Amostragem Consciente de Risco para Evitar Obstáculos com Quadrotor em Ambientes Dinâmicos

A evitação de obstáculo de quadrotors em ambientes dinâmicos ainda é um problema muito aberto. Trabalhos atuais geralmente utilizam mapas estáticos tradicionais para representar obstáculos estáticos, e o método de detecção e rastreamento de objetos em movimento para modelar obstáculos dinâmicos separadamente. O módulo de detecção requer pré-treinamento, e os obstáculos dinâmicos podem ser modelados apenas com certas formas, como cilindros ou elipsoides. Este trabalho utiliza o mapa de ocupação dinâmica baseado em partículas de dupla estrutura (DSP) para representar simultaneamente obstáculos estáticos de forma arbitrária e obstáculos dinâmicos, e propõe um planejador de trajetória local baseado em amostragem eficiente e consciente do risco para realizar voos seguros. A trajetória é planejada amostrando primitivas de movimento geradas no espaço de estado. Cada primitiva de movimento é dividida em duas fases: uma fase de curto prazo com uma limitação de risco estrita e uma fase de longo prazo relativamente projetada para evitar regiões de alto risco. O risco é avaliado com o estado de ocupação futura previsto em forma de partículas, considerando a dimensão temporal. Com uma abordagem de separação de uma e fusão a uma trajetória global arbitrária, o planejador também pode ser utilizado em tarefas com trajetórias globais pré-planejadas. Experimentos de comparação mostram que o sistema de evitação de obstáculo composto pelo mapa DSP e nosso planejador apresenta o melhor desempenho em ambientes dinâmicos. Em testes do mundo real, nosso quadrotor atinge uma velocidade de 6 m/s com o sistema de captura de movimento e 2.5 m/s com tudo funcionando em um computador de placa única de baixo custo.