Planificación eficiente de trayectorias libres de colisiones para un equipo de drones. Comparación de algoritmos.

Abstract

Los vehículos aéreos no tripulados o drones se han convertido en una tecnología de gran interés mundial en los últimos años debido a su potencial para realizar un gran número de aplicaciones, lo que revierte no solo en aspectos económicos sino también en la protección del medio ambiente y en la seguridad de los operarios. Un problema crucial en este campo es el diseño de algoritmos eficientes que planifican trayectorias libres de colisiones entre los drones. Este Trabajo de Fin de Grado muestra un análisis comparativo entre dos algoritmos que resuelven dicho problema en un entorno 2D. Un primer algoritmo, conocido como ORCA, es un modelo descentralizado y diseñado para cualquier tipo de escenario y un segundo algoritmo, (CA-nk), es centralizado y diseñado para aplicaciones donde se utilizan un equipo pequeño de drones de autonomía limitada y se requieren trayectorias con un consumo eficiente de energía. Realizando un estudio computacional en distintos escenarios, se muestra el comportamiento de dichos algoritmos, llegando a la conclusión de que el método CA-nk resulta más eficiente en consumo de energía y en tiempo de ejecución de la tarea.

Unmanned aerial vehicles or drones have become a technology of great global interest in recent years due to their potential to perform a large number of applications, which has implications not only for economic aspects but also for environmental protection and operator safety. A crucial problem in this field is the design of efficient algorithms that plan collision-free trajectories between drones. This work shows a comparative analysis between two algorithms that solve this problem in a 2D environment. A first algorithm, known as ORCA, is a decentralized model designed for any type of scenario. A second algorithm, (CA-nk), is centralized and designed for applications where a small team of drones with limited autonomy is used and energy efficient trajectories are required. By performing a computational study in different scenarios, a comparison between these algorithms is shown, concluding that the CA-nk is more efficient both in energy consumption and completion time for their tasks.