視覚サーボ系の幾何学的構造の解析と合理的な制御系設計に関する基礎研究

Research Project

Project/Area Number	07750266
Research Category	Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Research Field	Dynamics/Control
Research Institution	Okayama University
Principal Investigator	橋本浩一岡山大学, 工学部, 講師 (80228410)
Project Period (FY)	1995
Project Status	Completed (Fiscal Year 1995)
Budget Amount *help	¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000) Fiscal Year 1995: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords	視覚 / サーボ系 / 非線形システム / 幾何学的構造 / 制御 / ロボット
Research Abstract	平成7年度は以下の研究を行なった. 1.作業のモデル化…作業対象物の位置とロボットの関節角の関数として画像中の物体の像を記述し,作業のモデル化を行なった.まず,物体の運動を一般化座標系を用いて多様体上の点の運動として記述し,ロボットの運動も同様にして多様体上で記述した.カメラによる観測はこの二つの多様体の積集合から作業を記述する空間への写像として表現した.その結果,作業のモデルは非線形な拘束条件つきの非線形な写像となった. 2.幾何学的構造の解明…1.のモデルの拘束条件と写像の定義域・値域となる多様体の幾何学的構造を解析した結果,特異点が物体の形状に依存することがわかった.そこで物体を平面上の点の集合に限定した場合,4点以上であれば特異点がないことが証明された. 3.視覚サーボ系の制御理論的定式化…2.の定式化に物体の運動とロボットのダイナミクスを導入し,視覚サーボ系を動的システムとして記述した.従来の「特徴ベース法」の定式化では,特異点がなくなるように特徴量を選択するとシステムが不可制御になったが,本定式化においては,可制御性の問題を回避するために,特徴量ベクトルを多様体の接平面に写像して制御することにした. 4.幾何学的構造に基づく制御系設計…制御対象の幾何学的構造に注目し,作業を行なっている時のロボットダイナミクスと画像情報との相互関係を明確にし,これらのモデルに基づき環境の認識・推定機構と制御器の設計を行なった. 5.実験による評価…視覚フィードバックをともなういくつかの作業を実施した.物体の運動を推定するオブザ-バは計算量が多く6自由度の実験を行なうことができなかったが,2自由度の実験では有効性が確認された.また,特徴量が冗長な場合,特異点がなくなり,多様体の構造が単純なものになるため,線形化制御則が有効であることも実験的に確認できた.