Pipe effect is also studied in different types of UAV platforms. For morphing multirotors, a specific approach trajectory to pipelines is studied, while conventional multirotors are analyzed more broadly, considering the effect of propeller proximity to a pipe at different horizontal and vertical distances. The findings from the pipeline inspection studies are applied to the design of hybrid systems, ensuring that aerodynamic interactions are accounted for or mitigated to achieve optimal performance in particular applications. The Thesis also examines collaborative UAV operations, focusing on tasks such as power line inspection, where multiple UAVs operate in close proximity. Insights into aerodynamic disturbances, such as downwash effects, inform strategies for optimizing inter-UAV spacing and improving stability during cooperative missions. By integrating aerodynamic modeling, experimental techniques, and hybrid design solutions, this Thesis contributes to the development of UAV systems tailored for complex industrial environments. The findings provide a robust framework for optimizing UAV performance in inspection, maintenance, and collaborative tasks. This dual approach, combining aerodynamic insights and hybrid design innovations, advances the state of UAV technology, enabling safer, more efficient, and versatile operations in demanding scenarios.
Aplicación del lenguaje natural a la adquisición de conocimientos y operación de sistemas complejos
(1997) González Romano, José Mariano; Camacho, Eduardo F.; Toro Bonilla, Miguel; Universidad de Sevilla. Departamento de Lenguajes y Sistemas Informáticos; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Aportaciones al control de corriente de máquinas de inducción de seis fases con doble devanado trifásico independiente y asimétrico
(2010) Gregor Recalde, Raúl Igmar; Arahal, Manuel R.; Barrero, Federico; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Electrónica
La presente Tesis Doctoral se ha dividido en cinco capítulos, cuyos contenidos se resumen a continuación.En el Capítulo 1 se presenta una revisión bibliogr ... áfica y se estudian las características básicas de la máquina de inducción convencional. Posteriormente, se pone de manifiesto el estado del arte de las máquinas multifásicas, justificando su uso en aplicaciones donde se requiere robustez y elevada potencia. En este contexto, se da especial énfasis al estudio de la máquina de inducción de doble devanado trifásico independiente y asimétrico, debido a las ventajas que aportan estos accionamientos electromecánicos multifásicos. Finalmente, se presenta el estado del arte de las metodologías de control utilizadas habitualmente en la literatura, orientadas al control de accionamientos electromecánicos de seis fases.En el Capítulo 2 se realiza una revisión bibliográfica sobre diversos enfoques basados en el control predictivo. Se presenta una clasificación de las técnicas de control predictivo, orientada al control de convertidores de potencia, presentando además los principios de operación de cada método. Por otro lado, se justifica la utilización del control predictivo basado en el modelo (mbpc), para el desarrollo de este trabajo, debido principalmente al criterio flexible expresado como una función de costo a ser minimizada, lo que permite explorar la aplicación de diversas funciones de costo, orientadas al aumento de la eficiencia en el caso particular del control de la máquina de seis fases.En el capítulo 3 se abordan los principios teóricos del control mbpc aplicado a la máquina de inducción de seis fases con doble devanado trifásico independiente y asimétrico. Se presenta el modelo predictivo de parámetros concentrados utilizado en esta Tesis Doctoral. Por otro lado, se realiza un estudio de las posibles funciones de costo a ser utilizadas en el proceso de optimización orientadas a la búsqueda del vector óptimo aplicable. Así mismo, se estudia la problemática asociada al costo computacional y se proponen dos enfoques orientados a la disminución del costo computacional asociado al problema de optimización. Posteriormente, se realiza un análisis de sensibilidad