Optimal Path Planning for Aerial Load Transportation in Complex Environments using PSO-Improved Artificial Potential Fields

要約

この記事では、粒子群最適化 (PSO) を使用して、複雑で動的、静的な環境における空中貨物輸送の最適な経路計画を調査します。
階層的な最適制御システムは、オイラー ラグランジュの運動方程式を使用して、ケーブルで吊り下げられたペイロードを備えたクワッドローター用に設計されています。
障害物を通り抜けるために、PSO アルゴリズムと組み合わせた改良された人工ポテンシャル フィールドが、リーダーとして機能する仮想点への最短経路を決定するために使用されます。
このリーダーは、固定障害物と移動障害物の両方との衝突を回避しながら、システムを目標点に向かって誘導します。
さまざまな PSO 手法を使用して重力と反発係数の力が微調整され、最適な軌道が得られ、持続時間が最小限に抑えられます。
識別された点は、スライディング モード戦略に基づいて、クアッドローター位置制御の望ましい位置として機能します。
最後に、システムによるペイロードの輸送が成功したことを示す数値結果を示します。

要約(オリジナル)

In this article, we investigate the optimal path planning for aerial load transportation in complex, dynamic, and static environments using Particle Swarm Optimization (PSO). A hierarchical optimal control system is designed for a quadrotor equipped with a cable-suspended payload, employing Euler-Lagrange equations of motion. To navigate through obstacles, an improved artificial potential field combined with the PSO algorithm is used to determine the shortest path for a virtual point, acting as a leader. This leader guides the system toward the target point while avoiding collisions with both fixed and moving obstacles. The gravitational and repulsion coefficient forces using various PSO methods are fine-tuned to achieve the best trajectory and minimize time duration. The identified point serves as the desired location for quadrotor position control, based on a sliding mode strategy. Finally, we present numerical results to demonstrate the successful transportation of the payload by the system.

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