Evitación de obstáculos de vehículos aéreos no tripulados basada en un dominio elíptico personalizado
Autores: Liao, Yong; Wu, Yuxin; Zhao, Shichang; Zhang, Dan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Evitación de obstáculos de vehículos aéreos no tripulados basada en un dominio elíptico personalizado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Obstáculos de velocidad
UAVs
Evitación de obstáculos
Dominio elíptico
Demandas computacionales
Algoritmo de aproximación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El método de obstáculos de velocidad (VO) se emplea ampliamente en la investigación de evasión de obstáculos en tiempo real para UAVs debido a su concisa base matemática y sus rápidas capacidades de planificación dinámica. Tradicionalmente, VO asume un dominio de protección circular con un radio fijo, lo que lleva a problemas como el excesivo conservadurismo de las áreas de evasión de obstáculos, caminos de desvío más largos y ángulos de evasión innecesarios. Para superar estos desafíos, este artículo primero revisa los fundamentos y defectos preexistentes de la metodología VO. A continuación, exploramos un escenario que involucra UAVs en conflictos frontales e introducimos un método de obstáculo de velocidad elíptico adaptado al estado de vuelo actual del UAV. Este método conecta el tamaño del dominio de protección directamente con el estado de vuelo del UAV, pasando del dominio circular convencional a un dominio elíptico más eficiente. Además, para gestionar las demandas computacionales de las sumas de Minkowski y los conos de obstáculos de velocidad, se introduce un algoritmo de aproximación para discretizar los puntos de frontera elípticos. Se desarrolla una estrategia para mitigar la oscilación unilateral de velocidad. Simulaciones de validación comparativa en MATLAB R2022a confirman que, basándose en los resultados experimentales de los primeros 10 s, el ángulo ápex del cono de obstáculos de velocidad para el dominio elíptico se reduce, en promedio, en 0.1733 radianes en comparación con el dominio circular por intervalo de tiempo de simulación, ahorrando un área de espacio aéreo de 13,292 metros cuadrados y reduciendo la distancia de desvío en 14.92 m a lo largo del proceso de evasión de obstáculos, facilitando la navegación en situaciones concurridas y mejorando la utilización del espacio aéreo.
Descripción
El método de obstáculos de velocidad (VO) se emplea ampliamente en la investigación de evasión de obstáculos en tiempo real para UAVs debido a su concisa base matemática y sus rápidas capacidades de planificación dinámica. Tradicionalmente, VO asume un dominio de protección circular con un radio fijo, lo que lleva a problemas como el excesivo conservadurismo de las áreas de evasión de obstáculos, caminos de desvío más largos y ángulos de evasión innecesarios. Para superar estos desafíos, este artículo primero revisa los fundamentos y defectos preexistentes de la metodología VO. A continuación, exploramos un escenario que involucra UAVs en conflictos frontales e introducimos un método de obstáculo de velocidad elíptico adaptado al estado de vuelo actual del UAV. Este método conecta el tamaño del dominio de protección directamente con el estado de vuelo del UAV, pasando del dominio circular convencional a un dominio elíptico más eficiente. Además, para gestionar las demandas computacionales de las sumas de Minkowski y los conos de obstáculos de velocidad, se introduce un algoritmo de aproximación para discretizar los puntos de frontera elípticos. Se desarrolla una estrategia para mitigar la oscilación unilateral de velocidad. Simulaciones de validación comparativa en MATLAB R2022a confirman que, basándose en los resultados experimentales de los primeros 10 s, el ángulo ápex del cono de obstáculos de velocidad para el dominio elíptico se reduce, en promedio, en 0.1733 radianes en comparación con el dominio circular por intervalo de tiempo de simulación, ahorrando un área de espacio aéreo de 13,292 metros cuadrados y reduciendo la distancia de desvío en 14.92 m a lo largo del proceso de evasión de obstáculos, facilitando la navegación en situaciones concurridas y mejorando la utilización del espacio aéreo.