On Automatic berthing/docking by combining optimal control theory and artificial intelligence technology
| Project/Area Number |
19K04858
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24020:Marine engineering-related
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
Maki Atsuo 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50556496)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梅田 直哉 大阪大学, 工学研究科, 教授 (20314370)
秋本 洋平 筑波大学, システム情報系, 准教授 (20709654)
白川 真一 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (90633272)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | Automatic berthing / Autonomous vessel / Optimal control / Machine Learning / Reinforcement learning / 自動離着桟技術 / 最適制御理論 / トラッキング制御 / 強化学習 / ニューロコントロール / 非線型カルマンフィルタ / 機械学習 / システム同定 / 経路追従制御 / 大域的最適化 / 自動着桟技術 / 低速操縦運動 / 動的モデルの逆推定 / 人工知能 / 人工知能技術 |
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| Outline of Research at the Start |
現在、自動運航船の実現に向けた研究が各国で活発に行われています。船の自動化のためには、自動的に岸壁・桟橋に着けるための自動着桟技術の実現が必要不可欠です。しかし、船は慣性が大きく、加えて低速においては舵効きが大変悪化することから、冗長性の乏しい制御システムになっており、非常にハードルの高い技術課題と考えられています。本研究では、この難問に対して、最適制御理論と人工知能技術の観点から取り組みます。最適制御理論では、実時間最適制御による着桟制御を試みるのみならず、最適制御理論の考え方を人工知能技術と融合させた、全く新しい着桟制御技術の開発を行います。
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| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we establish the automatic berthing/docking algorithms by combining the optimal control theory and machine learning. Based upon these technologies, we proposed several algorithms in order to achieve automatic berthing under the external disturbance such as random wind. The proposed algorithms were well validated by a free-running model experiment in a disturbed environment, and we showed that all the proposed algorithms are capable of performing automatic berthing. On the other hand, the study also highlighted some issues, such as the less robustness of the algorithms for the strong wind disturbances. The results of this research are a step toward the realization of reliable and safe automatic berthing technology, and are expected to strengthen the international competitiveness of Japan's shipbuilding industries.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
現在、自動運航船に関する大規模プロジェクトが各国で行われており、日本でも2025年までの自動運航船の実用化を目指しています。その中で自動離着桟技術に関する研究開発スパンは、他の研究課題よりもより長期に亘ると想定されており、この課題がよりハードルの高いものであることを示しています。離着桟時の船では、風外乱等の影響が大きく、操縦流体力も水深等により変化するため、制御の不安定性や不確実性が高まります。本研究で実施した船の動的システムのモデリング、オフライン離着桟航路計画、オンライン修正航路計画、オンライン制御というそれぞれの個別技術の大きな進展は、自動離着桟技術の早期実現に寄与するものです。
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Report
(4 results)
Research Products
(36 results)
