Optimal Control with Multi-boundary Values for Underactuated Systems

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K04032
• Research Institution: Aichi Institute of Technology
• Principal Investigator: 早川 義一 愛知工業大学, 工学部, 教授 (60126894)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 劣駆動 / 最適制御多点境界値問題 / クアッドローター / 卓球ロボット

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、非線形動特性を有する劣駆動の知能機械を対象に、絶対時刻制御を最適制御多点境界値問題として定式化し、システム制御論的な観点から生じる諸課題を理論と実機検証によって明らかにするである。本年度の実績は以下の通りである。
課題(c)境界値組合せ時系列が及ぼす最適解反復法の計算負荷に関する理論的考察：具体的には、クアッドローターの運動制御では位置（３変数）と姿勢（３変数）の計６変数の内、４変数のみが独立に制御可能である。しかも、その４変数の組合せは複数存在する。今回は垂直方向の位置制御、姿勢（3軸周りの姿勢角）制御を独立な制御量として、クワッドローターの各モータの角速度制御を行った。また、卓球ラケットの打ち返しによる制球制御では、ラケット打ち返し直後のボールの速度（並進とスピン）６変数の内、５変数のみが制御可能であり、今回は相手コートの返球目標位置、ネット上の通過高さと制御可能な5変数との関係、そしてラケットの打ち返し速度、姿勢の関係を明らかにした。
課題(d)クアッドローターおよび卓球ロボットによる実機検証：具体的には、実機検証のため、クアッドロータ―の製作および劣駆動系の最適制御多点境界値問題を実装するプログラミングをC++で行った。クアッドローターの運動を計測するセンサー（加速度計、ジャイロなど）と制御実装にはRaspberryPiとNavio2を用いた。また、クアッドロータ―の3次元位置と姿勢に認識にはモーションキャプチャーを用いるシステムを構築した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究は3年計画で実施することになっており、研究計画の初年度に引き続き、2年度においてもほぼ予定通りに研究が達成された。

Strategy for Future Research Activity

最終年度であり、これまで行ってきた課題(a)～(c)の成果をクアッドローターおよび卓球ロボットによる実機検証する予定である。クアッドロータ―の製作と周辺実験システムはほぼ構築を終えており、制御系の構築、すなわちセンサーノイズ除去とフィードバック制御の実装を行う。また、卓球ロボットについてはロボットのハードウエア制約（主に可動速度）を考慮した最適制御手法を実装する予定である。