Modelación matemática y control de robots aéreos multirrotor

Abstract

La modelación y el control de vehículos aéreos multirrotor constituyen una de las mejores puertas de entrada al fascinante mundo de la robótica aérea. Comprender cómo vuela un robot, predecir su comportamiento y lograr que siga una trayectoria de manera autónoma permite integrar conocimientos de matemática, dinámica, control, percepción y programación. Este libro propone un recorrido progresivo que comienza con la modelación cinemática, basada en la geometría y el movimiento del vehículo, y avanza hacia modelos dinámicos más completos mediante formulaciones como Euler-Lagrange. La identificación de sistemas complementa este proceso al utilizar datos experimentales para obtener modelos capaces de representar con mayor precisión la respuesta real del multirrotor. En el ámbito del control, se estudia desde la cinemática inversa, que transforma el movimiento deseado en referencias para el vehículo, hasta estrategias que incorporan su dinámica y permiten analizar formalmente la estabilidad mediante herramientas como las funciones de Lyapunov. El recorrido culmina con el control predictivo basado en modelo, una técnica conocida desde hace décadas que, gracias al aumento de la capacidad computacional, hoy puede ejecutarse en vehículos aéreos en tiempo real. Su principio es anticipar el comportamiento futuro dentro de un horizonte temporal, optimizar las acciones de control y considerar simultáneamente restricciones, seguimiento de trayectorias y evitación de obstáculos. Finalmente, la obra conecta la teoría con la práctica mediante la integración del vehículo, los sensores de percepción, la estimación del estado y herramientas modernas de programación, mostrando cómo transformar los modelos y algoritmos en sistemas robóticos aéreos capaces de percibir, predecir y actuar de forma autónoma.