Herramienta de gestión para sistemas de inspección basados en múltiples drones

Abstract

El uso de múltiples vehículos aéreos no tripulados (UAVs por las siglas en inglés de Unmanned Aerial Vehicles) en tareas de inspección con vuelo autónomo requieren una interfaz de control simple y amigable que permita gestionar los vehículos no tripulados. El propósito de este Trabajo de Fin de Máster es realizar una estación de mando y control en tierra (GCS por las siglas en inglés de Ground Control Station) que permita controlar y monitorizar el vuelo de múltiples UAVs heterogéneos que realizan misiones de inspección autónomas sobre grandes infraestructuras. La flota utilizada consiste en una plataforma de ala fija con aterrizaje y despegue vertical (VTOL por las siglas en inglés de Vertical Take-Off and Landing) modelo DeltaQuad Pro y dos quadricópteros modelo Matrice M210 RTK V2 de la marca DJI. Cada UAV está equipado con un ordenador a bordo que amplía sus funcionalidades y, mediante el uso de ROS (Robot Operating System), y herramientas y paquetes para la conexión con el autopiloto, permite obtener telemetría del UAV, imágenes de las cámaras a bordo y controlar el vuelo a través de la GCS. El desarrollo de la GCS se presenta como una solución escalable y compatible con múltiples autopilotos. Se basa en una arquitectura cliente-servidor y consta de dos programas que se comunican a través de una API y un websocket, lo que permite la interacción con varios usuarios y la integración con aplicaciones de terceros. El cliente es una interfaz de usuario basada en REACT.js, mientras que el servidor se encarga de la lógica y el control del sistema, estableciendo la conexión entre los UAVs y la interfaz. Para validar la herramienta desarrollada ha sido necesaria la simulación de las distintas aeronaves, realizando simulaciones en hardware in the loop con el Matrice 210 y software in the loop con el autopiloto PX4 para simulaciones del VTOL modelo DeltaQuad. También se hizo la validación de todo el sistema mediante la inspección de lineas eléctricas de Endesa ubicadas en el campo de vuelo experimental ATLAS situado en Villacarrillo (Jaén). Estas pruebas se realizaron en el contexto del proyecto H2020 AERIAL-CORE [8]. Este trabajo también entra dentro del marco de trabajo de proyectos como OMICRON [9] y RESISTO [7].

The use of multiple unmanned aerial vehicles (UAVs) in autonomous inspection tasks requires a simple and user-friendly control interface that allows managing the unmanned vehicles. The purpose of this Master’s Thesis is to develop a Ground Control Station (GCS) that enables the control and monitoring of the flight of multiple heterogeneous UAVs executing autonomous inspection missions in large infrastructures. The UAV fleet used consists of a fixed-wing platform with vertical take-off and landing (VTOL) capabilities called DeltaQuad Pro, and two DJI Matrice M210 RTK V2 quadcopters. Each UAV is equipped with an onboard computer that extends its functionalities, and by using ROS (Robot Operating System), and tools, and packages for connecting to the autopilot, it allows monitoring telemetry, viewing images from onboard cameras, and controlling the flight through the GCS. The development of the GCS is presented as a scalable solution compatible with multiple autopilots. It is based on a client-server architecture and consists of two programs that communicate through an API and a websocket, enabling interaction with multiple users and integration with third-party applications. The client is a user interface based on REACT.js, while the server handles the logic and control of the system, establishing the connection between the UAVs and the interface. To validate the developed tool, it was necessary to simulate the different aircraft, conducting hardware-in-the-loop simulations with the Matrice 210 and software-in-the-loop simulations with the PX4 autopilot for the DeltaQuad VTOL model. Likewise, the validation of the entire system was performed by inspecting Endesa power lines located at ATLAS, an experimental test flight area Villacarrillo (Jaén), as part of the H2020 AERIAL-CORE project [8]. This work also falls within the framework of projects such as OMICRON [9] and RESISTO [7].