del método mbpc, con respecto al desajuste de los parámetros de la máquina entre el modelo y el sistema real. Finalmente, se comprueba la eficiencia del método propuesto frente a métodos clásicos de control de corriente, basados en técnicas de modulación (pi+pwm), avalando los resultados simulados con resultados experimentales, constituyendo esto el primer aporte de esta Tesis Doctoral.Tres nuevos aportes basados en el control predictivo de corriente enfocados en la mejora de la eficiencia del método mbpc, se proponen en el Capítulo 4, dos de ellos garantizan una frecuencia fija de conmutación de los interruptores de potencia. La eficiencia de los métodos propuestos es cuantificada con respecto a los resultados obtenidos mediante el método mbpc. Los resultados simulados y los extraídos mediante ensayos experimentales muestran la eficiencia de los nuevos métodos propuestos y son utilizados para validar los nuevos aportes.Finalmente, en el Capítulo 5, se extraen las principales conclusiones y se proponen las futuras líneas de investigación. Luego, se presentan las publicaciones logradas en el marco de este trabajo en congresos y revistas de renombrado prestigio.Se recogen en la Tesis, además, tres apéndices. En el Apéndice A, se abordan dos metodologías de modelado de la máquina de seis fases asimétrica. Se presentan además resultados experimentales que validan los parámetros eléctricos y mecánicos utilizados en el modelo de predicción. Por otro lado, en el Apéndice B se presenta el diseño de la bancada de ensayos experimentales utilizada para validar las aportaciones realizadas. Finalmente, en el Apéndice C se recopilan los artículos publicados en el marco de la Tesis. Cabe resaltar que el desarrollo de esta Tesis Doctoral fue financiado por el estado español a través del plan nacional de investigación, desarrollo e innovación (i+d+i), bajo la denominación (dpi2005-04438), "Análisis y Evaluación de Nuevos Actuadores para Máquinas de Inducción de Doble Devanado Trifásico en Aplicaciones con Vehículos Eléctricos" .
Aportaciones al control H∞ de sistemas multivariables
(2001-06-29) Ortega Linares, Manuel Gil; Rodríguez Rubio, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Esta Tesis esta constituida por una serie de contribuciones relacionadas con la Teoria de Control H multivariable, tanto a sistemas lineales como a sistemas no lineales.Respecto a las de los sistemas lineales, el objetivo principal de esta Tesis es aportar una metodología de diseño de forma que se automatice la síntesis del controlador. Para ello se ha propuesto un método sencillo y fácil de util izar, valido tanto para sistemas monovariables o como multivariables y en el que no es necesario un conocimiento profundo de esta teoría de control para poder aplicarlo.Esta metodología utiliza el planteamiento de sensibilidad mixta, enmarcado dentro de la teoría de control H∞ , para el que se proponen unas reglas de diseño de las funciones de ponderación involucradas en el mismo. Dichas reglas han sido diseñadas de forma que el comportamiento de cada salida del sistema dependa básicamente de un solo parámetro, el cual es fácil de sintonizar.La validez de la metodología propuesta ha sido corroborada con resultados experimentales, ya que ha sido aplicada a sistemas reales de distinta índole, tanto monovariables (planta solar, sistema de seguimiento visual, servomecanismo de corriente continua) como multivariables (planta piloto), obteniéndose en todos ellos resultados satisfactorios.Respecto a las contribuciones realizadas al control H no lineal, estas han sido realizadas en el ámbito de la robótica. Se ha propuesto un controlador basándose en la ampliación de una ecuación diferencial del error, añadiendo la ponderación del término integral y aportando una solución a la ecuación de Hamilton-Jacobi-Bellman-Isaacs planteada.El controlador ha sido reescrito en una estructura similar a la del control por par calculado, de forma que el controlador externo resultante tiene la ecuación de un PID no lineal. Además, se ha mostrado como una elección particular de unas matrices de ponderación permite encontrar un controlador cuyas.
