Algoritmos Distribuidos Computacionalmente Eficientes de Navegación de Equipos de UAVs Autónomos para Cobertura 3D y Agrupamiento
Autores: Elmokadem, Taha; Savkin, Andrey V.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Algoritmos Distribuidos Computacionalmente Eficientes de Navegación de Equipos de UAVs Autónomos para Cobertura 3D y Agrupamiento
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Métodos de control propuestos
Cobertura
Problemas de agrupamiento
Entornos 3D
Vehículos aéreos no tripulados
VANTs
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este documento propone métodos de control distribuido novedosos para abordar problemas de cobertura y agrupamiento en entornos tridimensionales (3D) utilizando múltiples vehículos aéreos no tripulados (UAV). Se consideran dos clases de problemas de cobertura en este trabajo, a saber, problemas de barrera y de barrido. Además, el enfoque también se aplica a problemas generales de agrupamiento en 3D para un comportamiento avanzado de enjambre. Las estrategias de control propuestas adoptan un enfoque de control basado en regiones, basado en particiones de Voronoi, para garantizar un despliegue autónomo sin colisiones y un movimiento coordinado de todos los vehículos dentro de una región 3D. Proporciona robustez para el sistema de vehículos múltiples contra fallos de vehículos. También es computacionalmente eficiente para garantizar escalabilidad y maneja la evitación de obstáculos a un nivel superior para evitar conflictos en el control con el objetivo de evitar colisiones entre vehículos. La formulación del problema es bastante general considerando robots móviles navegando en espacios 3D, lo que hace que el enfoque propuesto sea aplicable a diferentes tipos de UAV y vehículos autónomos submarinos (AUV). Sin embargo, también se han mostrado detalles de implementación considerando UAVs tipo quadrotor para una aplicación de ejemplo en agricultura de precisión. La validación de los métodos propuestos se ha realizado utilizando varias simulaciones considerando diferentes plataformas de simulación como MATLAB y Gazebo. Se llevaron a cabo simulaciones de software en el bucle para evaluar el rendimiento computacional en tiempo real de los métodos, mostrando la implementación real con quadrotors utilizando C++ y el marco del Sistema Operativo de Robots (ROS). Se obtuvieron buenos resultados validando el rendimiento de los métodos sugeridos para escenarios de cobertura y agrupamiento en 3D utilizando sistemas de diferentes tamaños de hasta 100 vehículos. También se utilizaron algunos escenarios considerando la evitación de obstáculos y la robustez contra fallos de vehículos.
Descripción
Este documento propone métodos de control distribuido novedosos para abordar problemas de cobertura y agrupamiento en entornos tridimensionales (3D) utilizando múltiples vehículos aéreos no tripulados (UAV). Se consideran dos clases de problemas de cobertura en este trabajo, a saber, problemas de barrera y de barrido. Además, el enfoque también se aplica a problemas generales de agrupamiento en 3D para un comportamiento avanzado de enjambre. Las estrategias de control propuestas adoptan un enfoque de control basado en regiones, basado en particiones de Voronoi, para garantizar un despliegue autónomo sin colisiones y un movimiento coordinado de todos los vehículos dentro de una región 3D. Proporciona robustez para el sistema de vehículos múltiples contra fallos de vehículos. También es computacionalmente eficiente para garantizar escalabilidad y maneja la evitación de obstáculos a un nivel superior para evitar conflictos en el control con el objetivo de evitar colisiones entre vehículos. La formulación del problema es bastante general considerando robots móviles navegando en espacios 3D, lo que hace que el enfoque propuesto sea aplicable a diferentes tipos de UAV y vehículos autónomos submarinos (AUV). Sin embargo, también se han mostrado detalles de implementación considerando UAVs tipo quadrotor para una aplicación de ejemplo en agricultura de precisión. La validación de los métodos propuestos se ha realizado utilizando varias simulaciones considerando diferentes plataformas de simulación como MATLAB y Gazebo. Se llevaron a cabo simulaciones de software en el bucle para evaluar el rendimiento computacional en tiempo real de los métodos, mostrando la implementación real con quadrotors utilizando C++ y el marco del Sistema Operativo de Robots (ROS). Se obtuvieron buenos resultados validando el rendimiento de los métodos sugeridos para escenarios de cobertura y agrupamiento en 3D utilizando sistemas de diferentes tamaños de hasta 100 vehículos. También se utilizaron algunos escenarios considerando la evitación de obstáculos y la robustez contra fallos de vehículos.