Localización Relativa dentro de un Enjambre de Vehículos Aéreos No Tripulados Cuadricópteros Basada en Visión Monocular Aérea
Autores: Si, Xiaokun; Xu, Guozhen; Ke, Mingxing; Zhang, Haiyan; Tong, Kaixiang; Qi, Feng
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Localización Relativa dentro de un Enjambre de Vehículos Aéreos No Tripulados Cuadricópteros Basada en Visión Monocular Aérea
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Enjambre
UAV
Localización relativa
Detección monocular
Algoritmo
Quadcopter
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
El enjambre es una de las tendencias importantes en el desarrollo de pequeños UAVs de múltiples rotores. El funcionamiento estable de los enjambres de UAV y las operaciones cooperativas aire-tierra dependen de información precisa sobre la posición relativa dentro del enjambre. Las soluciones de localización relativa existentes se basan principalmente en información externa recibida de manera pasiva o en sensores costosos y complejos, que no son aplicables a los escenarios de aplicación de enjambres de UAV de pequeños rotores. Por lo tanto, desarrollamos una solución de localización relativa basada en datos de sensores monoculares aéreos para realizar directamente la localización relativa en tiempo real entre UAVs. Primero, aplicamos el algoritmo de detección de objetivos YOLOv8-pose ligero para realizar la detección en tiempo real de UAVs cuadricópteros y sus motores de rotor. Luego, para mejorar la eficiencia computacional, aprovechamos al máximo las propiedades geométricas de los UAVs para derivar un algoritmo más adaptable para resolver el problema P3P. Con el fin de resolver el problema de múltiples soluciones cuando se detectan menos de cuatro motores, proponemos analíticamente un esquema de determinación de soluciones positivas basado en información de actitud razonable. También introducimos el peso máximo de la confianza en la detección de motores en el cálculo de la posición de localización relativa para mejorar aún más la precisión. Finalmente, realizamos simulaciones y experimentos prácticos en un UAV experimental. Los resultados experimentales verifican la viabilidad del esquema propuesto, en el que el rendimiento del algoritmo central se mejora significativamente en comparación con el algoritmo clásico. Nuestra investigación proporciona soluciones viables para liberar a los enjambres de UAV de la dependencia de información externa, aplicarlos a entornos complejos, mejorar la colaboración autónoma y reducir costos.
Descripción
El enjambre es una de las tendencias importantes en el desarrollo de pequeños UAVs de múltiples rotores. El funcionamiento estable de los enjambres de UAV y las operaciones cooperativas aire-tierra dependen de información precisa sobre la posición relativa dentro del enjambre. Las soluciones de localización relativa existentes se basan principalmente en información externa recibida de manera pasiva o en sensores costosos y complejos, que no son aplicables a los escenarios de aplicación de enjambres de UAV de pequeños rotores. Por lo tanto, desarrollamos una solución de localización relativa basada en datos de sensores monoculares aéreos para realizar directamente la localización relativa en tiempo real entre UAVs. Primero, aplicamos el algoritmo de detección de objetivos YOLOv8-pose ligero para realizar la detección en tiempo real de UAVs cuadricópteros y sus motores de rotor. Luego, para mejorar la eficiencia computacional, aprovechamos al máximo las propiedades geométricas de los UAVs para derivar un algoritmo más adaptable para resolver el problema P3P. Con el fin de resolver el problema de múltiples soluciones cuando se detectan menos de cuatro motores, proponemos analíticamente un esquema de determinación de soluciones positivas basado en información de actitud razonable. También introducimos el peso máximo de la confianza en la detección de motores en el cálculo de la posición de localización relativa para mejorar aún más la precisión. Finalmente, realizamos simulaciones y experimentos prácticos en un UAV experimental. Los resultados experimentales verifican la viabilidad del esquema propuesto, en el que el rendimiento del algoritmo central se mejora significativamente en comparación con el algoritmo clásico. Nuestra investigación proporciona soluciones viables para liberar a los enjambres de UAV de la dependencia de información externa, aplicarlos a entornos complejos, mejorar la colaboración autónoma y reducir costos.