Aportaciones al diseño e implementación de una plataforma inteligente de ayuda a la vida independiente
(2011-10-20) Estudillo Valderrama, Miguel Ángel; Roa Romero, Laura María; Reina Tosina, Luis Javier; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
En esta Tesis Doctoral se realizan aportaciones metodológicas y tecnológicas para la ayuda a la vida independiente, mediante la investigación y desarrollo de procedimientos y técnicas aplicadas al diseño de sistemas de monitorización ubicua sostenibles e inclusivos en el contexto de las nuevas tendencias de los sistemas de asistencia integral y los Entornos de Vida Asistida (EVA). Para tal fin se comienza la Tesis con un estudio del estado del arte de la asistencia ubicua en el dominio del punto de cuidado, poniendo de relieve los logros y carencias más señalados obtenidos hasta la fecha. Es en este punto donde se propone un nuevo paradigma distribuido e independiente de las tecnologías para la monitorización ubicua que haga frente a las carencias expuestas. Este paradigma está esencialmente compuesto por un conjunto de dispositivos (sensores o actuadores) inteligentes y una o varias plataformas encargadas de su gestión, procesamiento, almacenamiento y comunicación con el resto de la infraestructura de información sanitaria. A estas plataformas se les denomina PIPM, Plataformas Inteligentes Personales Multidispositivo, y constituyen la principal aportación de la presente Tesis doctoral. Se continúa con una descripción funcional transparente a las tecnologías subyacentes de los principales módulos de que consta la PIPM, con vistas a un diseño general que pueda ser satisfecho con el estado actual y la evolución a corto, medio y largo plazo de las soluciones tecnológicas disponibles. De esta forma se presenta un núcleo fijo de la plataforma al que se añaden módulos en función de los servicios a satisfacer para el usuario, contexto y escenario específicos de aplicación para dar lugar a un sistema personalizable y adaptable. Una vez establecida esta descripción funcional se realiza un análisis de los métodos y materiales disponibles actualmente para hacer frente al diseño de la PIPM. En concreto se presta especial atención a los relacionados con las Redes de Sensores Inteligentes (RSI) para la implementación de sistemas portables y empotrados, que se comuniquen mediante estándares inalámbricos. Se enfatizan los requisitos de diseño de la plataforma teniendo en cuenta posibles limitaciones audiovisuales del usuario, así como los mínimos costos posibles para obtener soluciones sostenibles. Por último en el capítulo de resultados se presenta la arquitectura tecnológica propuesta en el punto de cuidado y se analiza la implementación tecnológica hardware y software de la PIPM. Este diseño se evalúa para un caso de aplicación: la detección de caídas en personas. Finalmente se presentan resultados de simulación para otro caso de aplicación: la detección de infecciones bacterianas en pacientes cateterizados.
Aportaciones al modelado y control de secaderos rotatorios
(2003) Castaño Castaño, Luis Fernando; Rodríguez Rubio, Francisco; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Aportaciones metodológicas a la integración de sistemas de información sanitarios basada en gestión semántica
(2006) Román Martínez, Isabel; Roa Romero, Laura María; Madinabeitia Luque, Germán; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería Telemática; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
La aplicación de las tecnologías de la información y las comunicaciones está provocando un cambio significativo en la ejecución de las actividades llevadas a cabo en el seno de las organizaciones sanitarias. Esta implantación tecnológica se ha venido realizando a medida que se desarrollan nuevos avances y para cubrir necesidades específicas s in considerar, por lo general, la elaboración de una estrategia más compleja en la que se planifique la integración de los diversos sistemas que se despliegan. Esto provoca que, en la mayoría de las ocasiones, dentro de una organización sanitaria se tengan numerosos sistemas aislados que ofrecen unas prestaciones específicas pero que gestionan la información de forma completamente autónoma. Dado que el principal servicio ofrecido por estas organizaciones es el asistencial, es precisamente en el desempeño de estas tareas donde primero surge la necesidad de integración. Una visión centrada en la atención conlleva el enfoque tradicional centrado en el paciente, que presenta como prioridad el desarrollo de la historia clínica electrónica única para permitir la gestión integrada de la información de salud relativa al paciente y distribuida en distintos sistemas. Debido a esto los mayores esfuerzos en el desarrollo de métodos, estrategias y normas de integración de sistemas de información sanitarios se están realizando precisamente en el ámbito de la historia clínica electrónica. Sin embargo, las actividades en una organización sanitaria van más allá de las asistenciales, aunque éstas sean las entendidas como servicio final ofrecido al cliente. En la mayoría de las ocasiones se puede encontrar algún tipo de vínculo entre estas actividades que puede facilitar la explotación de las sinergias existentes entre las mismas. Esto da lugar a una nueva visión del problema de integración de sistemas que está centrada en la gestión eficiente del conocimiento de la organización. En esta Tesis Doctoral se presenta una metodología para la integración de sistemas sanitarios que sigue este nuevo paradigma, en el que la actividad asistencial se entiende como una más dentro de la organización y ésta, como el resto, puede verse enriquecida si se trata adecuadamente el conocimiento almacenado en el conjunto de sistemas.
