ДИНАМІЧНЕ ПЛАНУВАННЯ ТРАЄКТОРІЙ РУХУ БЕЗПІЛОТНИХ АПАРАТІВ В ПРОЦЕСІ ВИКОНАННЯ СКЛАДНИХ ОПЕРАЦІЙ

Володимир Шерстюк, Ігор Сокол, Віктор Гусєв, Руслан Левківський

Анотація


В статті розглянуто особливості керування спільним рухом великої групи безпілотних апаратів, що рухаються у тривимірному просторі взаємодії в межах різних середовищ при виконанні складних операцій з невизначеними
та динамічними цілями. Запропоновано підхід до динамічного планування траєкторій руху безпілотних апаратів, заснований на інтуїтивно-евристичних методах. Побудовано модель гетерогенного ансамблю безпілотних апаратів та модель складної операції, що заснована на виконанні групою автономних безпілотних апаратів спільних місій, які відповідають певним ролям, що обираються на підставі відповідності технічних та функціональних характеристик безпілотних апаратів, та для виконання яких розробляються прототипи планів, що містять сценарії, складовими яких є траєкторії руху,
визначені у дискретній багатовимірній моделі простору взаємодії. Новизна запропонованого підходу полягає у розв’язанні задачі динамічного планування множини маршрутів спільного руху групи безпілотних апаратів, організованих у гетерогенні ансамблі, що дозволяє безпілотним апаратам замінюючи, додаючи або видаляючи визначені послідовності дій у сценаріях та синхронізуючи їх у часі й просторі, маневрувати, уникаючи зіткнень і перешкод, та зберігаючи при цьому задану структурну та геометричну конфігурацію. Практична значимість запропонованого підходу полягає в тому, що його обчислювальна складність слабко залежить від числа об’єктів, які одночасно рухаються, що забезпечує продуктивність, достатню для роботи у реальному часі у складі бортової системи управління безпілотним апаратом.


Ключові слова


траєкторія руху; місія; сценарій; план; динамічне планування; безпілотний апарат; складна операція; гетерогенний ансамбль

Повний текст:

PDF

Посилання


Sherstjuk, V., Zharikova, M., & Sokol, I. (2018). Forest Fire-Fighting Monitoring System Based on UAV team and Remote Sensing. In Proceedings of 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology (pp. 99–106). https://doi.org/10.1109/ELNANO.2018.8477527

Sherstjuk, V. (2015). Scenario-Case Coordinated Control of Heterogeneous Ensembles of Unmanned Aerial Vehicles. In Proceedings of the 2015 IEEE 3rd International Conference on Actual Problems of Unmanned Aerial Vehicles Developments (pp.275–279). https://doi.org/10.1109/APUAVD.2015.7346620

Sargolzaei, A., Abbaspour, A., Crane, C.D. (2020). Control of Cooperative Unmanned Aerial Vehicles: Review of Applications, Challenges, and

Algorithms. In: Amini M. (eds) Optimization, Learning, and Control for Interdependent Complex Networks. Advances in Intelligent Systems and

Computing, 1123, 229–255. https://doi.org/10.1007/978-3-030-34094-0_10

Seif, R., Oskoei, M.A. (2015). Mobile Robot Path Planning by RRT* in Dynamic Environments. International Journal of Intelligent Systems and

Applications, 7(5), 24–30 https://doi.org/10.5815/ijisa.2015.05.04

Patle, B.K., Babu L, G., Pandey, A., Parhi, D.R.K., Jagadeesh, A.: A review: On path planning strategies for navigation of mobile robot. Defence Technology, 2019, 15(4), 582–606. https://doi.org/10.1016/j.dt.2019.04.011

González, D., Pérez, J., Milanés, V., Nashashibi, F.: A Review of Motion Planning Techniques for Automated Vehicles. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2016, 17(4), 1135–1145. https://doi.org/10.1109/TITS.2015.2498841

Kang, S., Choi, H., Kim, Y.: Formation flight and collision avoidance for multiple UAVs using concept of elastic weighting factor. International

Journal of Aeronautical and Space Sciences, 2013, 14, 75–84. https://doi.org/10.5139/IJASS.2013.14.1.75

Cruz, G.C.S., & Encarnação, P.M.M. (2012). Obstacle Avoidance for Unmanned Aerial Vehicles. Journal of Intelligent Robotic Systems, 65(1-4), 203–217. https://doi.org/10.1007/s10846-011-9587-z

Lapierre, L., Zapata, R., & Lepinay, P. (2007). Combined Path-following and Obstacle Avoidance Control of a Wheeled Robot. International Journal

of Robotics Research, 26(4), 361–375. https://doi.org/10.1177/0278364907076790

Carvalhosa, S., Pedro Aguiar, A., & Pascoal, A. (2010). Cooperative Motion Control of Multiple Autonomous Marine Vehicles: Collision Avoidance in Dynamic Environments. IFAC Proceedings Volumes, 43(16), 395–400. https://doi.org/10.3182/20100906-3-IT-2019.00069

Ge, S.S., Lai, X.-C., & Al Mamun, A. (2007). Sensor-based path planning for nonholonomic mobile robots subject to dynamic constraints. Robotics

and Autonomous Systems, 55(7), 513–526. https://doi.org/10.1016/j.robot.2007.02.003

Skowron, M., Chmielowiec, W., Glowacka, K., Krupa, M., & Srebro, A. (2019). Sense and avoid for small unmanned aircraft systems: Research on methods and best practices. Journal of Aerospace engineering, 233(16), 6044–6062. https://doi.org/10.1177/0954410019867802

Orefice, M., Di Vito, V., & Torrano, G. (2015). Sense and Avoid: Systems and Methods. In Encyclopedia of Aerospace Engineering, J. Wiley & Sons.

https://doi.org/10.1002/9780470686652.eae1149

Tsourveloudis, N.C., Doitsidis, L., & Valavanis, K.P. (2005). Autonomous Navigation of Unmanned Vehicles: A Fuzzy Logic Perspective. In Cutting

Edge Robotics, IntechOpen. https://doi.org/10.5772/4654

Lyu, Y., Pan, Q., Zhao, C., Yu, C., & Hu, J. (2016). A UAV Sense and Avoid System Design Method Based on Software Simulation. In Proceedings of 2016 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (pp. 572–579). https://doi.org/10.1109/ICUAS.2016.7502673

Häusler, A.J., Saccon, A., Pedro Aguiar, A., Hauser, J., & Pascoal, A. (2012). Cooperative Motion Planning for Multiple Autonomous Marine Vehicles. IFAC Proceedings Volumes, 45(27), 244–249. https://doi.org/10.3182/20120919-3-IT-2046.00042

Polvara, R., Sharma, S., Wan, J., Manning, A., & Sutton, R. (2018). Obstacle Avoidance Approaches for Autonomous Navigation of Unmanned

Surface Vehicles. Journal of Navigation, 71(1), 241–256. https://doi.org/10.1017/S0373463317000753

Hoy, M., Matveev, A., & Savkin, A. (2015). Algorithms for Collision-Free Navigation of Mobile Robots in Complex Cluttered Environments: A Survey. Robotica, 33(3), 463–497. https://doi.org/10.1017/S0263574714000289




DOI: https://doi.org/10.35546/2313-0687.2020.27.7-22

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.