Desenvolvimento de um algoritmo de planejamento de trajetória em ambientes desconhecidos e não estruturados para UAVs
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Data de Publicação: | 2021 |
Tipo de documento: | Dissertação |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15065 |
Resumo: | To make a UAV (Unmanned Aerial Vehicle) autonomous, it must perform actions without human interference in its missions. Regardless of the area of operation, several autonomous UAV missions require path planning, being able to operate in unknown, 3D, unstructured environments, and with dynamic obstacles depending on the assigned mission. Thus, it is essential that the algorithm can avoid obstacles since the environment will not always be known. As well as take into account the movement restrictions to achieve smooth curves in the planning. Several path planning algorithms can be adopted among classic, metaheuristic, or machine learning techniques. One observable aspect among the existing and most used techniques is, ”which would be the best technique to work in these environments”. The algorithms that obtain the best results are tested in 3D in the UAV simulator. A deeper analysis is performed, considering completeness, distance, time, CPU usage, memory usage, collision prevention, and robustness. The final test to validate the trajectory planning algorithms is done in a real environment. |
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Rocha, Lidia Gianne Souza daVivaldini, Kelen Cristiane Teixeirahttp://lattes.cnpq.br/5245409138233148http://lattes.cnpq.br/229284975728098291894ca0-ab05-42c8-b107-f16bb24411842021-10-29T10:59:51Z2021-10-29T10:59:51Z2021-08-30ROCHA, Lidia Gianne Souza da. Desenvolvimento de um algoritmo de planejamento de trajetória em ambientes desconhecidos e não estruturados para UAVs. 2021. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15065.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/15065To make a UAV (Unmanned Aerial Vehicle) autonomous, it must perform actions without human interference in its missions. Regardless of the area of operation, several autonomous UAV missions require path planning, being able to operate in unknown, 3D, unstructured environments, and with dynamic obstacles depending on the assigned mission. Thus, it is essential that the algorithm can avoid obstacles since the environment will not always be known. As well as take into account the movement restrictions to achieve smooth curves in the planning. Several path planning algorithms can be adopted among classic, metaheuristic, or machine learning techniques. One observable aspect among the existing and most used techniques is, ”which would be the best technique to work in these environments”. The algorithms that obtain the best results are tested in 3D in the UAV simulator. A deeper analysis is performed, considering completeness, distance, time, CPU usage, memory usage, collision prevention, and robustness. The final test to validate the trajectory planning algorithms is done in a real environment.Para tornar um UAV (Unmanned Aerial Vehicle) autônomo é necessário que o mesmo realize ações sem a interferência de um ser humano em suas missões. Diversas missões autônomas de UAVs, independente da área de operação, necessitam de um planejamento de trajetória, podendo atuar em ambientes desconhecidos, 3D, não estruturados, e com obstáculos dinâmicos dependendo da missão designada. Por este motivo, é essencial que o algoritmo seja capaz de desviar de obstáculos, já que nem sempre o ambiente será conhecido. Bem como, levar em consideração no planejamento as restrições de movimentos para realizar curvas suavizadas. Neste contexto, algoritmos de planejamento de trajetória são adotados podendo ser utilizado técnicas clássicas, meta-heurı́sticas ou de aprendizado de máquina. Um aspecto a ser analisado é que dentre as técnicas existentes e mais utilizadas, qual seria a melhor técnica para atuar nestes ambientes. Desta forma, este trabalho visa analisar as métricas de tempo e distância percorrida, além da variância, média e desvio padrão de cada métrica das técnicas A*, APF, PRM, RRT, RRT-C, PSO, GWO, GSO e RL considerando ambientes desconhecidos, 3D, não estruturados e com obstáculos dinâmicos. Os algoritmos que obtiverem os melhores resultados são testados em 3D no simulador para UAV, sendo realizada uma análise mais profunda, considerando completeness, distância, tempo, uso da cpu, uso da memória, prevenção de colisão, e robustez. O teste final para validar os algoritmos de planejamento de trajetória é feito em ambiente real.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)CAPES: 88882.426579/2019-01porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCCUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessUAVPlanejamento de trajetóriaObstáculo dinâmicoAmbiente não estruturadoAmbiente desconhecidoPath planningDynamic obstacleUnstructured environmentUnknown environmentCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO::TEORIA DA COMPUTACAODesenvolvimento de um algoritmo de planejamento de trajetória em ambientes desconhecidos e não estruturados para UAVsDevelopment of a path planning algorithm in unknown and unstructured environments for UAVsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis0fa4df64-b859-4a9f-8bce-831f79781811reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALDissertacaoMestrado_Lidia.pdfDissertacaoMestrado_Lidia.pdfMain Articleapplication/pdf33053933https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15065/1/DissertacaoMestrado_Lidia.pdfc5e6b75379ffb08fb054bd13385371fbMD51Copy of PPGCC_Template_dec_BCO(1).pdfCopy of PPGCC_Template_dec_BCO(1).pdfCarta comprovante assinada pelo orientadorapplication/pdf198667https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15065/3/Copy%20of%20PPGCC_Template_dec_BCO%281%29.pdfefa182ef0f4e5024d1ca3bbed51c00bbMD53CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15065/4/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD54TEXTDissertacaoMestrado_Lidia.pdf.txtDissertacaoMestrado_Lidia.pdf.txtExtracted texttext/plain259894https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15065/5/DissertacaoMestrado_Lidia.pdf.txt180033ae046258ada45dcdffcb17ee27MD55Copy of PPGCC_Template_dec_BCO(1).pdf.txtCopy of PPGCC_Template_dec_BCO(1).pdf.txtExtracted texttext/plain1547https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15065/7/Copy%20of%20PPGCC_Template_dec_BCO%281%29.pdf.txt7b31e0f8fae32a9398d7e30fdd50dfceMD57THUMBNAILDissertacaoMestrado_Lidia.pdf.jpgDissertacaoMestrado_Lidia.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9107https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15065/6/DissertacaoMestrado_Lidia.pdf.jpgd8dc3aea01d89377ac418b4c5ac8c26aMD56Copy of PPGCC_Template_dec_BCO(1).pdf.jpgCopy of PPGCC_Template_dec_BCO(1).pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg13337https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/15065/8/Copy%20of%20PPGCC_Template_dec_BCO%281%29.pdf.jpg24e365ca111b7110b07a4062a5fb8f7aMD58ufscar/150652023-09-18 18:32:19.47oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/15065Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:19Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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