Architecture for planning and execution of missions with fleets of unmanned vehicles
(2019-07-17) Muñoz Morera, Jorge Juan; Maza Alcañiz, Iván; Ollero Baturone, Aníbal; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Esta tesis presenta contribuciones en el campo de la planificación automática y la programación de tareas, la rama de la inteligencia artificial que se ocupa de la realización de estrategias o secuencias de acciones típicamente para su ejecución por parte de vehículos no tripulados, robots autónomos y/o agentes inteligentes. Cuando se intenta alcanzar un objetivo determinado, la cooperación puede ser un aspecto clave. La complejidad de algunas tareas requiere la cooperación entre varios agentes. Mas aún, incluso si una tarea es lo suficientemente simple para ser llevada a cabo por un único agente, puede usarse la cooperación para reducir el coste total de la misma. Para realizar tareas complejas que requieren interacción física con el mundo real, los vehículos no tripulados pueden ser usados como agentes. En los últimos años se han creado y utilizado una gran diversidad de plataformas no tripuladas, principalmente vehículos que pueden ser dirigidos sin un humano a bordo, tanto en misiones civiles como militares. En esta tesis se aborda la aplicación de planificación simbólica de redes jerárquicas de tareas (HTN planning, por sus siglas en inglés) en la resolución de problemas de enrutamiento de vehículos (VRP, por sus siglas en inglés) [18], en dominios que implican múltiples vehículos no tripulados de capacidades heterogéneas que deben cooperar para alcanzar una serie de objetivos específicos. La planificación con redes jerárquicas de tareas describe dominios utilizando una descripción que descompone conjuntos de tareas en subconjuntos más pequeños de subtareas gradualmente, hasta obtener tareas del más bajo nivel que no pueden ser descompuestas y se consideran directamente ejecutables. Esta jerarquía es similar al modo en que los humanos razonan sobre los problemas, descomponiéndolos en subproblemas según el contexto, y por lo tanto suelen ser fáciles de comprender y diseñar. Los problemas de enrutamiento de vehículos son una generalización del problema del viajante (TSP, por sus siglas en inglés). La resolución del problema del viajante consiste en encontrar la ruta más corta posible que permite visitar una lista de ciudades, partiendo y acabando en la misma ciudad. Su generalización, el problema de enrutamiento de vehículos, consiste en encontrar el conjunto de rutas de longitud mínima que permite cubrir todas las ciudades con un determinado número de vehículos. Ambos problemas cuentan con una fuerte componente combinatoria para su resolución, especialmente en el caso del VRP, por lo que su presencia en dominios que van a ser tratados con un planificador HTN clásico supone un gran reto. Para la aplicación de un planificador HTN en la resolución de problemas de enrutamiento de vehículos desarrollamos dos métodos. En el primero de ellos presentamos un sistema de optimización de soluciones basado en puntuaciones, que nos permite una nueva forma de conexión entre un software especializado en la resolución del VRP con el planificador HTN. Llamamos a este modo de conexión el método desacoplado, puesto que resolvemos la componente combinatoria del problema de enrutamiento de vehículos mediante un solucionador específico que se comunica con el planificador HTN y le suministra la información necesaria para continuar con la descomposición de tareas. El segundo método consiste en mejorar el planificador HTN utilizado para que sea capaz de resolver el problema de enrutamiento de vehículos de la mejor forma posible sin tener que depender de módulos de software externos. Llamamos a este modo el método acoplado. Con este motivo hemos desarrollado un nuevo planificador HTN que utiliza un algoritmo de búsqueda distinto del que se utiliza normalmente en planificadores de este tipo. Esta tesis presenta nuevas contribuciones en el campo de la planificación con redes jerárquicas de tareas para la resolución de problemas de enrutamiento de vehículos. Se aplica una nueva forma de conexión entre dos planificadores independientes basada en un sistema de cálculo de puntuaciones que les permite colaborar en la optimización de soluciones, y se presenta un nuevo planificador HTN con un algoritmo de búsqueda distinto al comúnmente utilizado. Se muestra la aplicación de estos dos métodos en misiones civiles dentro del entorno de los Proyectos ARCAS y AEROARMS financiados por la Comisión Europea y se presentan extensos resultados de simulación para comprobar la validez de los dos métodos propuestos.
