Un enfoque de retroalimentación táctil para la recuperación de trayectoria después de impactos a alta velocidad para drones resistentes a colisiones
Autores: Bredenbeck, Anton; Yang, Teaya; Hamaza, Salua; Mueller, Mark W.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un enfoque de retroalimentación táctil para la recuperación de trayectoria después de impactos a alta velocidad para drones resistentes a colisiones
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Robots aéreo
Resistente a colisiones
Recuperación de trayectoria
Autonomía
Sensores táctiles
Evitación de obstáculos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los robots aéreos son una solución bien establecida para la exploración, el monitoreo y la inspección, gracias a su superior maniobrabilidad y agilidad. Sin embargo, en muchos entornos, corren el riesgo de chocar y sufrir daños tras colisiones. Los métodos tradicionales se centran en evitar obstáculos por completo, pero estos enfoques pueden ser limitantes, particularmente en espacios desordenados o en plataformas con restricciones de peso y computacionales, como los drones. Este artículo presenta un enfoque novedoso para mejorar la robustez y autonomía de los drones mediante el desarrollo de un método de recuperación y ajuste de trayectoria para un robot aéreo resistente a colisiones y de alta velocidad, equipado con sensores táctiles ligeros y distribuidos. El sistema propuesto modela explícitamente las colisiones utilizando velocidades previas a la colisión, tasas y retroalimentación táctil para predecir la dinámica posterior a la colisión, mejorando la precisión de la estimación del estado. Además, introducimos una representación de trayectoria basada en campos vectoriales que garantiza la convergencia a una trayectoria especificada por el usuario, mientras evita naturalmente los obstáculos conocidos. Después de la colisión, las ubicaciones de los puntos de contacto se incorporan al campo vectorial como un potencial repulsivo, lo que permite al dron evitar obstáculos mientras regresa naturalmente a su trayectoria. La efectividad de este método se valida a través de simulaciones de Monte Carlo y se demuestra en un prototipo físico, mostrando un seguimiento exitoso de la trayectoria, recuperación de colisiones y ajuste a velocidades de hasta 3.7 m/s.
Descripción
Los robots aéreos son una solución bien establecida para la exploración, el monitoreo y la inspección, gracias a su superior maniobrabilidad y agilidad. Sin embargo, en muchos entornos, corren el riesgo de chocar y sufrir daños tras colisiones. Los métodos tradicionales se centran en evitar obstáculos por completo, pero estos enfoques pueden ser limitantes, particularmente en espacios desordenados o en plataformas con restricciones de peso y computacionales, como los drones. Este artículo presenta un enfoque novedoso para mejorar la robustez y autonomía de los drones mediante el desarrollo de un método de recuperación y ajuste de trayectoria para un robot aéreo resistente a colisiones y de alta velocidad, equipado con sensores táctiles ligeros y distribuidos. El sistema propuesto modela explícitamente las colisiones utilizando velocidades previas a la colisión, tasas y retroalimentación táctil para predecir la dinámica posterior a la colisión, mejorando la precisión de la estimación del estado. Además, introducimos una representación de trayectoria basada en campos vectoriales que garantiza la convergencia a una trayectoria especificada por el usuario, mientras evita naturalmente los obstáculos conocidos. Después de la colisión, las ubicaciones de los puntos de contacto se incorporan al campo vectorial como un potencial repulsivo, lo que permite al dron evitar obstáculos mientras regresa naturalmente a su trayectoria. La efectividad de este método se valida a través de simulaciones de Monte Carlo y se demuestra en un prototipo físico, mostrando un seguimiento exitoso de la trayectoria, recuperación de colisiones y ajuste a velocidades de hasta 3.7 m/s.