Sistema Colaborativo Aire-Tierra Fuertemente Acoplado para la Navegación Autónoma de UGV en Entornos Sin GPS
Autores: Deng, Jiacheng; Liu, Jierui; Hu, Jiangping
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Sistema Colaborativo Aire-Tierra Fuertemente Acoplado para la Navegación Autónoma de UGV en Entornos Sin GPS
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Navegación autónoma
Vehículos no tripulados
Evitación de obstáculos
Módulo de percepción aérea
Planificación de rutas
Control en bucle cerrado
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La navegación autónoma para vehículos no tripulados en entornos complejos y no estructurados sigue siendo un desafío, especialmente en escenarios sin GPS o con alta densidad de obstáculos, lo que limita su implementación práctica en aplicaciones de logística, inspección y respuesta a emergencias. Para superar estas limitaciones, este documento presenta un sistema colaborativo aéreo-terrestre estrechamente integrado que comprende tres componentes clave: (1) un módulo de percepción aérea que emplea un sistema de visión basado en YOLOv8 a bordo del UAV para generar mapas globales de obstáculos en tiempo real; (2) un módulo de comunicación de baja latencia que utiliza middleware FAST DDS para una transmisión de datos aérea-terrestre confiable; y (3) un módulo de navegación terrestre que implementa un algoritmo A* para la planificación óptima de rutas junto con control en bucle cerrado para una ejecución precisa de la trayectoria. El sistema completo fue implementado físicamente utilizando hardware rentable y validado experimentalmente en entornos desordenados. Los resultados demostraron una navegación autónoma exitosa del UGV y evitación de obstáculos basándose exclusivamente en los datos ambientales proporcionados por el UAV. El marco propuesto ofrece una solución práctica y económica para habilitar operaciones robustas de UGV en condiciones desafiantes del mundo real, con un potencial significativo para diversas aplicaciones industriales.
Descripción
La navegación autónoma para vehículos no tripulados en entornos complejos y no estructurados sigue siendo un desafío, especialmente en escenarios sin GPS o con alta densidad de obstáculos, lo que limita su implementación práctica en aplicaciones de logística, inspección y respuesta a emergencias. Para superar estas limitaciones, este documento presenta un sistema colaborativo aéreo-terrestre estrechamente integrado que comprende tres componentes clave: (1) un módulo de percepción aérea que emplea un sistema de visión basado en YOLOv8 a bordo del UAV para generar mapas globales de obstáculos en tiempo real; (2) un módulo de comunicación de baja latencia que utiliza middleware FAST DDS para una transmisión de datos aérea-terrestre confiable; y (3) un módulo de navegación terrestre que implementa un algoritmo A* para la planificación óptima de rutas junto con control en bucle cerrado para una ejecución precisa de la trayectoria. El sistema completo fue implementado físicamente utilizando hardware rentable y validado experimentalmente en entornos desordenados. Los resultados demostraron una navegación autónoma exitosa del UGV y evitación de obstáculos basándose exclusivamente en los datos ambientales proporcionados por el UAV. El marco propuesto ofrece una solución práctica y económica para habilitar operaciones robustas de UGV en condiciones desafiantes del mundo real, con un potencial significativo para diversas aplicaciones industriales.