Planificación de trayectorias 3D suaves mediante optimización multiobjetivo para UAVs de ala fija
Autores: Samaniego, Franklin; Sanchis, Javier; Garcia-Nieto, Sergio; Simarro, Raul
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Planificación de trayectorias 3D suaves mediante optimización multiobjetivo para UAVs de ala fija
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Demanda
Planificación 3d
Algoritmos de orientación
Aplicaciones basadas en vehículos no tripulados
Planificación de trayectoria
Espacio 3d
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 33
Citaciones: Sin citaciones
La demanda de algoritmos de planificación y orientación en 3D está aumentando debido, en parte, al incremento en las aplicaciones basadas en vehículos no tripulados. Tradicionalmente, los algoritmos de planificación de trayectorias en dos dimensiones (2D) abordan el problema mediante el enfoque de mantener una altitud constante. Abordar el problema de la planificación de rutas en un espacio tridimensional (3D) implica escenarios más complejos donde mantener la altitud no es un enfoque válido. El trabajo presentado aquí implementa una arquitectura para la generación de rutas de vuelo en 3D para vehículos aéreos no tripulados de ala fija (UAV). El objetivo es determinar la ruta de vuelo factible minimizando el esfuerzo de giro, comenzando desde un conjunto de puntos de control en el espacio 3D, incluyendo el punto inicial y final. La trayectoria generada tiene en cuenta las restricciones de rotación y elevación del UAV. A partir de los puntos de control definidos y las restricciones de movimiento del UAV, se genera una ruta que combina la unión de los puntos de control mediante un conjunto de segmentos rectilíneos y curvas esféricas. Sin embargo, esta metodología de diseño implica que el problema no tiene una única solución; es decir, existen infinitas soluciones para la generación de la ruta final. Por esta razón, se propone un problema de optimización multiobjetivo (MOP) con el objetivo de maximizar de forma independiente cada uno de los radios de giro de la ruta. Finalmente, para producir una visualización completa de los resultados del MOP y la trayectoria 3D final, la arquitectura se implementó en una simulación con Matlab/Simulink/flightGear.
Descripción
La demanda de algoritmos de planificación y orientación en 3D está aumentando debido, en parte, al incremento en las aplicaciones basadas en vehículos no tripulados. Tradicionalmente, los algoritmos de planificación de trayectorias en dos dimensiones (2D) abordan el problema mediante el enfoque de mantener una altitud constante. Abordar el problema de la planificación de rutas en un espacio tridimensional (3D) implica escenarios más complejos donde mantener la altitud no es un enfoque válido. El trabajo presentado aquí implementa una arquitectura para la generación de rutas de vuelo en 3D para vehículos aéreos no tripulados de ala fija (UAV). El objetivo es determinar la ruta de vuelo factible minimizando el esfuerzo de giro, comenzando desde un conjunto de puntos de control en el espacio 3D, incluyendo el punto inicial y final. La trayectoria generada tiene en cuenta las restricciones de rotación y elevación del UAV. A partir de los puntos de control definidos y las restricciones de movimiento del UAV, se genera una ruta que combina la unión de los puntos de control mediante un conjunto de segmentos rectilíneos y curvas esféricas. Sin embargo, esta metodología de diseño implica que el problema no tiene una única solución; es decir, existen infinitas soluciones para la generación de la ruta final. Por esta razón, se propone un problema de optimización multiobjetivo (MOP) con el objetivo de maximizar de forma independiente cada uno de los radios de giro de la ruta. Finalmente, para producir una visualización completa de los resultados del MOP y la trayectoria 3D final, la arquitectura se implementó en una simulación con Matlab/Simulink/flightGear.