On Automatic berthing/docking by combining optimal control theory and artificial intelligence technology

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K04858
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 24020:Marine engineering-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Maki Atsuo 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (50556496)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梅田 直哉 大阪大学, 工学研究科, 教授 (20314370) ; 秋本 洋平 筑波大学, システム情報系, 准教授 (20709654) ; 白川 真一 横浜国立大学, 大学院環境情報研究院, 准教授 (90633272)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: Automatic berthing / Autonomous vessel / Optimal control / Machine Learning / Reinforcement learning

Outline of Final Research Achievements

In this study, we establish the automatic berthing/docking algorithms by combining the optimal control theory and machine learning. Based upon these technologies, we proposed several algorithms in order to achieve automatic berthing under the external disturbance such as random wind. The proposed algorithms were well validated by a free-running model experiment in a disturbed environment, and we showed that all the proposed algorithms are capable of performing automatic berthing. On the other hand, the study also highlighted some issues, such as the less robustness of the algorithms for the strong wind disturbances. The results of this research are a step toward the realization of reliable and safe automatic berthing technology, and are expected to strengthen the international competitiveness of Japan's shipbuilding industries.

Free Research Field

Marine Engineering, Control Theory

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

現在、自動運航船に関する大規模プロジェクトが各国で行われており、日本でも2025年までの自動運航船の実用化を目指しています。その中で自動離着桟技術に関する研究開発スパンは、他の研究課題よりもより長期に亘ると想定されており、この課題がよりハードルの高いものであることを示しています。離着桟時の船では、風外乱等の影響が大きく、操縦流体力も水深等により変化するため、制御の不安定性や不確実性が高まります。本研究で実施した船の動的システムのモデリング、オフライン離着桟航路計画、オンライン修正航路計画、オンライン制御というそれぞれの個別技術の大きな進展は、自動離着桟技術の早期実現に寄与するものです。