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A Study on Visual Feedback Control for an Unmanned Aerial and Ground Compound Robot System

Research Project

Project/Area Number 20K04541
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21040:Control and system engineering-related
Research InstitutionKanazawa Institute of Technology

Principal Investigator

Toshiyuki Murao  金沢工業大学, 工学部, 准教授 (00447038)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 平田 研二  富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (40314364)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywords協調制御 / 位置姿勢制御 / 視覚フィードバック制御 / ドローン / 複数台地上移動ロボット / 複数台ドローン / 地上移動ロボット / 制御バリア関数
Outline of Research at the Start

本研究課題では,複数台のドローンから得られるカメラ画像を用いた複数台地上移動ロボットの協調制御を視覚フィードバック制御で行う問題に取り組む.はじめに安全性や最適性を考慮した複数台ドローンのフォーメーション制御に取り組む.つぎに制御バリア関数やデータ駆動型学習を適用することで,ロバストで性能の高い地上機の複数台協調制御手法を提案する.並行して,障害物や危険区域を避け指定した通過点を経由する地上機に対する目標値生成手法を構築する.本研究では,理論的な議論に留まらせず,ドローンと地上走行移動ロボットによる検証実験を通して,実環境で使える制御手法の構築を目指す.

Outline of Final Research Achievements

In this research, we present a pose synchronization method for ground mobile robots. The torque input is designed based on the robot dynamics of an omni-directional mobile robot through the Newton-Euler equation.
Next, we present pose control methods via input-to-state safe control barrier functions. The control objective is that a mobile robot converges to the desired pose avoiding any obstacles under input disturbances. The proposed approach can be applied to pose control for the rigid body motion and the visual feedback system.
We also conduct experiments for visual feedback control of an omni-directional mobile robot through the image information from an aerial vehicle. In this approach, we design the control law for not only the ground mobile robot but also the aerial vehicle because of an acquisition of the appropriate camera field of view.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では地上移動ロボットやカメラを有するドローンに対して,実環境での適用において避ける事が難しい入力外乱や障害物回避を考慮できる最適制御手法を提案している.これらは提案した障害物回避のための関数が,入力状態制御バリア関数となることを学術的に示したところに価値がある.また,上空でカメラ視野を適切に得られるように制御された,カメラを有するドローンから得られた画像情報に対して,深層学習を用いて道路を判別し,地上移動ロボットがその上を走行するような位置姿勢制御手法を実装した.大きく印刷したGoogle Mapの航空画像に対して実機実験を行っており,実環境への適用も期待される.

Report

(4 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2023 2022 2021 2020

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results)

  • [Journal Article] Pose Control With an Input-to-state Safe Control Barrier Function for Rigid Body Motion2023

    • Author(s)
      村尾俊幸,松本浩輔,河合宏之,伊吹竜也,藤田政之
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems

      Volume: 143 Issue: 1 Pages: 67-75

    • DOI

      10.1541/ieejeiss.143.67

    • ISSN
      0385-4221, 1348-8155
    • Year and Date
      2023-01-01
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Passivity-Based Cooperative Dynamic Control for Human-Rigid Body Networks2021

    • Author(s)
      村尾俊幸, 小塩祐亮, 河合宏之, 山内淳矢, 畑中健志, 藤田政之
    • Journal Title

      IEEJ Transactions on Electronics, Information and Systems

      Volume: 141 Issue: 11 Pages: 1165-1174

    • DOI

      10.1541/ieejeiss.141.1165

    • NAID

      130008110187

    • ISSN
      0385-4221, 1348-8155
    • Year and Date
      2021-11-01
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A Dynamic Budget-balanced Integration Mechanism for LQG Power Networks with Individual Preferences2021

    • Author(s)
      村尾俊幸, 鈴木志昇, 平田研二, 内田健康
    • Journal Title

      Transactions of the Society of Instrument and Control Engineers

      Volume: 57 Issue: 8 Pages: 358-366

    • DOI

      10.9746/sicetr.57.358

    • NAID

      130008076437

    • ISSN
      0453-4654, 1883-8189
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 入力状態安全制御バリア関数を用いた相対位置姿勢に対する最適化制御2022

    • Author(s)
      岡田海翔, 村尾俊幸, 河合宏之
    • Organizer
      SICE システム・情報部門 学術講演会 2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 線形計画法を用いた目標速度生成による位置姿勢制御に関する研究2022

    • Author(s)
      岡田海翔, 村尾俊幸, 河合宏之
    • Organizer
      2022年度 電気・情報関係学会 北陸支部連合大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 三次元空間の移動体に対するロバスト制御に関する研究2022

    • Author(s)
      杉林大介, 村尾俊幸, 河合宏之, 鈴木亮一
    • Organizer
      2022年度 電気・情報関係学会 北陸支部連合大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 入力状態安全性を考慮した制御バリア関数による位置姿勢制御に関する研究2021

    • Author(s)
      松本浩輔, 村尾俊幸, 河合宏之
    • Organizer
      2021年度 電気・情報関係学会 北陸支部連合大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 全方向移動ロボットに対するロバスト制御に関する研究2021

    • Author(s)
      山西耕平, 村尾俊幸, 河合宏之
    • Organizer
      2021年度 電気・情報関係学会 北陸支部連合大会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Presentation] 三輪型全方向移動ロボットに対する Slotine and Li の手法に基づく安定化制御2020

    • Author(s)
      小塩祐亮, 村尾俊幸, 河合宏之
    • Organizer
      2020年度 電気・情報関係学会 北陸支部連合大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report

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Published: 2020-04-28   Modified: 2024-01-30  

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