2018 Fiscal Year Annual Research Report
Shared Autonomous Mobile Sensor Network Systems for Persistent Environmental Monitoring
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18H05903
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山内 淳矢 東京工業大学, 工学院, 助教 (60824563)
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| Project Period (FY) |
2018-08-24 – 2020-03-31
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| Keywords | 制御工学 / 協調自律 / モバイルセンサネットワーク / 環境モニタリング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題は，持続的環境モニタリングに向けた協調自律モバイルセンサネットワークシステムの構築を目指して以下の３点を実施するものである；①ドローン群によるフィールドの指定・複数台地上ロボット群の動的位置推定，②環境重要度の学習と被覆制御，③電池充電を考慮したモニタリングの持続化．課題①に関しては，複数台ドローンを実時間で制御する実験システムを構築し，各ドローンの位置，姿勢を分散的に同期させる制御アルゴリズムの実装を完了させた．さらに，単体ドローンに搭載されたカメラの画像情報を計算機上で実時間処理し，地上を移動する一台のロボットの運動を動的に推定することでドローンを地上ロボットに追従させる制御アルゴリズムの実装まで達成した．課題②に関しては，環境情報に対する情報信頼度の減衰を考慮することで興味領域内を持続的に被覆することが可能な制御アルゴリズムを，課題①で構築した複数台ドローン実験システムに実装をし，アルゴリズムの有効性を確認するに至った．課題③に関しては，ドローンや地上ロボットの電池残量を考慮する制御アルゴリズムを実装するための実験システムを課題①と合わせて構築した．また，制御バリア関数を用いた制御手法に関する文献調査や，シミュレーションによる検証を終えることができた．さらに，構築した実験システムにより，ドローンや地上ロボットを用いた電池充電行動への切り替えを考慮したアルゴリズム検証を行った．
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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
課題①に関しては，当初の予定通り，複数台ドローンを制御する実験システムを構築することができ，また位置姿勢同期制御アルゴリズムの実装にも成功した．また，ドローンに搭載されたカメラからの情報に基づいた制御の実装は当初の計画以上の進展であると評価する．課題②に関しては，当初の計画通り，情報減衰を考慮した持続的な被覆制御を実験システムに実装することができた．環境情報の学習に用いるガウス過程回帰法に関する文献調査は終えることができたが，アルゴリズム提案には至っておらず，次年度への課題として持ち越された．課題③に関しては，当初の計画通り，制御バリア関数を用いた制御の文献調査を終え，アルゴリズムの実験システムへの実装にも至ることができ，十分な進捗であったと評価する．
以上を勘案して(2) おおむね順調に進展している，と評価する．
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| Strategy for Future Research Activity |
課題①に関しては，まずは複数台ロボットを協調的に制御することで，興味領域の画像情報を効率的に取得するアルゴリズムを提案し，昨年度に構築した実験システムによりその有効性を検証する．さらに，昨年度に実装を達成したドローンによる地上ロボットの動的運動推定を拡張し，複数台ドローンによる複数台地上ロボットの動的運動推定アルゴリズムを提案する．さらに，実験システムによりその有効性を検証する．
課題②に関しては，フィールド上を運動する複数台地上ロボットから得られる情報をもとに，ガウス過程回帰により環境を学習するアルゴリズム提案に取り組む．さらに，昨年度実装した持続的被覆制御と組み合わせることにより，環境をオンラインで学習するアルゴリズムへと拡張する．
課題③に関しては，昨年度に実装したロボットの電池残量を考慮するアルゴリズムを，課題①と②のアルゴリズムと組み合わせることで，動的位置推定および被覆制御を行いつつ電池残量を考慮するアルゴリズムへの拡張を行う．さらに，実験システムでの検証を行う．
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