Coordinación de UAV-UGV con restricciones de energía para el descubrimiento de tareas en línea en entornos conocidos con obstáculos
Autores: Yan, Jiahao; Wang, Zheng; Liu, Shuoxin; Liu, Huizi; Zhang, Chaojie; Wang, Binhao; Sun, Fengrong; Shen, Zhuoqun; Liu, Qian; Xu, Jingjing
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Coordinación de UAV-UGV con restricciones de energía para el descubrimiento de tareas en línea en entornos conocidos con obstáculos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Persistente
Patrulla
Descubrimiento de tareas en línea
Vehículo aéreo no tripulado (VANT)
Vehículo terrestre no tripulado (VANT)
Marco de coordinación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En la patrulla persistente y el descubrimiento de tareas en línea en entornos con obstáculos, los enjambres de vehículos aéreos no tripulados (UAV) están limitados por la capacidad de batería y la recarga frecuente interrumpe la continuidad de la patrulla. En comparación, las flotas de vehículos terrestres no tripulados (UGV) tienen mayor resistencia y capacidad de carga y pueden servir como plataformas de carga móviles mientras ejecutan tareas de servicio en tierra. En tales escenarios de colaboración, los UAV patrullan a lo largo de un camino de cobertura y descubren tareas en línea, mientras que los UGV ejecutan las tareas terrestres descubiertas y proporcionan soporte de carga móvil. Para hacer frente a la incertidumbre de encuentro debido a desvíos inducidos por obstáculos y el uso ineficiente del tiempo de los UGV durante la carga, este estudio propone un marco de coordinación UAV-UGV con restricciones de energía basado en encuentros anticipatorios adaptativos y programación de ventanas de tiempo. En particular, el módulo de encuentro anticipatorio adaptativo maneja la planificación de encuentros anticipatorios, mientras que el módulo de programación de ventanas de tiempo modela la etapa de carga posterior al encuentro como una ventana de tiempo programable para la inserción oportuna de tareas terrestres. Las simulaciones demuestran que el marco propuesto reduce consistentemente el consumo de energía del sistema, el tiempo de finalización y el número de aterrizajes de emergencia en comparación con tres líneas base representativas. Además, se desarrolla un prototipo UAV-UGV con aterrizaje visual basado en AprilTag y corrección mecánica posterior al aterrizaje para validar la viabilidad de ingeniería del proceso clave de bucle cerrado.
Descripción
En la patrulla persistente y el descubrimiento de tareas en línea en entornos con obstáculos, los enjambres de vehículos aéreos no tripulados (UAV) están limitados por la capacidad de batería y la recarga frecuente interrumpe la continuidad de la patrulla. En comparación, las flotas de vehículos terrestres no tripulados (UGV) tienen mayor resistencia y capacidad de carga y pueden servir como plataformas de carga móviles mientras ejecutan tareas de servicio en tierra. En tales escenarios de colaboración, los UAV patrullan a lo largo de un camino de cobertura y descubren tareas en línea, mientras que los UGV ejecutan las tareas terrestres descubiertas y proporcionan soporte de carga móvil. Para hacer frente a la incertidumbre de encuentro debido a desvíos inducidos por obstáculos y el uso ineficiente del tiempo de los UGV durante la carga, este estudio propone un marco de coordinación UAV-UGV con restricciones de energía basado en encuentros anticipatorios adaptativos y programación de ventanas de tiempo. En particular, el módulo de encuentro anticipatorio adaptativo maneja la planificación de encuentros anticipatorios, mientras que el módulo de programación de ventanas de tiempo modela la etapa de carga posterior al encuentro como una ventana de tiempo programable para la inserción oportuna de tareas terrestres. Las simulaciones demuestran que el marco propuesto reduce consistentemente el consumo de energía del sistema, el tiempo de finalización y el número de aterrizajes de emergencia en comparación con tres líneas base representativas. Además, se desarrolla un prototipo UAV-UGV con aterrizaje visual basado en AprilTag y corrección mecánica posterior al aterrizaje para validar la viabilidad de ingeniería del proceso clave de bucle cerrado.