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CE-Bi-RRT*: RRT* Bidireccional Mejorado con Estrategia de Expansión Cooperativa para Navegación Autónoma de Drones

Autores: Gao, Guangjun; Lu, Jijian; Guan, Weiyuan

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

CE-Bi-RRT*: RRT* Bidireccional Mejorado con Estrategia de Expansión Cooperativa para Navegación Autónoma de Drones


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Planificación de rutas
Vehículos aéreos no tripulados
VANT
Algoritmo BI-RRT*
Estrategia de expansión cooperativa
Algoritmo CE-BI-RRT*

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La planificación de rutas es una capacidad crítica para los vehículos aéreos no tripulados (UAV) que operan en entornos 2D complejos, como campos agrícolas o instalaciones interiores, escenarios donde la altitud de vuelo a menudo está restringida y las trayectorias seguras y suaves son esenciales. Aunque el algoritmo Bidirectional RRT* (BI-RRT*) basado en muestreo ofrece optimalidad asintótica y una eficiencia computacional mejorada, frecuentemente genera rutas que carecen de la continuidad de curvatura, el despeje de obstáculos y los ángulos de giro bajos requeridos para un vuelo estable de drones. Para abordar estas limitaciones, este documento propone un algoritmo de árbol aleatorio de exploración rápida bidireccional basado en una estrategia de expansión cooperativa (CE-BI-RRT*) diseñado específicamente para la planificación de rutas de UAV en entornos 2D desordenados. En términos de expansión, para diferentes entornos, el algoritmo prueba sucesivamente la estrategia de expansión directa, la estrategia de desviación inteligente y el método mejorado de campo potencial artificial, ya que estas estrategias pueden guiar rápidamente los dos árboles hacia el objetivo mientras evitan obstáculos. En términos de ChooseParent y Rewire, se consideran de manera integral la longitud de la ruta, la suavidad de la ruta y la distancia de seguridad en la función de costo de la ruta, y se aplica una estrategia de rotación para alejar la ruta de los obstáculos después de la reconfiguración, con el fin de realizar la optimización gradual de la ruta. La ruta final se refina aún más utilizando una técnica de optimización de curvas de Bezier cúbicas para garantizar transiciones suaves y curvatura continua. Los resultados de la evaluación confirman su rendimiento de búsqueda cuando se compara con algoritmos de planificación de movimiento aleatorio de uso común.

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