Logika Rozmyta w Planowaniu Ruchu Dronów. Od Najnowszych Odkryć do Skutecznych Eksperymentów

 

 

W dzisiejszych czasach drony, czyli bezzałogowe statki powietrzne, odgrywają kluczową rolę w różnych dziedzinach, od przemysłu po medycynę. Jednak ich efektywne poruszanie się w trójwymiarowych, dynamicznych przestrzeniach stawia przed nami wyzwania, zwłaszcza jeśli chodzi o planowanie ruchu, unikanie przeszkód i precyzyjne lądowanie na poruszającym się celu.

 

 

W odpowiedzi na te wyzwania, naukowcy zaprezentowali nowatorski system planowania ruchu oparty na logice rozmytej. Stanowi innowacyjne podejście do skomplikowanych wyzwań związanych z ruchem dronów w dynamicznych przestrzeniach. Zastosowanie logiki rozmytej pozwala na osiągnięcie efektywnego, adaptacyjnego i precyzyjnego sterowania ruchem dronów, otwierając nowe perspektywy dla autonomicznych statków powietrznych w dynamicznych przestrzeniach 3D.

 

Rozmyty System Planowania Ruchu:

Tradycyjne metody planowania ruchu w dronach często opierają się na klasycznym polu potencjałowym, gdzie generowane są siły atrakcyjne i odpychające w celu kierowania dronem w kierunku celu i unikania przeszkód. Jednak w dynamicznych przestrzeniach 3D, takie podejście może napotykać na problemy z lokalnymi minimami i wymagać dużej liczby dodatkowych czujników.

Nowy rozmyty system planowania ruchu składa się z dwóch głównych rozmytych podsystemów: atrakcyjnego i odpychającego. Pierwszy generuje siłę atrakcyjną, która naprowadza drona na zoptymalizowaną trajektorię w kierunku celu. Drugi generuje siłę odpychającą, umożliwiając unikanie przeszkód w trójwymiarowej przestrzeni.

 

Podsystem Atrakcyjnych Sił Potencjalnych Wirtualnych:

Siła atrakcyjna jest generowana na podstawie względnej pozycji i prędkości między dronem a celem. To innowacyjne podejście pozwala dronowi jednocześnie dostosowywać swoją wysokość i pozycję planisty, co może być kluczowe w dynamicznych sytuacjach.

Podsystem Odpychających Sił Potencjalnych Wirtualnych:

Siła odpychająca jest generowana na podstawie pozycji względnej drona i przeszkody. Zastosowanie inteligentnych reguł pozwala na skuteczne unikanie kolizji, przy jednoczesnym ograniczeniu kosztów obliczeniowych.

 

Rozwiązanie Problemu Lokalnych Minimów w 3D:

Tradycyjne metody, takie jak klasyczne pole potencjałowe, mogą napotykać na problem lokalnych minimów, szczególnie gdy dron, przeszkoda i cel znajdują się na jednej linii. Zastosowane rozwiązanie oparte na logice rozmytej skutecznie eliminuje ten problem, co potwierdzają zarówno symulacje, jak i eksperymenty w czasie rzeczywistym.

Analiza Wydajności: System rozmyty został poddany analizie porównawczej z klasycznym polem potencjałowym w różnych scenariuszach z różną liczbą przeszkód. Wyniki wskazują na przewagę systemu rozmytego pod względem skuteczności, prędkości podróży oraz czasu potrzebnego do wykonania zadania.

Eksperymenty w Czasie Rzeczywistym i Wyniki:

Aby zweryfikować skuteczność systemu w realnych warunkach, przeprowadzono eksperymenty na dwóch dronach quadcopter i jednym robocie naziemnym. Wyniki eksperymentów potwierdzają, że proponowany system jest w stanie generować precyzyjne trajektorie, umożliwiając jednocześnie unikanie kolizji w dynamicznych środowiskach 3D.

 

Wnioski:

W/w  system stanowi innowacyjne podejście do skomplikowanych wyzwań związanych z ruchem dronów w dynamicznych przestrzeniach. Wykorzystanie logiki rozmytej pozwala na osiągnięcie efektywnego, adaptacyjnego i precyzyjnego sterowania ruchem dronów, otwierając nowe perspektywy dla autonomicznych statków powietrznych w dynamicznych przestrzeniach 3D. Ten nowoczesny system może znaleźć zastosowanie w różnych dziedzinach, od dostaw do inspekcji przemysłowej, zapewniając bezpieczne i efektywne operacje w zmiennych i dynamicznych otoczeniach.

 

źródło:    sciencedirect.com,pixabay.com