Алгоритмы оценивания параметров неоднородной поверхности и управления беспилотным летательным аппаратом при установке сейсмического датчика

Алгоритмы оценивания параметров неоднородной поверхности и управления беспилотным летательным аппаратом при установке сейсмического датчика

Автор: Ерашов А. А., Аникин Д. А., Черских Е. О., Савельев А. И., Брыскин В. М., Агафонов Б. М.

Журнал: Труды Московского физико-технического института @trudy-mipt

Рубрика: Информатика и управление

Статья в выпуске: 4 (60) т.15, 2023 года.

Бесплатный доступ

Рассматривается задача автономной посадки и установки объекта на целевой неоднородной поверхности посредством беспилотного летательного аппарата. Целью работы является разработка алгоритмов оценивания параметров неоднородной поверхности для успешной посадки БпЛА и установки объекта. На точность посадки беспилотного аппарата и точность установки объекта влияет перепад высот по отношению к их геометрическим размерам. Предполагаемая для посадки поверхность может содержать значительные перепады высот, ввиду чего требуется оценивать сегменты данной поверхности для устойчивого расположения рассматриваемых объектов. В работе предлагаются алгоритмы оценивания неоднородности сегментов поверхности по получаемым изображениям с камеры глубины, управления БпЛА, алгоритмы оценивания перепада высот, обеспечивающие определение разности высот между соседними точками и угла наклона между ключевыми точками каждого сегмента поверхности. Данные алгоритмы позволяют анализировать доступные для посадки и установки объекта сегменты поверхности в процессе выполнения задачи посадки БпЛА, выделяя подходящие и исключая неподходящие сегменты. В качестве объектов, устанавливаемых на неоднородную поверхность, могут быть, например, датчики. Проведенные эксперименты в симуляционной среде показали, что в 97% случаев БпЛА фиксировался на поверхности с учетом заданных ограничений при общей площади участков местности в 25 и 81 км2. При изменении пороговых значений от 30 до 60% изменение количества доступных участков для посадки не превышало 5%.

Еще

Беспилотный летательный аппарат, неоднородная поверхность, автономная установка объектов с бпла, посадка бпла на неоднородную поверхность

Короткий адрес: https://sciup.org/142239998

IDR: 142239998

Список литературы Алгоритмы оценивания параметров неоднородной поверхности и управления беспилотным летательным аппаратом при установке сейсмического датчика

