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Enjambre Inteligente: Concepto, Diseño y Validación de UAVs Autoorganizados Basados en el Paradigma de Líderes-Seguidores para la Planificación de Misiones Autónomas

Autores: Adoni, Wilfried Yves Hamilton; Fareedh, Junaidh Shaik; Lorenz, Sandra; Gloaguen, Richard; Madriz, Yuleika; Singh, Aastha; Kühne, Thomas D.

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Enjambre Inteligente: Concepto, Diseño y Validación de UAVs Autoorganizados Basados en el Paradigma de Líderes-Seguidores para la Planificación de Misiones Autónomas


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Drones
Operaciones en enjambre
Enjambre autónomo
UAVs
Sistema multi-UAV
Enjambre autoorganizado

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Los Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT), comúnmente conocidos como drones, son omnipresentes y han crecido en popularidad debido a su amplio potencial de uso en muchos sectores civiles. Equipados con sensores sofisticados y dispositivos de comunicación, los drones pueden formar potencialmente un sistema de múltiples VANT, también llamado enjambre autónomo, en el que los VANT trabajan juntos con poco o ningún control del operador. Según la complejidad de la misión y el área de cobertura, las operaciones de enjambre requieren consideraciones importantes sobre la inteligencia y la autoorganización de los VANT. Factores como los tipos de drones, el protocolo y la arquitectura de comunicación, la planificación de tareas, el control por consenso y muchas otras consideraciones de movilidad del enjambre deben ser investigados. Aunque varios documentos destacan los casos de uso para enjambres de VANT, hay una falta de investigación que aborde en profundidad los desafíos que plantea el despliegue de un enjambre de VANT inteligente. En este contexto, proponemos un marco computacional de un enjambre autoorganizado para misiones autónomas y colaborativas. El enfoque propuesto se basa en el paradigma de Líderes-Seguidores, que implica la distribución de nodos ROS entre los VANT seguidores, mientras que los líderes realizan la supervisión. Además, hemos integrado servicios de fondo que gestionan de manera autónoma las complejidades relacionadas con la coordinación de tareas, la política de control y la gestión de fallos. En comparación con varios esfuerzos de investigación, el sistema de múltiples VANT propuesto es más autónomo y resiliente, ya que puede recuperarse rápidamente de fallos del sistema. También es confiable y se ha desplegado en VANT reales para misiones de encuesta al aire libre. Esto valida la aplicabilidad de los fundamentos teóricos del concepto de enjambre propuesto. Las pruebas experimentales realizadas como parte de una misión de cobertura de área con 6 cuadricópteros (2 líderes y 4 seguidores) revelan que el concepto de enjambre propuesto es muy prometedor e inspirador para la tecnología de vehículos aéreos. En comparación con el enfoque de planificación convencional, los resultados son altamente satisfactorios, destacando una ganancia significativa en términos de tiempo de vuelo y permitiendo que las misiones se logren rápidamente mientras se optimiza el consumo de energía. Esto brinda la ventaja de explorar grandes áreas sin tener que hacer paradas frecuentes para recargar y/o cargar las baterías. Este manuscrito tiene el potencial de ser extremadamente útil para futuras investigaciones sobre la aplicación de enjambres no tripulados para misiones autónomas.

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