Potencial-Campo-RRT: Un Algoritmo de Planificación de Rutas para UAVs Basado en una Estrategia Codiciosa Orientada a Campos Potenciales para Extender Árboles Aleatorios
Autores: Huang, Tai; Fan, Kuangang; Sun, Wen; Li, Weichao; Guo, Haoqi
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Potencial-Campo-RRT: Un Algoritmo de Planificación de Rutas para UAVs Basado en una Estrategia Codiciosa Orientada a Campos Potenciales para Extender Árboles Aleatorios
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Propuestas
Algoritmo de árbol aleatorio
Estrategia codiciosa orientada a campos potenciales
Planificación de rutas
Vehículos aéreos no tripulados
PF-RRT.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Este documento propone un algoritmo de árbol aleatorio basado en una estrategia codiciosa orientada a campos potenciales para la planificación de rutas de vehículos aéreos no tripulados (UAV). El PF-RRT descarta el defecto de los algoritmos tradicionales de campo potencial artificial (APF) que son propensos a caer en errores locales, e introduce campos potenciales como una ayuda al proceso de expansión de árboles aleatorios. Activa razonablemente una estrategia codiciosa basada en el principio de optimización del gradiente descendente de la fuerza del campo, acelerando el proceso de expansión del árbol aleatorio hacia una mejor región y reduciendo el tiempo de búsqueda de la ruta. En comparación con otros algoritmos de optimización que mejoran el método de muestreo para reducir el tiempo de búsqueda del árbol aleatorio, el PF-RRT aprovecha al máximo el campo potencial sin limitar la arbitrariedad de la expansión del árbol aleatorio. En segundo lugar, el proceso de construcción de la ruta se basa en el principio de la desigualdad triangular para el nodo raíz del nuevo nodo para mejorar la calidad de la ruta en una iteración. Los experimentos de simulación de comparación de algoritmos muestran que el algoritmo tiene las ventajas de adquirir rápidamente soluciones de ruta inicial de alta calidad y una rápida convergencia óptima en el proceso de búsqueda de rutas. En comparación con el algoritmo original, obtener la solución inicial utilizando PF-RRT puede reducir la pérdida de tiempo entre un 20% y un 70% y mejorar la calidad de la ruta en aproximadamente un 25%. Además, la viabilidad del PF-RRT para la planificación de rutas de UAV se demuestra mediante experimentos de prueba de vuelo reales al final del experimento.
Descripción
Este documento propone un algoritmo de árbol aleatorio basado en una estrategia codiciosa orientada a campos potenciales para la planificación de rutas de vehículos aéreos no tripulados (UAV). El PF-RRT descarta el defecto de los algoritmos tradicionales de campo potencial artificial (APF) que son propensos a caer en errores locales, e introduce campos potenciales como una ayuda al proceso de expansión de árboles aleatorios. Activa razonablemente una estrategia codiciosa basada en el principio de optimización del gradiente descendente de la fuerza del campo, acelerando el proceso de expansión del árbol aleatorio hacia una mejor región y reduciendo el tiempo de búsqueda de la ruta. En comparación con otros algoritmos de optimización que mejoran el método de muestreo para reducir el tiempo de búsqueda del árbol aleatorio, el PF-RRT aprovecha al máximo el campo potencial sin limitar la arbitrariedad de la expansión del árbol aleatorio. En segundo lugar, el proceso de construcción de la ruta se basa en el principio de la desigualdad triangular para el nodo raíz del nuevo nodo para mejorar la calidad de la ruta en una iteración. Los experimentos de simulación de comparación de algoritmos muestran que el algoritmo tiene las ventajas de adquirir rápidamente soluciones de ruta inicial de alta calidad y una rápida convergencia óptima en el proceso de búsqueda de rutas. En comparación con el algoritmo original, obtener la solución inicial utilizando PF-RRT puede reducir la pérdida de tiempo entre un 20% y un 70% y mejorar la calidad de la ruta en aproximadamente un 25%. Además, la viabilidad del PF-RRT para la planificación de rutas de UAV se demuestra mediante experimentos de prueba de vuelo reales al final del experimento.