A 3D Path Planning Algorithm Based on PSO for Autonomous UAVs Navigation

运动规划 稳健性(进化) 障碍物 粒子群优化 避障 数学优化 计算机科学 路径(计算) 群体行为 趋同(经济学) 路径长度 算法 数学 移动机器人 人工智能 机器人 基因 生物化学 经济增长 经济 化学 程序设计语言 法学 计算机网络 政治学
作者
Alireza Mirshamsi,Simone Godio,Amin Nobakhti,Stefano Primatesta,Fabio Dovis,Giorgio Guglieri
出处
期刊:Springer eBooks [Springer Nature]
卷期号:: 268-280 被引量:3
标识
DOI:10.1007/978-3-030-63710-1_21
摘要

AbstractIn this paper, a new three-dimensional path planning approach with obstacle avoidance for UAVs is proposed. The aim is to provide a computationally-fast on-board sub-optimal solution for collision-free path planning in static environments. The optimal 3D path is an NP (non-deterministic polynomial-time) hard problem which may be solved numerically by global optimization algorithms such as the Particle Swarm Optimization (PSO). Application of PSO to the 3D path planning class of problems faces typical challenges such slow convergence rate. It is shown that the performance may be improved markedly by implementing a novel parallel approach and incorporation of new termination conditions. Moreover, the exploration and exploitation parameters are optimized to find a reasonably short, smooth, and safe path connecting the way-points. As an additional precaution to avoid collisions, obstacle dimensions are artificially slightly enlarged. To verify the robustness of the algorithm, several simulations are carried out by varying the number of obstacles, their volume and location in space. A certain number of simulations exploiting the random nature of PSO are performed to highlight the computational efficiency, and the robustness of this new approach. KeywordsParticle swarm optimization (PSO)3D path planning algorithmUnmanned aerial vehicle (UAV)Autonomous navigation
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