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Planificación de Trayectorias Basada en Primitivas de Movimiento Eficientes para UAVs en Presencia de Obstáculos

Autores: Manzoni, Marta; Rubinacci, Roberto; Invernizzi, Davide

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Planificación de Trayectorias Basada en Primitivas de Movimiento Eficientes para UAVs en Presencia de Obstáculos


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Autonomía
Planificación de movimientos
Trayectorias libres de colisiones
Cinodinámica
Obstáculos
Primitivas de movimiento

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El logro de una autonomía completa en Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) depende significativamente de una planificación de movimiento efectiva. Es crucial planificar trayectorias libres de colisiones para transiciones suaves de configuraciones iniciales a finales. Sin embargo, encontrar una solución ejecutable por el sistema real añade complejidad: el movimiento planificado debe ser dinámicamente factible. Esto implica cumplir con criterios rigurosos, incluyendo la dinámica del vehículo, restricciones de entrada y restricciones de estado. Este trabajo aborda la planificación de movimiento cinodinámico óptimo para VANT en presencia de obstáculos mediante una técnica híbrida en lugar de enfoques convencionales basados en búsqueda o optimización directa de trayectorias. Esta técnica implica precomputar una biblioteca de primitivas de movimiento resolviendo varios Problemas de Valor en la Frontera de Dos Puntos (TPBVP) fuera de línea. Esta biblioteca se utiliza repetidamente en línea dentro de un marco de búsqueda en grafos. Además, para hacer que el método sea computacionalmente manejable, se impone continuidad entre primitivas de movimiento consecutivas solo en un subconjunto de las variables de estado. Este enfoque se compara con un enfoque basado en búsqueda adaptado a cuadricópteros de última generación, que genera primitivas de movimiento en línea a través de la discretización de la entrada de control y la propagación hacia adelante de las ecuaciones dinámicas de un modelo simplificado. La efectividad de ambos métodos se evalúa a través de simulaciones y experimentos en el mundo real, demostrando su capacidad para generar trayectorias completas en resolución, óptimas en resolución, libres de colisiones y dinámicamente factibles. Finalmente, un análisis comparativo destaca las ventajas, desventajas y escenarios de uso óptimo para cada enfoque.

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