構造異種なエージェント群の制御系設計理論の体系化：人・機械・環境の協働に向けて

Research Project

Project/Area Number	23K22781
Project/Area Number (Other)	22H01511 (2022-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2022-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 21040:Control and system engineering-related
Research Institution	Osaka University (2024) Kyoto University (2022-2023)
Principal Investigator	櫻間一徳大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (10377020)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥12,480,000 (Direct Cost: ¥9,600,000、Indirect Cost: ¥2,880,000) Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000) Fiscal Year 2024: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000) Fiscal Year 2023: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000) Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords	マルチエージェントシステム / 制御系設計理論
Outline of Research at the Start	近年，大規模化する社会ネットワークシステムに応用するため，マルチエージェントシステムの制御系設計理論に関する研究が盛んである．一方，ロボット・ドローン・自動車・人間・それらを取り巻く環境は，構造が異なるエージェントとして捉えられる．これらを協働させるための技術基盤として，スケーラブルな制御系設計手法を開発することが，本研究の目的である．既存研究では同一エージェント群を対象としてモデル縮約に基づく設計が行われていた．構造異種なエージェント群に対する新しいアプローチとして，モデル構造の異種性と観測の相対性を関連付けることで構造異種なエージェント群に対する手法に発展させる．
Outline of Annual Research Achievements	近年，大規模化する社会ネットワークシステムに応用するため，マルチエージェントシステムの制御系設計理論に関する研究が盛んである．特に，システムの規模によらず系統的な設計が可能なスケーラブルな手法が望まれている．一方，ロボット・ドローン・自動車・人間・それらを取り巻く環境は，構造が異なるエージェントとして捉えられる．本研究では，これらを協働させるための技術基盤として，構造異種なエージェント群に対するスケーラブルな制御系設計手法を開発することを，目的とする．本年度は，構造異種なエージェント群の制御問題の適切な定式化について検討した．ここでは，モデル構造を「配位空間」として捉えた．これによって，モデル構造の異種性を自然に組み込んだダイナミクスモデルを構築した. ハミルトニアンシステムがその典型である．例えば，ロボットマニピュレータの配位空間はアームの角度，ドローンの配位空間は3次元上の位置と姿勢からなり，モデル構造の違いを配位空間の違いとして表現できる．一方，観測モデルとしては，エージェントが自律的に動作することを踏まえ，内部センサによる「相対観測」に基づくものとした．また，タスクはエージェントに共通であるため，「絶対座標」上で定義した．ダイナミクスは配位空間上で自然に定義することができるが，相対観測やタスクはそうではない．異なる空間上で定義されたダイナミクス・相対観測・タスクを制御問題として矛盾なく定式化できるための必要十分条件を導出した．最後に，実験機として，2 輪移動ロボットとドローン数台の小規模なシステムを構築した.
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 理論部分はある程度完成し，実験の準備に取りかかっているため．
Strategy for Future Research Activity	まず，構造異種なエージェント群に対するスケーラブルな制御系設計法を開発する課題に取りかかる．ここでは，これまでに体系化した「統一的な相対観測に基づく制御系設計理論」を援用する．本課題では，モデル構造の異種性と観測の相対性の関係を明らかにすることで，配位空間の構造に対する評価関数の不変性によって，タスクが実現可能であるための必要十分条件を導出する.この結果をもとに，エージェント毎に配位空間の構造が異なっていながら，エージェントに共通のタスクを実現するための制御器を設計する.また，ロボット・ドローンの台数を増やした実験に取りかかる．