This paper presents a new trajectory planning algorithm for 3D autonomous UAV volume coverage and visual inspection. The algorithm is an extension of a state-of-the-art Heat Equation Driven Area Coverage (HEDAC) multi-agent area coverage algorithm for 3D domains. With a given target exploration density field, the algorithm designs a potential field and directs UAVs to the regions of higher potential, i.e., higher values of remaining density. Collisions between the agents and agents with domain boundaries are prevented by implementing the distance field and correcting the agent's directional vector when the distance threshold is reached. A unit cube test case is considered to evaluate this trajectory planning strategy for volume coverage. For visual inspection applications, the algorithm is supplemented with camera direction control. A field containing the nearest distance from any point in the domain to the structure surface is designed. The gradient of this field is calculated to obtain the camera orientation throughout the trajectory. Three different test cases of varying complexities are considered to validate the proposed method for visual inspection. The simplest scenario is a synthetic portal-like structure inspected using three UAVs. The other two inspection scenarios are based on realistic structures where UAVs are commonly utilized: a wind turbine and a bridge. When deployed to a wind turbine inspection, two simulated UAVs traversing smooth spiral trajectories have successfully explored the entire turbine structure while cameras are directed to the curved surfaces of the turbine's blades. In the bridge test case an efficacious visual inspection of a complex structure is demonstrated by employing a single UAV and five UAVs. The proposed methodology is successful, flexible and applicable in real-world UAV inspection tasks.


翻译:本文为 3D 自主 UAV 容量覆盖和视觉检查提供了一个新的轨迹规划算法。 该算法是3D 域的高级热赤道驱动区域覆盖多试剂区域覆盖算法的延伸。 有了给定的目标勘探密度域, 算法设计了一个潜在的字段, 并将UAV 引导到具有更高潜力的区域, 即剩余密度的数值较高。 通过实施距离字段和在距离阈值达到时纠正代理人的方向矢量, 防止代理人和代理人之间的碰撞。 考虑用单位立方体测试箱来评估数量覆盖的轨迹规划战略。 对于视觉检查应用, 算法补充了摄像头方向控制。 一个包含从任何地点到结构表面最近距离的场域。 这个场的梯度是为了在整个轨道上获得摄像方向。 三个不同的复杂度测试案例被考虑来验证拟议的直观检查方法。 最简单的假设是使用三台UAVAV 的合成门户结构。 另外两种检查假设情景是基于现实的直径直径测试结构, 而UAV 机的平流路路路路路机的常规检查是正常检查结构, 。 在两个方向上, 一个常规测试结构中, 一个常规测试中, 一个正常检查结构中, 一个正常检查是正常检查结构中, 一个正常测试, 一个正常检查, 一个常规, 一个正常的, 一个正常检查结构是使用。

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