A Minimalistic 3D Self-Organized UAV Flocking Approach for Desert Exploration

要約

この研究では、マルチローター無人航空機 (UAV) のための最小限の群れ群集アプローチを提案します。
私たちのアプローチにより、外部から提供される方向情報交換（整列制御）なしで、群れがランダムな方向に凝集して整列した群れ（集団運動）を達成することができます。
この方法は、UAV の搭載センサーを通じて取得される、局所的に近接する群エージェントの相対距離と方位のみを使用するため、最小限の感覚要件に依存しています。
したがって、私たちの方法は、群れのメンバー間で明示的な通信を行うことなく、急峻な地形の上で一般的な形状の群れを安定させ、制御することができます。
3 次元方式で近接制御を実装するには、レナード・ジョーンズ ポテンシャル関数を使用して、ロボット間の凝集性を維持し、衝突を回避します。
提案されたアプローチのパフォーマンスは、9 台の UAV チームによる実験によって現実世界の条件でテストされました。
実験では、全地球航法衛星システム (GNSS) などの外部測位システムから独立した UAV に対する私たちのアプローチの使用法も示しています。
私たちのグループが以前に提案した紫外線方向測距（UVDAR）システムによる相対的な視覚的位置特定のみに依存する実験により、私たちのシステムがGNSSが拒否された環境でも適用できることが検証されました。
整列と凝集性の達成度は、秩序と定常状態の値の測定基準を使用して評価されました。

要約(オリジナル)

In this work, we propose a minimalistic swarm flocking approach for multirotor unmanned aerial vehicles (UAVs). Our approach allows the swarm to achieve cohesively and aligned flocking (collective motion), in a random direction, without externally provided directional information exchange (alignment control). The method relies on minimalistic sensory requirements as it uses only the relative range and bearing of swarm agents in local proximity obtained through onboard sensors on the UAV. Thus, our method is able to stabilize and control the flock of a general shape above a steep terrain without any explicit communication between swarm members. To implement proximal control in a three-dimensional manner, the Lennard-Jones potential function is used to maintain cohesiveness and avoid collisions between robots. The performance of the proposed approach was tested in real-world conditions by experiments with a team of nine UAVs. Experiments also present the usage of our approach on UAVs that are independent of external positioning systems such as the Global Navigation Satellite System (GNSS). Relying only on a relative visual localization through the ultraviolet direction and ranging (UVDAR) system, previously proposed by our group, the experiments verify that our system can be applied in GNSS-denied environments. The degree achieved of alignment and cohesiveness was evaluated using the metrics of order and steady-state value.

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