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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/2619| Diseño de trayectorias para vehículos aéreos no tripulados en ambientes marcianos mediante cómputo evolutivo | |
| Miguel Ángel Jiménez Domínguez | |
| Saúl Zapotecas-Martínez | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Evolutionary computation Multi-objective optimization Path Planning UAV Mars Ingeuity | |
| La presente investigación se centra en el desarrollo de técnicas de planificación de trayectorias para un vehículo aéreo no tripulado (VANT) que pueda operar en un entorno marciano utilizando técnicas de optimización multi-objetivo basadas en computación evolutiva. Se destaca el logro del explorador aéreo Ingenuity, que es el primer dispositivo capaz de volar en la delgada atmósfera marciana lo cual representa un hito muy importante en la exploración espacial. El estudio realiza una revisión exhaustiva de los avances recientes en planificación de trayectorias para VANTs utilizando algoritmos evolutivos multi-objetivo. Estos algoritmos tienen como objetivo minimizar simultáneamente tres aspectos considerados clave para un VANT, la distancia total recorrida, la suavidad de la trayectoria y la altura máxima alcanzada, este último debido a la baja densidad atmosférica presente en Marte. Los algoritmos seleccionados son tres bien conocidos y con un distinto funcionamiento entre ellos, NSGA-II, SMS-EMOA y MOEA/D. Para validar el enfoque propuesto, se define un modelo de VANT que es simulado en los entornos de Gazebo y ROS. Además, se desarrolla un controlador PID capaz de seguir las trayectorias resultantes de la optimización. Los algoritmos evolutivos multi-objetivo se prueban en un escenario, seleccionando tres trayectorias de dificultad creciente, y se comparan con métodos de planificación de trayectorias más tradicionales, como A* y distintas versiones de RRT. Los resultados obtenidos muestran que el algoritmo NSGA-II logró el mejor desempeño, generando soluciones altamente optimizadas en términos de los tres objetivos considerados. Una de las principales ventajas de los métodos evolutivos multi-objetivo es que proporcionan un frente de Pareto con las mejores soluciones, lo que permite seleccionar la más adecuada según las necesidades específicas de cada escenario. Finalmente, la simulación del VANT realizando el seguimiento de la trayectoria seleccionada demuestra la efectividad del enfoque propuesto para la navegación autónoma en el entorno marciano. The present research work focuses on the development of path planning techniques for an unmanned aerial vehicle (UAV) that can operate in the Martian environment, using multi-objective optimization techniques based on evolutionary computation. The achievement of the Ingenuity aerial explorer, which is the first device capable of flying in the thin Martian atmosphere, is highlighted as a very important milestone in space exploration. The study carries out an exhaustive review of recent advances in path planning for UAVs using multi-objective evolutionary algorithms. These algorithms aim to simultaneously minimize three key aspects considered for a UAV: the total distance traveled, the smoothness of the trajectory, and the maximum height reached, the latter due to the low atmospheric density present on Mars. The selected algorithms are three well-known ones with different functionalities: NSGA-II, SMS-EMOA and MOEA/D. To validate the proposed approach, a UAV model is defined that is simulated in the Gazebo and ROS environments. Additionally, a PID controller capable of following the trajectories resulting from the optimization is developed. The multi-objective evolutionary algorithms are tested in a scenario, selecting three trajectories of increasing difficulty, and are compared with more traditional path planning methods, such as A* and different versions of RRT. The results obtained show that the NSGA-II algorithm achieved the best performance, generating highly optimized solutions in terms of the three objectives considered. One of the main advantages of multi-objective evolutionary methods is that they provide a Pareto front with the best solutions, which allows selecting the most appropriate one according to the specific needs of each scenario. Finally, the simulation of the UAV following the selected trajectory demonstrates the effectiveness of the proposed approach for autonomous navigation in the Martian environment. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2024-08 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Jiménez Domínguez, M. A., (2024), Diseño de trayectorias para vehículos aéreos no tripulados en ambientes marcianos mediante cómputo evolutivo, Tesis de Maestría, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. | |
| CIENCIAS DEL ESPACIO | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Maestría en Ciencia y Tecnología del Espacio |
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