  • Носов А.М., Савельев А.И., Вильянинов В.Н., Ромашова Ю.Е., Лебедев И.В., Лебедева В.В., Янин А.П. Самоохвалов И.М. Опыт транспортировки компонентов крови с применением беспилотного летательного аппарата // Медицина катастроф. 2022. № 2. С. 65–69.
  • Saveliev A., Lebedeva V., Lebedev I., Uzdiaev M. An Approach to the Automatic Construction of a Road Accident Scheme Using UAV and Deep Learning Methods // Sensors. 2022. V. 22, N 13. P. 4728. https://doi.org/10.3390/s22134728.
  • Астапова М.А., Лебедев И.В., Уздяев М.Ю. Методика построения траектории беспилотных летательных аппаратов для автономного сбора визуальных данных о повреждениях линий электропередач в инфракрасном и ультрафиолетовом спектрах // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2023. T. 11, № 1. https://doi.org/10.26102/2310-6018/2023.40.1.003.
  • Севостьянова Н.Н., Лебедев И.В., Лебедева В.В., Ватаманюк И.В. Инновационный подход к автоматизированной фотоактивации посевных площадей посредством БпЛА с целью стимуляции роста культур // Информатика и автоматизация. 2021. T. 20, № 6. С. 1395–1417. https://doi.org/10.15622/ia.20.6.8.
  • Gubanov B., Lebedeva V., Lebedev I., Astapova M. Algorithms and Software for Evaluation of Plant Height in Vertical Farm Using UAVs // In Agriculture Digitalization and Organic Production: Proceedings of the Second International Conference. 2022. P. 351–362. https://doi.org/10.1007/978-981-19-7780-0_31.
  • Lebedev I., Erashov A., Shabanova A Accurate autonomous UAV landing using vision-based detection of ArUco-marker // In International Conference on Interactive Collaborative Robotics. 2020. P. 179–188. https://doi.org/10.1007/978-3-030-60337-3_18.
  • Anikin D., Ryabinov A., Saveliev A., Semenov A. Autonomous Landing Algorithm for UAV on a Mobile Robotic Platform with a Fractal Marker // International Conference on Interactive Collaborative Robotics. 2023. P. 357–368. https://doi.org/10.1007/978-3-031-43111-1_32.
  • Yan L., Qi J., Wang M., Wu C., Xin J. A safe landing site selection method of UAVs based on LiDAR point clouds // 2020 39th Chinese Control Conference (CCC). 2020. P. 6497–6502.
  • Kalaitzakis M., Carroll S., Ambrosi A., Whitehead C., Vitzilaios N. Experimental comparison of fiducial markers for pose estimation // In 2020 International Conference on Unmanned Aircraft Systems (ICUAS). 2020. P. 781–789.
  • Zakiev A. Pilot Virtual Experiments on ArUco and ArTag Systems Comparison for Fiducial Marker Rotation Resistance // Smart Innovation, Systems and Technologies. 2020. V. 154. P. 455–464.
  • Yan L., Qi J., Wang M., Wu C., Xin J. EA safe landing site selection method of UAVs based on LiDAR point clouds // 2020 39th Chinese Control Conference (CCC). 2020. P. 6497–6502.
  • Matsumoto T., Premachandra C. Depth Sensor Application in Ground Unevenness Estimation for UAV Emergency Landing // 2023 IEEE Sensors Applications Symposium (SAS). 2023. P. 1–6.
  • Liu F., Shan J., Xiong B., Fang Z. Depth A real-time and multi-sensor-based landing area recognition system for UAVs // Drones. 2022. V. 6, N 5. P. 118.
  • Kikumoto C., Harimoto Y., Isogaya K., Yoshida T., Urakubo, T. Landing site detection for UAVs based on CNNs classification and optical flow from monocular camera images // Journal of Robotics and Mechatronics. 2021. V. 33, N 2. P. 292–300.
  • Desaraju V.R., Michael N., Humenberger M., Brockers R., Weiss S., Matthiesm L.H. Vision-based landing site evaluation and informed optimal trajectory generation toward autonomous rooftop landing // Robotics: Science and Systems. 2014.
  • Hinzmann T., Stastny T., Cadena C., Siegwartm R., Gilitschenski I. Free LSD: Prior-free visual landing site detection for autonomous planes // IEEE Robotics and Automation Letters. 2018. V. 3, N 3. P. 2545–2552.
  • Paul H., Miyazaki R., Ladig R., Shimonomura K. TAMS: development of a multipurpose three-arm aerial manipulator system // Advanced Robotics. 2021. V. 35, N 1. P. 31–47.
  • Paul H., Miyazaki R., Kominami T., Ladig R., Shimonomura K. A versatile aerial manipulator design and realization of UAV take-off from a rocking unstable surface // Advanced Robotics. 2021. V. 11, N 19. P. 9157.
  • Cabuk N. Design and kinematic analysis of proposed adaptive landing gear for multirotor UAV // El-Cezeri. 2022. V. 9, N 1. P. 159–170.
  • Huangm T.H., Elibol A., Chong N.Y. A Design for UAV Irregular Surface Landing Capability // Proceedings of the 2020 17th International Conference on Ubiquitous Robots (UR). 2020.
  • Huang T., Elibol A., Chong N.Y. Enabling landings on irregular surfaces for unmanned aerial vehicles via a novel robotic landing gear // Intelligent Service Robotics. 2022. V. 15, N 2. P. 231–243.
  • Paul H., Miyazaki R., Ladig R., Shimonomura K. Landing of a multirotor aerial vehicle on an uneven surface using multiple on-board manipulators // 2019 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS). P. 231–243.
  • Paul H., Martinez R.R., Ladig R., Shimonomura K. Lightweight Multipurpose Three- Arm Aerial Manipulator Systems for UAV Adaptive Leveling after Landing and Overhead Docking // Drones. 2022. V. 6, N 12. P. 380.
  • Baker S., Soccol D., Postula A., Srinivasan M.V. Passive landing gear using coupled mechanical design // Proceedings of Australasian Conference on Robotics and Automation. 2013. P. 1–8.
  • Sarkisov Y.S., Yashin G.A., Tsykunov E.V., Tsetserukou D. Dronegear: A novel robotic landing gear with embedded optical torque sensors for safe multicopter landing on an uneven surface // IEEE Robotics and Automation Letters. 2018. V. 3, N 3. P. 1912–1917.
  • Tsetserukou D., Tadakuma R., Kajimoto H., Tachi S. Optical torque sensors for implementation of local impedance control of the arm of humanoid robot // Proceedings 2006 IEEE International Conference on Robotics and Automation. 2006. P. 1674–1679.
  • Baker S., Soccol D., Postul, A., Srinivasan M. V. Passive landing gear using coupled mechanical design // In Proceedings of Australasian Conference on Robotics and Automation. 2013. P. 1–8.
  • Condotta I.C., Brown-Brandl T.M., Pitla S.K., Stinn J.P. Silva-Miranda K.O. Evaluation of low-cost depth cameras for agricultural applications // Computers and Electronics in Agriculture. 2020. V. 173. P. 105394. https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105394
  • Irfan M., Dalai S., Kishore K., Singh S., Akbar S.A. Vision-based guidance and navigation for autonomous MAV in indoor environment // In 2020 11th International Conference on Computing, Communication and Networking Technologies (ICCCNT). 2020. P. 1–5.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp