Planificación de trayectorias suaves de UAV basada en curvas de Bézier que minimizan la energía compuesta
Autores: Cao, Huanxin; Du, Zhanhe; Hu, Gang; Xu, Yi; Zheng, Lanlan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Planificación de trayectorias suaves de UAV basada en curvas de Bézier que minimizan la energía compuesta
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Suavizado de trayectoria
UAV
Curvas de Bézier que minimizan la energía
Longitud de arco
Suavidad
Curvatura
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 19
Citaciones: Sin citaciones
El suavizado de trayectorias es una parte importante de la planificación de trayectorias de UAV (Vehículos Aéreos No Tripulados), ya que la suavidad de la trayectoria planificada está relacionada con la seguridad de vuelo y la estabilidad de los UAV. En los métodos existentes de planificación de trayectorias suaves de UAV, no se consideran de manera integral las diferentes características de una curva de trayectoria, y las funciones de optimización establecidas en función de la longitud del arco o la curvatura de la curva de trayectoria son complejas, lo que resulta en una baja eficiencia y calidad de suavizado de trayectorias. Para equilibrar la longitud del arco y la suavidad de las trayectorias de UAV, este artículo propone utilizar curvas de Bézier que minimizan la energía basadas en energía compuesta para la planificación suave de trayectorias de UAV. Con el fin de simplificar el cálculo, se utilizan una especie de energía de estiramiento aproximado y energía de flexión para controlar la longitud del arco y la suavidad, respectivamente, de la trayectoria, mediante lo cual la trayectoria óptima se puede obtener directamente resolviendo un sistema lineal. La validación experimental en múltiples escenarios demuestra la efectividad de la metodología y la viabilidad computacional en tiempo real, donde las trayectorias planificadas por este método tienen las características de continuidad de curvatura, buena suavidad y corta longitud de arco. Además, en muchos casos, en comparación con los métodos de suavizado de trayectorias basados únicamente en la optimización de energía de flexión, el método propuesto puede generar trayectorias con una curvatura máxima más pequeña, lo que es más propicio para el vuelo seguro y estable de los UAV. Además, se estudia el diseño de una trayectoria suave libre de colisiones para UAV basada en la curva de Bézier que minimiza la energía por partes. El nuevo método es simple y eficiente, lo que puede ayudar a mejorar la eficiencia de la planificación de trayectorias de UAV y, por lo tanto, mejorar la velocidad de reacción de los UAV y la capacidad de evitar obstáculos.
Descripción
El suavizado de trayectorias es una parte importante de la planificación de trayectorias de UAV (Vehículos Aéreos No Tripulados), ya que la suavidad de la trayectoria planificada está relacionada con la seguridad de vuelo y la estabilidad de los UAV. En los métodos existentes de planificación de trayectorias suaves de UAV, no se consideran de manera integral las diferentes características de una curva de trayectoria, y las funciones de optimización establecidas en función de la longitud del arco o la curvatura de la curva de trayectoria son complejas, lo que resulta en una baja eficiencia y calidad de suavizado de trayectorias. Para equilibrar la longitud del arco y la suavidad de las trayectorias de UAV, este artículo propone utilizar curvas de Bézier que minimizan la energía basadas en energía compuesta para la planificación suave de trayectorias de UAV. Con el fin de simplificar el cálculo, se utilizan una especie de energía de estiramiento aproximado y energía de flexión para controlar la longitud del arco y la suavidad, respectivamente, de la trayectoria, mediante lo cual la trayectoria óptima se puede obtener directamente resolviendo un sistema lineal. La validación experimental en múltiples escenarios demuestra la efectividad de la metodología y la viabilidad computacional en tiempo real, donde las trayectorias planificadas por este método tienen las características de continuidad de curvatura, buena suavidad y corta longitud de arco. Además, en muchos casos, en comparación con los métodos de suavizado de trayectorias basados únicamente en la optimización de energía de flexión, el método propuesto puede generar trayectorias con una curvatura máxima más pequeña, lo que es más propicio para el vuelo seguro y estable de los UAV. Además, se estudia el diseño de una trayectoria suave libre de colisiones para UAV basada en la curva de Bézier que minimiza la energía por partes. El nuevo método es simple y eficiente, lo que puede ayudar a mejorar la eficiencia de la planificación de trayectorias de UAV y, por lo tanto, mejorar la velocidad de reacción de los UAV y la capacidad de evitar obstáculos.