Nghiên cứu và đề xuất thuật toán lập bản đồ 3D cho robot, áp dụng vào drone và được mô phỏng trên nền tảng ROS

Abstract

Lập bản đồ 3D thời gian thực là yếu tố then chốt giúp drone tự hành định vị và điều hướng an toàn trong môi trường biển. Bài báo đề xuất một phương pháp mới dựa trên máy tính tái cấu hình, thay thế các giải pháp truyền thống như SLAM xác suất hay mạng nơ-ron sâu - vốn tiêu tốn tài nguyên và thiếu tính minh bạch. Phương pháp sử dụng automat tái cấu hình, triển khai trên kiến trúc xử lý song song dạng đường ống, cho phép xử lý dữ liệu LiDAR hiệu quả với chi phí phần cứng thấp. Không gian 3D được biểu diễn theo hai chế độ: Không nhóm và nhóm automat, nhằm cân bằng giữa độ chính xác và hiệu suất tính toán. Mô hình được tích hợp trong ROS/Gazebo (sử dụng drone Hector Quadrotor) và mô phỏng trong Simulink bằng mạch tổ hợp Boolean. Kết quả cho thấy độ chính xác đạt 100% khi mật độ chướng ngại vật ≥83%; sai số tối đa 52,8% chỉ xuất hiện ở mật độ thấp (~14%) trong chế độ nhóm, đồng thời thời gian xử lý giảm 2,2 lần. Bản đồ đầu ra hoàn toàn khớp với môi trường mô phỏng. Nhờ tính minh bạch, khả năng diễn giải và linh hoạt tái cấu hình, giải pháp này có tiềm năng ứng dụng cao trong giao thông biển, đặc biệt trong khảo sát địa hình, giám sát công trình và cứu hộ trên biển.