Planificación de Trayectorias 3D en Línea Cooperativa para UAVs de Ala Fija
Autores: Nie, Yonggang; Zhang, Xinyue; Li, Chaoyue; Zhang, Dong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2026
Acceso abierto
Artículo científico
2026
Planificación de Trayectorias 3D en Línea Cooperativa para UAVs de Ala Fija
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Cooperativo
Planificación de trayectorias
UAVs
Evitación de obstáculos
Dubins-RRT*
Restricciones
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Abordando dinámicas altas, estrictas restricciones no holonómicas y computación limitada a bordo en la planificación de trayectorias en línea cooperativa para múltiples UAVs de ala fija en entornos complejos de obstáculos en 3D, este documento propone un Cooperative-3D-Quick-Dubins-RRT*. Primero, se ingenia una base de datos de movimientos primitivos fuera de línea para alinearse con la mecánica de RRT*: un modo de expansión no restringido facilita la rápida exploración del espacio, mientras que un modo de reconfiguración restringido asegura la continuidad cinodinámica. Esta arquitectura, sinergizada con cuatro estrategias de aceleración específicas (reducción de dimensionalidad, muestreo elíptico, poda de árboles y verificación de colisiones pre-discretizadas), acelera significativamente la convergencia. En segundo lugar, se diseña un mecanismo de coordinación temporal basado en desvíos de Dubins para mapear las restricciones de tiempo cooperativas en ajustes de longitud de camino controlables, y se analiza el rango de ajuste factible para asegurar su realizabilidad. Finalmente, se llevan a cabo simulaciones y experimentos de hardware en el bucle en una variedad de escenarios representativos para validación. Los resultados muestran que, en comparación con el clásico Dubins-RRT*, el método propuesto logra claras ventajas en tiempo de planificación y longitud de camino, demostrando su idoneidad para la planificación en línea de evitación de obstáculos cooperativa de múltiples UAVs.
Descripción
Abordando dinámicas altas, estrictas restricciones no holonómicas y computación limitada a bordo en la planificación de trayectorias en línea cooperativa para múltiples UAVs de ala fija en entornos complejos de obstáculos en 3D, este documento propone un Cooperative-3D-Quick-Dubins-RRT*. Primero, se ingenia una base de datos de movimientos primitivos fuera de línea para alinearse con la mecánica de RRT*: un modo de expansión no restringido facilita la rápida exploración del espacio, mientras que un modo de reconfiguración restringido asegura la continuidad cinodinámica. Esta arquitectura, sinergizada con cuatro estrategias de aceleración específicas (reducción de dimensionalidad, muestreo elíptico, poda de árboles y verificación de colisiones pre-discretizadas), acelera significativamente la convergencia. En segundo lugar, se diseña un mecanismo de coordinación temporal basado en desvíos de Dubins para mapear las restricciones de tiempo cooperativas en ajustes de longitud de camino controlables, y se analiza el rango de ajuste factible para asegurar su realizabilidad. Finalmente, se llevan a cabo simulaciones y experimentos de hardware en el bucle en una variedad de escenarios representativos para validación. Los resultados muestran que, en comparación con el clásico Dubins-RRT*, el método propuesto logra claras ventajas en tiempo de planificación y longitud de camino, demostrando su idoneidad para la planificación en línea de evitación de obstáculos cooperativa de múltiples UAVs.