Dubins path-oriented Rapidly Exploring Random Tree* para la planificación de trayectorias tridimensionales de vehículos aéreos no tripulados
Autores: Yang, Youyoung; Leeghim, Henzeh; Kim, Donghoon
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Dubins path-oriented Rapidly Exploring Random Tree* para la planificación de trayectorias tridimensionales de vehículos aéreos no tripulados
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Generación de trayectorias
Algoritmo RRT
Trayectoria Dubins
Optimalidad
Análisis de rendimiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
Los vehículos aéreos no tripulados (UAVs) no chocan con obstáculos, generan una ruta en tiempo real y deben volar hacia el punto objetivo. El algoritmo de árbol aleatorio de exploración rápida basado en muestras (RRT) tiene las ventajas de una rápida computación y baja complejidad computacional. Es adecuado para la generación de rutas en tiempo real, pero no se puede garantizar la ruta óptima. Además, la dirección del vuelo y el radio mínimo de rotación no se han tenido en cuenta para las características de los UAVs. Este trabajo propone un algoritmo RRT* orientado a la ruta de Dubins, que aplica la ruta de Dubins al algoritmo RRT para considerar la dirección de vuelo y el radio mínimo de rotación y mejorar la optimalidad y convergencia. El algoritmo propuesto establece el nodo de muestra como punto objetivo, se orienta hacia la ruta de Dubins y luego genera un árbol. Para verificar el rendimiento del algoritmo propuesto, se compara con algoritmos RRT existentes. Como resultado del análisis de rendimiento, el algoritmo propuesto mejoró la longitud de la ruta en un 14,87% y el tiempo de cálculo en un 82,36%. Finalmente, el rendimiento del algoritmo se verifica aplicando el algoritmo propuesto a un UAV de ala fija y realizando un análisis numérico de la ruta generada.
Descripción
Los vehículos aéreos no tripulados (UAVs) no chocan con obstáculos, generan una ruta en tiempo real y deben volar hacia el punto objetivo. El algoritmo de árbol aleatorio de exploración rápida basado en muestras (RRT) tiene las ventajas de una rápida computación y baja complejidad computacional. Es adecuado para la generación de rutas en tiempo real, pero no se puede garantizar la ruta óptima. Además, la dirección del vuelo y el radio mínimo de rotación no se han tenido en cuenta para las características de los UAVs. Este trabajo propone un algoritmo RRT* orientado a la ruta de Dubins, que aplica la ruta de Dubins al algoritmo RRT para considerar la dirección de vuelo y el radio mínimo de rotación y mejorar la optimalidad y convergencia. El algoritmo propuesto establece el nodo de muestra como punto objetivo, se orienta hacia la ruta de Dubins y luego genera un árbol. Para verificar el rendimiento del algoritmo propuesto, se compara con algoritmos RRT existentes. Como resultado del análisis de rendimiento, el algoritmo propuesto mejoró la longitud de la ruta en un 14,87% y el tiempo de cálculo en un 82,36%. Finalmente, el rendimiento del algoritmo se verifica aplicando el algoritmo propuesto a un UAV de ala fija y realizando un análisis numérico de la ruta generada.