Un marco de percepción y control integrado a bordo para el aterrizaje de UAV quadrotor autónomos en obstáculos sin marcadores
Autores: Kim, Donghyun; Chang, Dong Eui
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Un marco de percepción y control integrado a bordo para el aterrizaje de UAV quadrotor autónomos en obstáculos sin marcadores
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Percha sin marcadores
UAV cuatrirrotor
Experimentos de vuelo al aire libre
Misiones no tripuladas de larga duración
Objetivos delgados en forma de varilla
Aterrizaje autónomo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Este documento presenta un sistema de posado sin marcadores a bordo para un UAV quadrotor, validado en experimentos de vuelo al aire libre, para reducir la energía de flotación durante misiones no tripuladas de larga duración. La investigación existente sobre aterrizaje autónomo se centra predominantemente en superficies planas, entornos cooperativos con marcadores visuales o hardware especializado, lo que limita la escalabilidad a escenarios que requieren detección y posado en objetivos delgados y similares a varillas en entornos exteriores no cooperativos. Este estudio propone un sistema de posado sin marcadores para posarse autónomamente en la barra horizontal de un obstáculo. El sistema emplea una cámara de cardán de un solo eje, LiDAR de altitud y un sensor ToF, integrando percepción, post-procesamiento y control. En el lado de la percepción, aumentamos un modelo de segmentación basado en YOLOv12n con un camino P2 de alta resolución para la detección de objetos pequeños y aplicamos compresión de módulos para la inferencia en tiempo real en dispositivos de borde. La robustez se mejora utilizando conjuntamente el obstáculo completo y la barra horizontal mientras se construyen muestras negativas para suprimir falsos positivos. En el lado del control, un controlador de máquina de estados aprovecha las coordenadas del centroide, la orientación y las mediciones de distancia para lograr un enfoque estable a larga distancia y una alineación precisa a corta distancia. Los experimentos en un sistema basado en Jetson Orin NX demuestran un posado exitoso en todas las seis pruebas de vuelo al aire libre. Los estudios de ablación analizan cuantitativamente la contribución de cada componente a la tasa de éxito de posado y al tiempo de finalización. Esta investigación valida la aplicabilidad práctica de la tecnología de posado a través del posado al aire libre sin marcadores en estructuras 3D delgadas.
Descripción
Este documento presenta un sistema de posado sin marcadores a bordo para un UAV quadrotor, validado en experimentos de vuelo al aire libre, para reducir la energía de flotación durante misiones no tripuladas de larga duración. La investigación existente sobre aterrizaje autónomo se centra predominantemente en superficies planas, entornos cooperativos con marcadores visuales o hardware especializado, lo que limita la escalabilidad a escenarios que requieren detección y posado en objetivos delgados y similares a varillas en entornos exteriores no cooperativos. Este estudio propone un sistema de posado sin marcadores para posarse autónomamente en la barra horizontal de un obstáculo. El sistema emplea una cámara de cardán de un solo eje, LiDAR de altitud y un sensor ToF, integrando percepción, post-procesamiento y control. En el lado de la percepción, aumentamos un modelo de segmentación basado en YOLOv12n con un camino P2 de alta resolución para la detección de objetos pequeños y aplicamos compresión de módulos para la inferencia en tiempo real en dispositivos de borde. La robustez se mejora utilizando conjuntamente el obstáculo completo y la barra horizontal mientras se construyen muestras negativas para suprimir falsos positivos. En el lado del control, un controlador de máquina de estados aprovecha las coordenadas del centroide, la orientación y las mediciones de distancia para lograr un enfoque estable a larga distancia y una alineación precisa a corta distancia. Los experimentos en un sistema basado en Jetson Orin NX demuestran un posado exitoso en todas las seis pruebas de vuelo al aire libre. Los estudios de ablación analizan cuantitativamente la contribución de cada componente a la tasa de éxito de posado y al tiempo de finalización. Esta investigación valida la aplicabilidad práctica de la tecnología de posado a través del posado al aire libre sin marcadores en estructuras 3D delgadas.