Hybrid Control Architecture of an Unmanned Surface Vehicle Used for Water Quality Monitoring

Abstract

El estudio de la calidad del agua en embalses, lagos y costas es una actividad que utiliza principalmente vehículos marinos tripulados por humanos para obtener parámetros del sitio como temperatura, conductividad, salinidad, pH y otros. Esta tarea se facilita mediante el uso de vehículos no tripulados, que mejoran la calidad de los datos en áreas peligrosas y minimizan la exposición humana. Este trabajo presenta una nueva metodología basada en conceptos de ingeniería de sistemas y Arquitectura Híbrida de Control para un vehículo de superficie no tripulado (Unmanned Surface Vehicle - USV) de clase catamarán llamado EDSON-J, para actividades de monitoreo remoto de la calidad del agua con instrumentación de carga útil. Se consideraron como aspectos críticos en el desarrollo del proyecto, los requisitos, la gestión de riesgos, la flexibilidad del diseño, la descomposición lógica, la clasificación funcional, la verificación integración validación, y el plan tecnológico. La metodología aplicada propone los principales componentes para el vehículo: una computadora principal que ejecuta el sistema operativo robótico (Robot Operating System - ROS) con arquitectura de control deliberativa para tareas de alto nivel y una computadora secundaria que ejecuta una máquina de estados finitos (Finite State Machine - FSM) con arquitectura de control jerárquica para tareas de bajo nivel como los algoritmos de control y navegación. Los resultados se presentan a través de misiones de monitorización de la calidad del agua, acoplando una sonda multiparamétrica de carga útil. Los controles en modo manual y automático son adecuados para maniobras circulares y en zig-zag, muestran mejores prestaciones para la plataforma propuesta, garantizando las especificaciones y requisitos del diseño del vehículo y validando la arquitectura híbrida de control propuesta.