Arquitectura de seguridad para la cooperación entre robots aéreos y redes de sensores
(2023-05-29) Fernández Jiménez, Francisco José; Martínez de Dios, José Ramiro; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
En esta Tesis Doctoral se ha diseñado, desarrollado, implementado, experimentado y validado SNSR (Sensor Network Security using Robots), una arquitectura novedosa, abierta y flexible que mejora la seguridad en las redes inalámbricas de sensores estáticas al beneficiarse de la cooperación de la red de sensores con los robots. En SNSR, los robots realizan la autenticación de nodos sensores y la localización basada en radio (lo que permite el cálculo de topología centralizado y el establecimiento de rutas) e interactúan directamente con los nodos para enviarles configuraciones o recibir informes de estado y anomalías sin intermediarios. El funcionamiento de SNSR se divide en etapas configuradas en una estructura iterativa de retroalimentación, que permite repetir la ejecución de etapas para adaptarse a cambios, responder a ataques o detectar y corregir errores. El uso de robots brinda a SNSR capacidades mejoradas de detección y mitigación de ataques, y mejora la prevención al reemplazar tareas que en las arquitecturas tradicionales son propensas a ataques o requieren información preestablecida. Esto proporciona altos niveles de seguridad y adaptabilidad sin requerir mecanismos complejos. Para implementar SNSR se ha creado un nuevo sistema operativo de red simple e independiente de la red de sensores que proporciona flexibilidad para probar diferentes configuraciones, algoritmos y protocolos, pero sin llegar a los niveles físico y de enlace. Se ha desarrollado e implementado una nueva pila de protocolos, ubicada sobre una capa de enlace existente. Esta pila de protocolos se compone de un nivel de aplicación, un nivel de transporte, un nivel de red y un nivel de adaptación al nivel de enlace. El nivel de adaptación hace que los niveles superiores sean independientes del nivel de enlace real. El nivel de aplicación permite ejecutar las aplicaciones de gestión de cada entidad siguiendo las especificaciones de SNSR. Se ha realizado un análisis cualitativo de seguridad frente a 33 ataques de seguridad diferentes. Además, se ha creado una plataforma de pruebas que permita la experimentación repetible y rigorosa de nuevas tecnologías, protocolos y métodos de seguridad basados en SNSR tanto en escenarios reales como en virtualizados. Con ella se han realizado miles de experimentos con distintos escenarios virtuales y reales con robots terrestres y aéreos. Los resultados han demostrado la seguridad, eficiencia y escalabilidad de SNSR.
Arquitectura de sistemas complejos para control de procesos: microcontroladores reconfigurables modulares: Proyecto MRM-80 B
(1975-01-01) Calvo Borrego, José Luis; Aracil Santonja, Javier; Universidad de Sevilla. Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática
Arquitectura de sistemas complejos para control de procesos: microcontroladores reconfigurables modulares: proyecto MRM-80 B

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