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Dissertação

{en_GB=A Geometric Method for Static and Dynamic Collision Avoidance for UAVs in a 3D Environment} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=Gerar soluções capazes de evitar ameaças dinâmicas que estão em rota de colisão com um Veículo Aéreo Não Tripulado num cenário on-line é uma tarefa complicada. Esta tese tenta abordar esta questão desenvolvendo uma estrutura com três blocos principais integrados - geração de caminhos, detecção de colisão e cálculo de custos - para encontrar um caminho adequado num ambiente em três dimensões que evite com segurança tanto a ameaça iminente como outras ameaças presentes no mesmo. Para gerar os caminhos, um método de spline cúbicas é utilizado para gerar um grupo inicial de caminhos candidatos que é posteriormente expandido para o espaço 3D, utilizando matrizes de rotação. A seguir, este grupo de caminhos candidatos é avaliado para detecção de colisão e quaisqueres caminhos em que haja a possibilidade de colidir com ameaças presentes no ambiente não são considerados. Finalmente, uma função de custo escolhe um caminho adequado como solução. Esta função de custo foi desenvolvida para ter em conta vários aspectos do problema (desde o ambiente à volta do caminho candidato até ao desempenho da aeronave) e os parâmetros escolhidos foram normalizados tendo em conta a sua distribuição em vários cenários. Os pesos destes parâmetros foram ajustados para assegurar uma função de custo equilibrada. Os resultados mostram que o trabalho desenvolvido tem potencial e pode encontrar soluções para a maioria das situações com tempos de execução promissores. No entanto, ainda é necessário realizar várias melhorias, modificações e testes antes de implementar o trabalho desenvolvido numa aeronave., en=Generating real-time solutions to avoid dynamic threats that are on a collision course with an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) is a challenging task. This thesis presents the development of a framework with three integrated main blocks - path generation, collision detection and cost estimation - to find an adequate path in a 3D environment which safely avoids both the impending threat and other threats present in the environment. The path generation block uses a cubic spline method to generate an initial group of candidate paths that is then expanded to 3D space by using a rotation matrix. Next, this group of candidate paths are evaluated for collision detection and any candidate paths that have the possibility to collide with any threats are discarded. Lastly, a function that estimates a cost determines the optimal solution for collision avoidance. The cost function takes into account the environment around the candidate path and the performance of the UAV. The parameters selected were normalized according to their distribution across a multitude of scenarios and their weights are tuned to ensure a well balanced cost function. The results show that the framework is able to find solutions for most situations with promising run-times, but several improvements and modifications to the implementation and tests still need to made before field deployment. }
Keywords: {pt=evasão da colisão, obstaculos estáticos e dinâmicos, ambiente 3D, função de custo, computação online, en=collision avoidance, static and dynamic obstacles, 3D environment, cost function, online computation}

Discussão: dezembro 14, 2022, 18:0