非線形モデル予測制御による視覚サーボ系の高性能化に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650440
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 藤田 政之 金沢大学, 工学部, 教授 (90181370)
• Keywords: モデル予測制御 / 非線形制御 / 視覚サーボ / 視覚フィードバック / ロボット制御 / ロバスト制御 / H_∞制御 / ディジタル制御

Research Abstract

本年度は,まず視覚サーボ問題に対する数学的なモデリングを行なった.具体的には,視覚サーボの対象となる物体の動きを,カメラの画像面上に現れるオプティカルフローを求めることにより表現し,カメラの透視変換やロボットマニピュレータのリンク座標間の同次変換,ロボットマニピュレータのダイナミクスを考え合わせて,3次元空間中での物体の動きを記述した.
つぎに,数学的モデルに基づき,制御則設計のための問題を設定した.画像計測においては,誤差やノイズ,離散化の影響などによりモデルに不確かさが存在する.一方,ロボットマニピュレータの動的制御においても,やはりパラメータにおける不確かさは避けられない.そこで,このような不確かさに対しても望ましい追従特性をロバストに達成する制御則の設計問題を,非線形モデル予測制御の枠組に基づいて考えた.
そして,設定された制御目的を満足するように,制御系設計を実施した.まず,ロボットマニピュレータのダイナミクスにおいて,トルク入力から関節角速度出力に対し受動性と呼ばれる興味深い性質の成立することがすでに知られている.この性質に着目することにより,系のリアプノフ関数を自然に定義することが可能となる.そこで,フィードバックゲインを適切に調整することによって,この関数が望ましい安定性や制御性能を達成するように整形し,これによりロボットマニピュレータの視覚サーボ制御に対する非線形モデル予測制御系設計を進めた.このとき制御則の設計には,制御系設計のためのソフトウェアを積極的に援用している.
これと同時に,カメラ・画像処理装置とロボットマニピュレータ装置に対して,高速実時間ディジタル制御装置を連結し,必要となるソフトウェアも設定した上で,基本的な動作が可能となるように実験の準備を完成させた.

Research Products

• [Publications] 藤原幸広: "ビジュアルサーボによる自動車の自動操縦"電気学会論文誌C. 120C-4. 501-506 (2000)
• [Publications] T.Azuma: "A New LMI Approach to Analysis of Linear Systems Depending on Scheduling Parameter in Polynomial Forms"at-Automatisierungstechnik. 48-4. 199-204 (2000)
• [Publications] R.Suzuki: "H_∞ Control of a Nonlinear Magnetic Suspension System with Feedback Linearization : An Experimental Study of Robustness and Fragility"電気学会論文誌C. 120C-8. 1195-1200 (2000)
• [Publications] 平田研二: "拘束システムに対する出力フィードバックスイッチング制御則の構成法"システム制御情報学会論文誌. 13-8. 386-393 (2000)
• [Publications] 平田研二: "オブザーバ型部分スイッチング制御則による拘束システムの安定化"システム制御情報学会論文誌. 13-9. 424-432 (2000)