[ca] Aquesta tesi doctoral presenta diverses contribucions relaciones amb els sistemes de Guiat, Navegació i Control (GNC) per a vehicles multirrotor, aplicant i desenvolupant diverses tècniques de control i de machine learning amb resultats innovadors. L'objectiu principal de la tesi és obtenir un sistema de GNC capaç de dirigir el vehicle perquè segueixi una trajectòria predefinida mentre evita els obstacles que puguin aparèixer en el recorregut del vehicle. El sistema ha de ser adaptable a diferents trajectòries, situacions i missions, reduint l'esforç realitzat en l'ajust i la parametrització dels mètodes proposats. La plataforma experimental, formada pel cuadricòpter Asctec Hummingbird, s'estudia i es descriu en detall. S'obté un model matemàtic complet de la plataforma i es desenvolupa una eina de simulació, la qual és de codi lliure. A més, es dissenya un controlador autopilot i s'implementa en la plataforma real. La part de control està enfocada al problema de path following. En aquest problema, el vehicle ha de seguir una trajectòria predefinida en l'espai sense cap tipus de restricció temporal. S'estudien, s'implementen i es comparen diversos algoritmes de control i geomètrics de path following. Després, es milloren els algoritmes geomètrics usant xarxes neuronals per convertirlos en algoritmes adaptatius. Per finalitzar, es desenvolupa un mètode de path following basat en tècniques d'aprenentatge per reforç profund (deep Reinforcement learning). Aquest mètode implementa l'algoritme Deep Deterministic Policy Gradient. L'agent intel. ligent resultant és entrenat en un simulador realista de multirotors i validat en la plataforma experimental real amb èxit. Els resultats mostren que l'agent és capaç de seguir de forma precisa la trajectòria de referència adaptant la velocitat del vehicle segons la curvatura del recorregut. A la part de navegació, s'implementa un sistema de detecció d'obstacles basat en l'ús d'un sensor LIDAR. Es deriva un model del sensor i aquest s'inclou en el simulador. A més, es desenvolupa un mètode per tractar les mesures del sensor per eliminar les possibles deteccions del terra. Pel que fa a la part de guiatge, aquesta està focalitzada en el problema de reactive path planning. És a dir, un algoritme de planificació de trajectòria que és capaç de re-planejar el recorregut del vehicle a l'instant si algun esdeveniment inesperat ocorre, com ho és la detecció d'un obstacle en el recorregut del vehicle. Es desenvolupa un mètode basat en aprenentatge per reforç profund per l'evasió d'obstacles. Aquest mètode implementa l'algoritme Deep Deterministic Policy Gradient. L'agent d'aprenentatge per reforç s'entrena i valida en un simulador de multirotors realista. Aquest agent es combina amb l'agent de path following i la resta d'elements desenvolupats en la tesi per obtenir un sistema GNC capaç de seguir diferents tipus de trajectòries, evadint els obstacles que estiguin en el recorregut del vehicle.

[es] Esta tesis doctoral presenta varias contribuciones relacionas con los sistemas de Guiado, Navegación y Control (GNC) para vehículos multirotor, aplicando y desarrollando diversas técnicas de control y de machine learning con resultados innovadores. El objetivo principal de la tesis es obtener un sistema de GNC capaz de dirigir el vehículo para que siga una trayectoria predefinida mientras evita los obstáculos que puedan aparecer en el recorrido del vehículo. El sistema debe ser adaptable a diferentes trayectorias, situaciones y misiones, reduciendo el esfuerzo realizado en el ajuste y la parametrización de los métodos propuestos. La plataforma experimental, formada por el cuadricoptero Asctec Hummingbird, se estudia y describe en detalle. Se obtiene un modelo matemático completo de la plataforma y se desarrolla una herramienta de simulación, la cual es de código libre. Además, se diseña un controlador autopilot, el cual es implementado en la plataforma real. La parte de control está enfocada en el problema de path following. En este problema, el vehículo debe seguir una trayectoria predefinida en el espacio tridimensional sin ninguna restricción temporal Se estudian, implementan y comparan varios algoritmos de control y geométricos de path following. Luego, se mejoran los algoritmos geométricos usando redes neuronales para convertirlos en algoritmos adaptativos. Para finalizar, se desarrolla un método de path following basado en técnicas de aprendizaje por refuerzo profundo (deep reinforcement learning). Este método implementa el algoritmo Deep Deterministic Policy Gradient. El agente inteligente resultante es entrenado en un simulador realista de multirotores y validado en la plataforma experimental real con éxito. Los resultados muestran que el agente es capaz de seguir de forma precisa la trayectoria de referencia adaptando la velocidad del vehículo según la curvatura del recorrido. En la parte de navegación se implementa un sistema de detección de obstáculos basado en el uso de un sensor LIDAR. Se deriva un modelo del sensor y este se incluye en el simulador. Además, se desarrolla un método para tratar las medidas del sensor para eliminar las posibles detecciones del suelo. En cuanto a la parte de guiado, está focalizada en el problema de reactive path planning. Es decir, un algoritmo de planificación de trayectoria que es capaz de re-planear el recorrido del vehículo al instante si ocurre algún evento inesperado, como lo es la detección de un obstáculo en el recorrido del vehículo. Se desarrolla un método basado en aprendizaje por refuerzo profundo para la evasión de obstáculos. Este implementa el algoritmo Deep Deterministic Policy Gradient. El agente de aprendizaje por refuerzo se entrena y valida en un simulador de multirotors realista. Este agente se combina con el agente de path following y el resto de elementos desarrollados en la tesis para obtener un sistema GNC capaz de seguir diferentes tipos de trayectorias evadiendo los obstáculos que estén en el recorrido del vehículo.