非ホロノミックモジュール型全方向移動ロボットの協調制御に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650268
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 橋本 雅文 広島大学, 工学部, 助教授 (10145815)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 江口 透 広島大学, 工学部, 助手 (80253566) ; 大場 史憲 広島大学, 工学部, 教授 (10081267)
• Keywords: 全方向移動ロボット / モジュール型ロボット / 自己位置推定 / デッドレコニング / オドメトリ / ジャイロ / センサーフュージョン / カルマンフィルタ

Research Abstract

設計のフレキシビリティの向上を図るため,ロボットの駆動・操舵車輪をユニット化しておき,要求されるペイロードに応じて車輪ユニットの台数を定めてロボットを構築するモジュール型全方向移動ロボットに関して,高精度のデッドレコニングを実現する方法を構築した.主な結果を以下に示す.
(1)各車輪ユニット(WM)は自己のオドメトリに基づきロボットの位置が推定できることから,ロボットにおいてオドメトリ系は冗長となる.そこで,冗長なオドメトリ情報を融合することでロボットの位置推定精度を改善した.さらに,WMの車輪径の不確実性や実走行に際して生じる車輪の滑り等が存在する状況下においても精度良い位置推定を行うため,DMに搭載したジャイロからの旋回速度情報をも融合した.
(2)冗長オドメトリ系とジャイロ情報の融合アルゴリズムは,拡張カルマンフィルタを基礎として定式化した.その際,WM相互の情報交換の非同期性やWMの台数増加に伴う計算量の増加等の問題に対処するため,数学的な厳密さは犠牲にしてアルゴリズムの分散化を図った.また,融合アルゴリズムにおいて,車輪径や車輪の滑りに関する誤差分散を状況に応じて変化させる融合ルールを組み込んだ.これによりロボットの進行速度,角速度がともに改善でき,高精度のデッドレコニングが可能となる.
(3)2台ならびに4台のWMからなる2種類の移動ロボット実験プラットフォームを構築し,実験を行った結果,各WMが独立してロボットの位置を推定する場合に比べて,ロボットの位置を高精度に推定できることを確認した.

Research Products

• [Publications] M.Hashimoto,: "Control of an Omnidirectional Vehicle with Multiple Modular Steerable Drive Wheels"Journal of Robotics and Mechatronics. 11・1. 2-12 (1999)
• [Publications] M.Hashimoto,: "Odometry in Cooperative Multi-Mobile Robots system"Journal of Robotics and Mechatronics. 11・5. 411-416 (1999)
• [Publications] M.Hashimoto,: "Dead Reckoning of a Modular Omnidirectional Vehicle"Proc.of 15th World Congress of International Measurement Confederation. CDROM (1999)
• [Publications] M.Hashimoto,: "Path Tracking Control of a Modular Omnidirectional Vehicle"Proc. of IEEE Int.Conf. on Systems,Man and Cybernetics. CDROM (1999)
• [Publications] M.Hashimoto,: "Dead Reckoning of a Heavy-Duty Outdoor AGV by Fusing Odometry Gyro"Proc. of Japan-USA Symp. on Flexible Automation symposium(掲載決定). (2000)
• [Publications] 橋本: "冗長オドメトリ系とジャイロ情報の融合によるモジュール型全方向移動ロボットのデッドレコニング"日本機械学会論文集C編. (掲載予定). (2000)