2016 Fiscal Year Research-status Report
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15K06155
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| Research Institution | Tokyo City University |
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Principal Investigator |
野中 謙一郎 東京都市大学, 工学部, 教授 (30298012)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 制御工学 / 組込みシステム / 移動ロボット / モデル予測制御 / 分散制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脚車輪型移動ロボットは脚と車輪を併せ持つ移動体で，脚による複雑な地形の踏破と，車輪による平坦な地形の高速移動を実現可能である．特に月面などの低重力下での運用が期待され，NASA/JPLのATHLETEなどの実証機の研究開発も行われている．しかし，レゴリスで覆われた脆弱な地盤での沈降を回避するために，車輪の荷重配分を考慮しながら，安全で効率の良い運動を実現する高度な制御が必要になる．非線形のモデル予測制御（MPC）は，これらの要求を満たす制御手法で，制約条件を考慮しながら実時間で最適制御を実現する．一方で宇宙空間などの極限環境では，頑強性や信頼性を重視した低速・低電力のCPUを使用する必要があり，一般に計算コストが高いとされるMPCの実装は容易ではない．そこで，本研究では，MPCの計算を脚ごとに行う協調分散型制御により，計算量を大幅に削減する分散協調型のMPCのアルゴリズムの開発と実証を目的としている．
平成28年度は，昨年度に構築した平面脚車輪型移動ロボットを対象とする協調分散型制御則の，実機における有効性と計算速度の検証を行った．ベンチマークとしたいくつかの目標軌道に対して，従来手法の統合型のMPCや準ニュートン法による最適脚配置と比較を行い，同等の追従性能を達成できることを示した．またより簡略したモデルである全方向移動ロボットについて階層型のMPCの制御実験を行い，冗長な関節自由度を利用することで急峻な運動でも追従性能を改善できることを実証した．また，実験機の位置制御のための，マーカーのオクルージョンを考慮した位置推定手法を構築した．さらに，軟弱地盤における車輪の沈降を考慮した動的シミュレーターの開発を行い，スリップ率の制御による走行を実現した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
目標とした平面型の脚車輪型移動ロボットの実機に対する協調分散型制御則の検証は実施し，その有効性は確認できた．また誘導制御器との階層型の制御則も実装し，遮蔽を考慮した位置計測システムも構築できた．また，立体型の脚車輪型移動ロボットの統合型のMPCも基本的な制御システムは構築できたので，大部分は計画通り研究を進めることができている．一方で，軟弱地盤上のシミュレーションは，タイヤの縦方向の運動は実装できたが，横方向のダイナミックスの検証が不十分であり，また，外部の組込みCPUと接続した制御システムについても開発が完了していないため，やや遅れていると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は，脆弱地盤上の車輪の沈降を考慮したシミュレーションと外部CPUを接続したシミュレーションシステムを完成させる．さらに，構築した立体型の脚車輪型移動ロボットについて，シミュレーションにおける協調分散型のモデル予測制御を実現する．その上で車輪への荷重の等配分によるタイヤの沈降の抑制をシミュレーションにおいて確認する．また，平面型の脚車輪型移動ロボットについては，分散化した制御器の頑強性の確認をさらに深め，車体の拘束条件の変動に対する感度を確認する．さらに，実機実験を通じて，多様な軌道に対する軌道追従性と障害物回避性能を検証する．
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| Causes of Carryover |
当初海外の会議で発表を予定していた論文の発表を，国内開催の会議(Modelica2016, SI2016)で行ったために，学会参加費用が少なくなった．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
繰越額は，最新版のDymolaの年間契約ライセンスを購入するために使用する．
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