Generación de Trayectorias Óptimas Utilizando Control Predictivo

Abstract

Los vehículos aéreos no tripulados (UAVs) son vehículos que cuentan con la capacidad de volar sin un piloto a bordo. Actualmente los mismos se utilizan en diversas misiones como ser búsqueda y rescate, adquisición de imagenes, agricultura de precisión, entre otros. Para el cumplimiento de las mismas es esencial que el UAV cuente con un sistema de navegación que permita planificar la trayectoria, es decir la ruta que el mismo debe seguir para cumplir con su objetivo.
En este trabajo se presenta un algoritmo que permite la generación de trayectorias en el espacio bidimensional (2D). Dada una colección de puntos, denominados waypoints, por los cuales debe pasar la ruta que debe seguir un UAV, existen infinitas curvas que cumplen dicha condición. En particular, en este trabajo se desea hallar aquella trayectoria que minimice la distancia entre la posición actual del vehículo aéreo y el waypoint, teniendo en cuenta además las restricciones impuestas por la dinámica propia del UAV.
La técnica utilizada aquí para determinar la ruta óptima es una variante de la técnica Model Predictive Control (MPC), que tiene en cuenta la dinámica no-lineal del modelo del vehículo y permite la incorporación de las restricciones del mismo de forma sencilla. El correcto funcionamiento del algoritmo propuesto es evaluado mediante la generación de distintas trayectorias en el plano xy, las cuales surjen de las diferentes secuencias de waypoints definidas por el usuario.