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Un enfoque avanzado de IBVS-planitud para la navegación en tiempo real de quadrotor: un esquema de control completo en el plano de la imagen

Autores: Alshahir, Ahmed; Kaaniche, Khaled; Albekairi, Mohammed; Alshahr, Shahr; Mekki, Hassen; Sahbani, Anis; Alanazi, Meshari D.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Un enfoque avanzado de IBVS-planitud para la navegación en tiempo real de quadrotor: un esquema de control completo en el plano de la imagen


Categoría

Tecnología de Equipos y Accesorios

Subcategoría

Diseño de equipos y herramientas

Palabras clave

Trayectoria
Quadrotor
Control
Plano de imagen
Planitud diferencial
IBVS

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 19

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Este artículo presenta un método innovador para planificar y rastrear la trayectoria en el plano de imagen para el control visual de un quadrotor. La comunidad de investigadores que trabaja en el control 2D reconoce ampliamente este desafío como complejo, porque una trayectoria definida en el espacio de imagen puede llevar a movimientos impredecibles del robot en el espacio cartesiano. Si bien los investigadores han abordado este problema para robots móviles, los quadrotors continúan enfrentando desafíos significativos. Para abordar este problema, el enfoque adoptado implica considerar la separación del control de altitud de las otras variables, reduciendo así el espacio de trabajo. Además, los movimientos del quadrotor (pitch, roll y yaw) son interdependientes. En consecuencia, la conexión entre las entradas y salidas no puede ser revertida. La complejidad de la tarea se vuelve significativa. Para abordar este problema, proponemos el siguiente escenario: cuando el quadrotor está equipado con una cámara orientada hacia abajo, volar a gran altitud es sensato para localizar un objetivo. Sin embargo, para minimizar las perturbaciones y conservar energía, el quadrotor necesita descender en altitud. Esto puede resultar en la pérdida del objetivo. La solución a este problema es una nueva metodología basada en el principio de planitud diferencial, que permite la separación del control de altitud de las otras variables. El sistema primero detecta el objetivo a gran altitud, luego traza una trayectoria en el sistema de coordenadas de imagen entre la imagen adquirida y la imagen deseada. Es crucial enfatizar que este paso se realiza fuera de línea, asegurando que el tiempo de procesamiento de la imagen no afecte la frecuencia de control. A través de la planificación de trayectoria propuesta, cumpliendo con las restricciones de planitud diferencial, el quadrotor puede seguir la dinámica impuesta. Para asegurar el seguimiento del objetivo mientras sigue la trayectoria generada, la ley de control propuesta toma la forma de un esquema de Servo Visual Basado en Imagen (IBVS). Validamos este método utilizando el entorno RVCTOOLS en MATLAB. El quadrotor DJI Phantom 1 sirvió como banco de pruebas para evaluar, en condiciones reales, la efectividad de la ley de control propuesta. Diseñamos específicamente una tarjeta electrónica para transferir comandos calculados al joystick de control del DJI Phantom 1 a través de Bluetooth. Esta tarjeta integra un microcontrolador PIC18F2520, un convertidor digital a analógico DAC8564 y un módulo Bluetooth RN42. Los resultados experimentales demuestran la efectividad de este método, asegurando el seguimiento preciso del objetivo así como el seguimiento exacto de la trayectoria generada en el sistema de coordenadas de imagen.

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