Obstáculos en el plan de vuelo de los UAV

Michael Jordan una vez dijo: “Los obstáculos no tienen que detenerte. Si te encuentras con un muro, no te des la vuelta o te rindas. Averigua cómo escalarlo, atravesarlo o rodearlo”. Esta frase puede aplicarse a muchos aspectos de la vida e incluso a los UAV. Efectivamente, cuando un dron está navegando puede haber zonas en las que por seguridad o legislación no se debe adentrar. Estas zonas de exclusión de vehículos no tripulados se pueden llamar también obstáculos.

Los obstáculos pueden ser áreas en un plano, por ejemplo no se puede volar un UAV en las cercanías de un aeropuerto. Los obstáculos también consiguen delimitar la altura mínima a la que un dron puede volar; en este caso la altura del terreno mismo en cada punto del plano será el área a evadir. También pueden haber objetos a evitar tridimensionales (estáticos o móviles) que el UAV tiene que evitar, por ejemplo antenas, torres de alta tensión u otros UAV.

Estos obstáculos puede ser que se conozcan desde el inicio del vuelo pero también pueden ir actualizándose y moviéndose, provocando improvisaciones en el dron para seguir lo mejor posible el plan de vuelo configurado, lo cual evitaría entrar en estas zonas vetadas.

Obstáculos imprevistos, un tema de campos

El objetivo del UAV es entonces ser capaz de seguir el plan de vuelo establecido en cada momento con capacidad para evitar obstáculos imprevistos.

Tradicionalmente este problema se ha resuelto con una familia de algoritmos basado en generación de campos potenciales que varían la dirección de navegación del UAV. Al igual que la gravedad o los polos magnéticos opuestos, en cada momento el plan de vuelo deseado ejerce una “fuerza” de atracción sobre el dron. En el caso de los obstáculos, pasa al contrario, generan una “fuerza” de repulsión.

Por tanto con estos campos simulados (de atracción al plan de vuelo y de repulsión de los obstáculos) el dron será capaz de seguir el plan de vuelo correctamente y evitar estas zonas, pero esto no es tan fácil como pudiera parecer.

Sumidero de potencial generado por la atracción al plan de vuelo y la repulsión de un obstáculo circular

UAV atrapado en un sumidero de campos

La suma de campos de atracción del plan de vuelo y de campos de repulsión de los obstáculos puede generar valles o sumideros de potencial en los que el UAV se puede quedar atascado y ser incapaz de continuar con el plan de vuelo. Al igual que la gravedad puede ser imaginada como una deformación de una membrana bidimensional en la que los objetos caen hacia abajo, se puede hacer una representación similar del campo que generaría un plan de vuelo lineal y un obstáculo circular.

En la figura puede verse cómo la combinación de la atracción al plan de vuelo y la repulsión de un obstáculo circular genera un sumidero de potencial delante del obstáculo del que el dron no puede salir.

Si te encuentras con un muro, no te des la vuelta o te rindas

Veronte incorpora un novedoso algoritmo de bajo peso de computación basado en campos potenciales con el añadido de que evita la aparición de sumideros. De esta forma el UAV es capaz de rodear los obstáculos suavemente, volviendo al plan de vuelo configurado tan pronto como sea posible. Esta maniobra de evasión está calculada de acuerdo a la maniobrabilidad de cada plataforma para asegurar que en ningún momento se entra en la zona delimitada del obstáculo, dando el nivel de seguridad y confianza que esperan nuestros clientes.

Para concluir, la evasión de obstáculos es una funcionalidad necesaria en los UAV. La forma en que el UAV calcula cómo evitar los obstáculos siguiendo el plan de vuelo se puede hacer por medio de diversos algoritmos. Uno de los más tradicionales es el del campo potencial, pero tiene el problema de la aparición de sumideros. El algoritmo implementado en Veronte está basado en campos potenciales y evita la aparición de sumideros de potencial.

Zonas de vuelo seguro y obstáculos en UAVs

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