Přeplánování trajektorií bezkolizního letu bezpilotních vzdušných robotů

Abstract

Generování trajektorie je jedním z klíčových problémů řešených v rámci úlohy plánování pohybu autonomních bezpilotních prostředků (UAV). Tato práce se zabývá přeplánováním bezkolizních trajektorií s minimální dobou trvání pro multirotorové UAV, které najde využití v oblastech, kde hraje zásadní roli čas, jako je vyhledávání a záchrana osob. Představujeme algoritmus založený na gradientní metodě pro výpočet a optimalizaci aproximačních trajektorií za využití zjednodušeného modelu hmotného bodu s omezeným zrychlením, který umožňuje výpočet v reálném čase. Zároveň používáme iterativní metodu k rozložení zrychlení v rámci trajektorie, abychom lépe zohlednili gravitaci a konstrukční omezení multirotorového UAV. Dále je představen algoritmus pro výpočet bezkolizních trajektorií, ve kterém uplatňujeme nejnovější poznatky v oblasti plánování drah, které umožňují využít dráhy s různou topologií jako základ pro výpočet trajektorií. Ukazujeme, že navrhovaná metoda je schopna najít bezkolizní trajektorii s minimální dobou trvání v časech pod milisekundu.

Trajectory generation is one of the fundamental problems solved under the motion planning task for autonomous Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). This thesis deals with the replanning of minimum-time collision-free trajectories for a multirotor UAV, which is a task solved in time-critical applications such as search and rescue. We propose a gradient-method-based algorithm for computing and optimizing approximate trajectories using a limited acceleration point-mass model to facilitate real-time computation. Further, we use an iterative approach for trajectory acceleration distribution to account for gravity and better reflect the design constraints of a multirotor. An algorithm for collision-free trajectory generation is also introduced, where the latest developments in path planning are utilized to guide trajectory planning using paths with different topologies. We showcase that the proposed approach is capable of finding a minimum-time collision-free trajectory in sub-millisecond times.