Development of an Algorithm for UAV Formation Control for Structural Inspection
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20K05010
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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 25020:Safety engineering-related
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| Research Institution | Nippon Institute of Technology |
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Principal Investigator |
神林 靖 日本工業大学, 先進工学部, 准教授 (40269527)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
滝本 宗宏 東京理科大学, 理工学部情報科学科, 教授 (00318205)
松澤 智史 東京理科大学, 理工学部情報科学科, 講師 (20385529)
鎌田 賢 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (70204609)
中谷 多哉子 放送大学, 教養学部, 教授 (30431662)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| 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: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 移動エージェント / 飛行ロボット / 編隊構成 / マルチコプター / アドホック通信 / 飛行制御 / シミュレーション / アルゴリズム / エージェント |
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| Outline of Research at the Start |
橋梁のような複雑な形状をもつ構造物の健全性を，外側から精査する自律的無人飛行群ロボットシステムを開発する。無人飛行体による構造物検査も試験的に行われているものの，すべて人間が操縦するものである。その性質上一機を巡回させて人間が視覚検査する方法であり，見落としも多く，災害復旧時のような緊急時には間に合わない。この問題を解決するために，複数の自律的な飛行ロボットの編隊によって，網羅的な構造物の健全性検査を自動化する。そのために，構造体から一定の距離を保ちつつ編隊を維持する無人飛行体の制御アルゴリズムを構築する。編隊の制御にはベクトルをもつ移動エージェントを使用する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
飛行ロボットの編隊を任意の形状に編成するアルゴリズムを開発している。このアルゴリズムは，今まで培ってきた移動エージェントを用いた分散処理を基本とする。シミュレータ上で開発したアルゴリズムが有効であることを確認するべく，助成金にて購入した飛行ロボッットPhantom 4上に実装している。Phantom 4（以下UAV）ではAPIが公開されていないので，UAV上のセンサから受け取ったデジタル情報から制御情報を生成して，更にそれをアナログ信号に変えてUAVに送信して飛行制御を行うという方法を採用している。この手法については国際会議で発表して学術論文への推薦を頂戴した。
アルゴリズムは単純で計算量の少ないものが求められるので，効率的なアルゴリズムを構築するべく努力を続けている。今年度中に複数の機体による自律協調飛行を完成させる予定である。そこでは，先導者となる飛行ロボットが，超音波センサと光学カメラを用いて構造物から一定の距離を取りつつ基準位置を定めることで，追随する各飛行ロボットが自律的に各々の位置を定められる。
並行して飛行する2機のUAVを組として，一方が光を照射し他方がその影を撮影する制御アルゴリズムも開発する。実機での実装を目指す。そのためのカメラで撮影した画像からコンクリートの割れ目を検出するプログラムは昨年度に完成している。
Raspberry Pi3上でアドホック通信ができることはわかっているので，2機の飛行ロボットに実装する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
Phantom 4（以下UAV）にはAPIが公開されていないので，UAV上のセンサから受け取ったデジタル情報から制御情報を作成して，更にそれをアナログ信号に変えてUAVに送信して飛行制御を行うという方法を採用している。この手法については国際会議で発表して学術論文への推薦を頂戴した。
デジタル信号とアナログ信号との間の変換という当初予定していなかった作業が発生してしまったので，その対応に時間が取られた。当初は既製品のUAV（Phantom 4）を使用して実装実験をできる予定であったが，上記理由によりUAVそのものを設計し製作することになったことも遅延を生じさせる原因となった。
新しい方針のもとに鋭意実装に取り組んでいる。今年度中に当初予定していた実装と実験を完了させて成果を発表できるものと期待している。
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| Strategy for Future Research Activity |
飛行ロボットの編隊を任意の形状に編成するアルゴリズムを完成する。このアルゴリズムには，今まで培ってきた移動エージェントを用いた分散処理を基本とする。アルゴリズムが有効であることを確認するために，並行して2機の飛行ロボットで一方が光を照射し他方がその影を撮影する制御アルゴリズムを開発する。UAV間では，アドホック通信を実装する。
Phantom 4を利用した現在のUAVではデジタル信号とアナログ信号との間の不要な変換が発生してしまっているので，一からUAVを自作することでこの問題を解消する予定である。
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Report
(3 results)
Research Products
(4 results)
