Planificación de Trayectorias 3D de UAV Consciente de la Energía y Evitación de Colisiones Usando Control Basado en Optimización y Horizonte Recedente
Autores: Ahmed, Gamil; Sheltami, Tarek
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Planificación de Trayectorias 3D de UAV Consciente de la Energía y Evitación de Colisiones Usando Control Basado en Optimización y Horizonte Recedente
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Planificación de rutas
Eficiente en energía
Programación lineal entera mixta
Evitación de colisiones
Enfoque de optimización
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) han ganado una popularidad significativa en los últimos años gracias a su agilidad, movilidad y rentabilidad. Sin embargo, la navegación de los VANT presenta varios desafíos, particularmente en la planificación de rutas, que requiere determinar una ruta óptima mientras se evitan obstáculos y se cumplen diversas restricciones. Otro desafío crítico es el tiempo de vuelo limitado impuesto por la batería a bordo. Este documento presenta un enfoque novedoso para la planificación de rutas en línea tridimensional y eficiente en energía para formaciones de VANT que operan en entornos complejos. Formulamos el problema de planificación de rutas como un problema de optimización de minimización y empleamos Programación Lineal Entera Mixta (PLEM) para lograr soluciones óptimas. La función de costo está diseñada para minimizar el consumo de energía mientras se consideran las restricciones de evitación de colisiones inter e intra-flota dentro de un rango de detección limitado. Para lograr esto, se aplica un enfoque de optimización que incorpora Control de Horizonte Recedente (CHR). Toda la ruta se divide en segmentos o sub-rutas, con restricciones utilizadas para evitar colisiones con obstáculos y otros miembros de la flota. El enfoque de optimización propuesto permite una navegación rápida a través de entornos densos y asegura una ruta libre de colisiones para todos los VANT. Se propone una estrategia de suavizado de rutas para reducir aún más el consumo de energía causado por giros bruscos. Los resultados demuestran la efectividad y precisión del enfoque propuesto en entornos densos con alto riesgo de colisión. Comparamos nuestro enfoque propuesto con trabajos recientes, y los resultados ilustran que el enfoque propuesto supera a otros en términos de formación de VANT, número de colisiones y tiempo de generación de rutas parciales.
Descripción
Los Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) han ganado una popularidad significativa en los últimos años gracias a su agilidad, movilidad y rentabilidad. Sin embargo, la navegación de los VANT presenta varios desafíos, particularmente en la planificación de rutas, que requiere determinar una ruta óptima mientras se evitan obstáculos y se cumplen diversas restricciones. Otro desafío crítico es el tiempo de vuelo limitado impuesto por la batería a bordo. Este documento presenta un enfoque novedoso para la planificación de rutas en línea tridimensional y eficiente en energía para formaciones de VANT que operan en entornos complejos. Formulamos el problema de planificación de rutas como un problema de optimización de minimización y empleamos Programación Lineal Entera Mixta (PLEM) para lograr soluciones óptimas. La función de costo está diseñada para minimizar el consumo de energía mientras se consideran las restricciones de evitación de colisiones inter e intra-flota dentro de un rango de detección limitado. Para lograr esto, se aplica un enfoque de optimización que incorpora Control de Horizonte Recedente (CHR). Toda la ruta se divide en segmentos o sub-rutas, con restricciones utilizadas para evitar colisiones con obstáculos y otros miembros de la flota. El enfoque de optimización propuesto permite una navegación rápida a través de entornos densos y asegura una ruta libre de colisiones para todos los VANT. Se propone una estrategia de suavizado de rutas para reducir aún más el consumo de energía causado por giros bruscos. Los resultados demuestran la efectividad y precisión del enfoque propuesto en entornos densos con alto riesgo de colisión. Comparamos nuestro enfoque propuesto con trabajos recientes, y los resultados ilustran que el enfoque propuesto supera a otros en términos de formación de VANT, número de colisiones y tiempo de generación de rutas parciales.