固定翼UAVの動的環境における人工ポテンシャルフィールドに基づく衝突回避アルゴリズムの再定式化

Conceptos Básicos

固定翼UAVの動的環境における衝突回避のために、人工ポテンシャルフィールドアルゴリズムの反発力の定義を改善し、より実行可能で安全な航行を可能にする。

Resumen

本論文は、固定翼UAVの動的環境における衝突回避のための新しい人工ポテンシャルフィールドアルゴリズムを提案している。

主な内容は以下の通り:

1. 問題設定:

• 固定翼UAVは急減速が困難なため、一定の速度を維持しながら2次元環境で障害物回避と軌道追従を行う。
• 障害物の周りに楕円形の等ポテンシャル線を持つポテンシャルフィールドを構築し、UAVの相対速度ベクトルに平行になるように配置する。これにより、障害物から遠い位置から小さな操縦で回避できるようになる。

2. アルゴリズムの定式化:

• 引力ポテンシャルは単純な2次関数で定義する。
• 反発ポテンシャルは3次元のコーシー分布に基づき、楕円形の等ポテンシャル線を持つ。
• 反発力の振幅と楕円の長軸長は、障害物との相対角度に応じて動的に変化させる。これにより、正面衝突時に最大の反発力が発生し、回避行動が早期に開始される。

3. シミュレーション結果:

• 正面衝突や狭い通路通過などの従来のアプローチでは局所最小値に陥りやすい状況でも、提案手法は良好な回避経路を生成できることを示した。
• 複数の動的障害物が密集した環境でも、UAV同士の衝突を回避しつつ目標位置に到達できることを確認した。

以上のように、本論文は固定翼UAVの動的環境における衝突回避性能を向上させる新しいアルゴリズムを提案している。シミュレーション結果から、従来手法の課題を解決できることが示された。

Estadísticas

UAVの初期位置: [0, 0], [800, 0], [800, 800], [0, 800] (m)
UAVの目標位置: [800, 800], [0, 800], [0, 0], [800, 0] (m)
引力ポテンシャル係数 katt: 0.008
反発ポテンシャル係数 Krep0: 30
障害物の半径 b: [30, 30, 30, 30] (m)

Citas

"この改良されたアルゴリズムは、正面衝突や狭い通路通過などの局所最小値に陥りやすい状況でも良好な回避経路を生成できることを示した。"
"複数の動的障害物が密集した環境でも、UAV同士の衝突を回避しつつ目標位置に到達できることを確認した。"

Ideas clave extraídas de

A reformulation of collision avoidance algorithm based on artificial potential fields for fixed-wing UAVs in a dynamic environment

by Astik Srivas... a las arxiv.org 04-24-2024

https://arxiv.org/pdf/2208.03117.pdf

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