Human assist control for safe personal mobilities
| Project/Area Number |
23K22784
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| Project/Area Number (Other) |
22H01514 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21040:Control and system engineering-related
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| Research Institution | Tokyo University of Science |
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Principal Investigator |
中村 文一 東京理科大学, 創域理工学部電気電子情報工学科, 教授 (70362837)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西村 悠樹 鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (20549018)
佐藤 康之 東京電機大学, 未来科学部, 准教授 (40738803)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
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| Keywords | 制御理論 / ヒューマンアシスト / パーソナルモビリティ / 非線形制御 / 非線形制御理論 / ヒューマンアシスト制御 / 制御バリア関数 / ロボット制御 / 電動車いす |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，厳密制御バリア関数を用いた，入力制約，外乱，システムのパラメータ誤差を考慮した広範囲の社会実装に耐えうる安全アシスト制御理論の構築を行う．また，電動車いすに対して危険度制御則を実装し，安全保障制御理論の実機検証を行う．さらに，電動アシスト自転車および電動キックボードに対する，危険度可視化システムを開発し，安価な安全アシスト装置を構築する．
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| Outline of Annual Research Achievements |
自動車や船舶などの事故が大きな社会問題となる現代において，問題発生時の自動的な安全停止などリスク最小化移行技術が重要技術となってきている．本研究は，零化バリア関数を用いた，入力制約，外乱，システムのパラメータ誤差を考慮した広範囲の社会実装に耐えうる安全アシスト制御理論の構築を行い，電動車いす等に制御則を実装することにより実機実験により制御理論の有効性を示すことが目的である．
理論的な研究成果として，時変厳密零化制御バリア関数を定義し、安全アシスト制御を提案した．また，移動体やロボットなど，制御対象の形状を考慮した制御バリア関数設計法として，積分設計法を提案した．また，漸近安定性のアシストが一般的にはほぼできないことがわかり，一方で実用安定性のアシストは容易であることが分かった．
理論と実験の融合的な研究成果として，バックステッピングを用いた厳密零化制御バリア関数を提案し，電動車いすの壁面への衝突回避問題に適用し，実機実験により有効性を確認した．入力状態制約安全性厳密零化制御バリア関数(ISCSf-SZCBF)を提案し、電動車いすの衝突回避問題に適用し，実機実験により有効性を確認した．
実験的な研究成果として，車両型移動ロボットの壁面への衝突回避問題に対し，障害物との相対的な位置関係の基づくものよりも，一度局所絶対座標系を構成し，その上で衝突回避を行ったほうが，計測誤差の影響が抑えられることがわかった．ヒューマノイドロボットの対象物への接触問題において，制御バリア関数を用いた衝撃を与えない衝突回避制御法に関して実機実験により有効性を確認した．移動体の操作者に対し，安全性の可視化を行うために，ARを用いて，ヒューマンアシスト制御が介入しない入力範囲を画像として操作者に提示するシステムを開発し，移動体の種類を問わない安全アシストシステムを提供できる可能性を示した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
自動車や船舶などの事故が大きな社会問題となる現代において，問題発生時の自動的な安全停止などリスク最小化移行技術が重要技術となってきている．本研究は，零化バリア関数を用いた，入力制約，外乱，システムのパラメータ誤差を考慮した広範囲の社会実装に耐えうる安全アシスト制御理論の構築を行い，電動車いす等に制御則を実装することにより実機実験により制御理論の有効性を示すことが目的である．
本年度の研究成果は，上記目的全項目について当初計画どおりの研究成果が得られているため，おおむね想定どおりに進捗しているものと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで研究代表者は行ってこなかった，安全集合が閉集合である場合について，安全アシスト制御と漸近安定性アシスト制御の研究を進める中で安全集合の補集合である危険集合におけるダイナミクスの性質が重要であることがわかってきた．今後はさらにこの性質を発展させ，安全集合が閉集合である場合に用いることができる基礎定理の導出を目指す．昨年度入力制約を考慮した安全アシスト制御法を開発したが，他入力の場合には入力が不連続になる可能性がある課題が明らかとなったため，この問題を解決する新たな制御法の開発を行う．
また，システムの安全性を補償する実機実験において，センサの遅延や同期が非常に大きな影響を与えることがわかってきたため，周期外乱オブザーバを用いたキャリブレーション技術を開発する．
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Report
(1 results)
Research Products
(18 results)
