Diseño de un Sistema de Recuperación Aérea Autónomo: Una Plataforma de UAV de Ala Fija-Cuadricóptero Utilizando Control Basado en Visión y NMPC Mejorado
Autores: Zheng, Tianji; Richardson, Tom S.; Meier, Kilian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Diseño de un Sistema de Recuperación Aérea Autónomo: Una Plataforma de UAV de Ala Fija-Cuadricóptero Utilizando Control Basado en Visión y NMPC Mejorado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Acoplamiento aéreo
Vehículos aéreos no tripulados
Recuperación en el aire
Enfoque controlado
Control Predictivo No Lineal
Mecanismo de acoplamiento en forma de V
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El acoplamiento aéreo es una capacidad crucial para extender la autonomía y funcionalidad de los vehículos aéreos no tripulados (VANT), sin embargo, los mecanismos de acoplamiento prácticos y robustos siguen estando poco desarrollados. La recuperación en el aire también permite una cooperación flexible entre múltiples VANT en diversos escenarios de misión. Para abordar el desafío central de lograr un encuentro aéreo fiable y preciso, este documento propone un enfoque basado en el control respaldado por un diseño mecánico complementario. Se desarrolla un marco de Control Predictivo No Lineal (NMPC) para el VANT seguidor, incorporando una estrategia de penalización de velocidad para garantizar el seguimiento suave y preciso del VANT líder basado en la guía GNSS durante la fase de encuentro. En la etapa de acoplamiento terminal, la precisión de alineación se mejora aún más a través de la estimación de pose basada en visión utilizando un arreglo de marcadores ArUco montado en el VANT líder. Basándose en estos componentes algorítmicos, se introduce un mecanismo de acoplamiento activo en forma de V mejorado para compensar el ángulo de cabeceo del VANT seguidor durante el compromiso, proporcionando robustez contra errores de alineación residuales. La viabilidad y el rendimiento del sistema propuesto se validan a través de experimentos de acoplamiento estático en tierra del módulo mecánico y simulaciones dinámicas de AirSim que evalúan el controlador de acoplamiento autónomo.
Descripción
El acoplamiento aéreo es una capacidad crucial para extender la autonomía y funcionalidad de los vehículos aéreos no tripulados (VANT), sin embargo, los mecanismos de acoplamiento prácticos y robustos siguen estando poco desarrollados. La recuperación en el aire también permite una cooperación flexible entre múltiples VANT en diversos escenarios de misión. Para abordar el desafío central de lograr un encuentro aéreo fiable y preciso, este documento propone un enfoque basado en el control respaldado por un diseño mecánico complementario. Se desarrolla un marco de Control Predictivo No Lineal (NMPC) para el VANT seguidor, incorporando una estrategia de penalización de velocidad para garantizar el seguimiento suave y preciso del VANT líder basado en la guía GNSS durante la fase de encuentro. En la etapa de acoplamiento terminal, la precisión de alineación se mejora aún más a través de la estimación de pose basada en visión utilizando un arreglo de marcadores ArUco montado en el VANT líder. Basándose en estos componentes algorítmicos, se introduce un mecanismo de acoplamiento activo en forma de V mejorado para compensar el ángulo de cabeceo del VANT seguidor durante el compromiso, proporcionando robustez contra errores de alineación residuales. La viabilidad y el rendimiento del sistema propuesto se validan a través de experimentos de acoplamiento estático en tierra del módulo mecánico y simulaciones dinámicas de AirSim que evalúan el controlador de acoplamiento autónomo.