Planeación de trayectorias para cuadricópteros en ambientes dinámicos tridimensionales

A topic of interest on unmanned aerial vehicles is determining appropriate paths that allow them to move from an initial position to a target position, ensuring that the path is safe, in other words, that there is no risk of collision. In this article, two techniques of path planning and an obstacle avoidance strategy for quadricopters are presented. Both techniques are functional on three-dimensional environments with static or dynamic obstacles restricted to constant speeds. The techniques work on an environment modeling with planes which generate an artificial potential field. The first technique is based on moving points that connect the initial position to the goal, and then every point moves towards free zones of influence of obstacles along the potential field, which makes unobstructed paths. The second technique uses the concept of safe areas, which is used as a criterion for updating the position of the points. Additionally, a methodology of dynamic obstacles avoidance is proposed, which is to transform the problem of trajectory planning with dynamic obstacles to the case of path planning with static obstacles through a process of analyzing the possibility of a collision. The results show that these techniques overcome the drawbacks of the gradient descent-based algorithms as local minima and unstable oscillations problems.Un tema de interés sobre los vehículos aéreos no tripulados es la determinación de trayectorias apropiadas que le permitan moverse de una posición inicial a una posición objetivo, garantizando que la trayectoria sea segura, es decir, que no existan riesgos de colisión. En este artículo se presentan dos técnicas de planificación de trayectorias y una estrategia de evasión de obstáculos para cuadricópteros, ambas técnicas funcionales sobre ambientes tridimensionales con obstáculos estáticos o dinámicos restringidos a velocidades constantes. Las técnicas funcionan sobre un ambiente modelado con planos que generan un campo de potencial artificial. La primera técnica está basada en puntos móviles que interconectan la posición inicial con la meta, posteriormente cada punto se mueve hacia zonas libres de la influencia de los obstáculos siguiendo el campo potencial, lo que hace que se encuentren caminos libres de obstáculos. La segunda técnica usa el concepto de zonas seguras, el cual se utiliza como criterio para actualizar la posición de los puntos. Adicionalmente, se propone una metodología de evasión de obstáculos dinámicos, que consiste en transformar el problema de planeación de trayectorias con obstáculos dinámicos al caso de planeación de trayectorias con obstáculos estáticos mediante un proceso de análisis de las posibilidades de colisión. Los resultados muestran que estas técnicas superan los inconvenientes de los algoritmos basados en gradiente descendente como mínimos locales y oscilaciones inestables