2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of predictive remote control system to compensate time varying delay with variable horizon length
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19K04457
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
内村 裕 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (00416710)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 変動遅れ補償 / MPC / 遠隔操作 / ロボット制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ネットワーク等の通信路を介した遠隔制御においては、通信路上の遅延によって状態量や制御量が遅れて伝わると、制御系の性能はもとより安定性が損なわれることが大きな課題である。系の遅延を根本的に補償するためには、制御対象の動作を予測する必要があるが、遅延時間が変動する場合には、制御対象は単に遅れて動作するのではなく、時系列の不一致によって想定外の動作となる恐れがある。そこで本研究では、遅延の変動によって想定より早着した目標値が、制御対象における未来の目標値となることに着目し、変動による不整合を解消して生成した参照軌道に対して、モデル予測制御器 (MPC)を適用することで、制御入力を最適化するシステムの構築を目指した。当年度においては、下記のような成果を創出した。
１）ローカル側で遅れの最大値に相当する時間経過後のモデルをオペレータに提示し，操作結果（座標）をリモート側に送信するシステムを，ROS（Robot Operating System）およびGazebo 上に構築した。
２）通信遅延の変動を模擬するバッファを構築し，同変動遅延を通過したデータをMPCの参照軌道に活用する生成器をソフトウェアで実現した。
３）遅延を含む制御系の安定性を確保しながらMPCの制御入力を逐次算出するために，系を安定化する線形制御器を導出し，同制御器の制御入力を上限とする拘束条件とする手法を提案した。
４）上記理論面での検討を踏まえ、数値シミュレーションによる検証を行った後，ROS+Gazeboで構築したVRシステム上で実オペレータを含む遠隔運転実験を行い，提案手法による遅れ補償の有効性を確認した。
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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
従来，変動時間遅れを有するMPC（モデル予測制御）の安定性を直接保証することは困難であったが，系全体を安定化する線形制御器の制御入力を上限とする拘束を付加することで保証する提案した点において新規性のある成果が得られている。また，実実験に準ずる形でVRベースの実験システムを動力学シミュレータ上に構築したため，実際のオペレータの挙動による検証が確認できたことは、計画全体のなかでも着実な前進であるといえるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は，制御理論面における進展を図るべく，拘束条件を導出する際の制御器設計について，より合理的な手法の導出について検討する予定である。また，考案した制御手法を実環境に適用するための実験準備及び実装を行う。具体的には、操作者に提示する遠隔側の状態を提示することで操作支援を行うシステムを使った実システム構築する予定である。
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| Causes of Carryover |
コロナウィルスの影響により，本年度3月期の旅費関係の予算執行に影響が生じた。余剰額は，次年度の旅費に充填する予定である。
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