2020 Fiscal Year Research-status Report
複数台のドローン・地上機複合システムに対する視覚フィードバック協調制御
| Project/Area Number |
20K04541
|
|---|
| Research Institution | Kanazawa Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
村尾 俊幸 金沢工業大学, 工学部, 准教授 (00447038)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平田 研二 富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (40314364)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 協調制御 / 位置姿勢制御 / 視覚フィードバック制御 / 複数台ドローン / 複数台地上移動ロボット |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では，複数台のドローンから得られるカメラ画像を用いた複数台地上移動ロボットの協調制御を視覚フィードバック制御で行う問題に取り組んでおり，研究全体を通してシステム工学的なアプローチにより安定性や性能に理論的な保証を与えることを目指している．
今年度ははじめに，複数台の地上移動ロボットに対する協調制御手法の構築に取り組んだ．具体的には，性能の高い地上機の複数台協調制御手法を目指し，地上機の動特性を考慮した合意制御手法を提案した．なお，提案した制御手法は，位置だけでなく姿勢に対しても同期する制御手法となっている．位置同期だけの制御手法に比べると，ロボット群に対して位置だけではなく姿勢についても同期させることができるために，たとえば環境モニタリングなど姿勢の一致が必要となるシステムへも適用でき，応用先が広がると考えられる．さらに，提案したダイナミクスを考慮した位置姿勢同期手法に対して，オムニホイールを有する四輪の全方向移動ロボットを用いて検証実験を行った．全方向移動ロボットはトルク入力指令を与えられるものを製作し，4台の地上移動ロボットに対して，位置姿勢同期が達成されることを確認した．
また本研究課題は，複数台ドローンと複数台地上機からなる複合システムに対して視覚フィードバック協調制御を提案することが主目的となることから，ドローンに対する実験環境の構築を行った．具体的には，ドローンに搭載するカメラに対するカメラモデルを考慮し，GPSや高度センサ等の他のセンサを用いずに視覚情報のみで実現できる制御手法を，一台のドローンに適用し，ドローンが制御可能となることを確認した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
視覚情報による複数台ドローンのフォーメーション制御に関しては，実験環境の構築が主となってしまったが，複数台地上機の協調制御に関しては，議論が進んでいる．来年度はドローンのフォーメーション制御に対して主に取り組んでいくとともに，地上機に対する目標値生成手法の構築にも取り組む．
|
| Strategy for Future Research Activity |
来年度は，はじめに安全性や最適性を考慮した複数台ドローンのフォーメーション制御に取り組む．制御理論的なアプローチの中で，設定した危険な領域に入らないことを保証する安全性という概念が最近議論され始めているが，本研究では理論的に安全性を満たした上で最適性も考慮することを目指し，制御バリア関数を導入する．来年度に取り組む制御実験は，Google Mapで得られた航空画像を大きく印刷し，その上を複数台のドローンに対してフォーメーション制御させることを試みる．ドローンの台数や状況によってより広域をカバーできるように，目標フォーメーションを変化させる検証実験も行っていきたい．
さらに，時相論理を用いて，障害物や危険区域を避け指定した通過点を経由する地上機に対する目標値生成手法の構築に取り組む．本研究では，計算負荷の観点から，ロボットの自己位置推定と地図構築を同時に行うSLAM手法の採用を避ける．その代わり，動作中に刻々と変化するシステムの状態に対して静的な性質の成否の時間的な変化に対応可能となる時相論理を用いて目標値を生成し，指定した途中通過点を必ず通る一方で，障害物を避け危険な区域には入らない等の複雑なタスクも陽に設定できる目標値生成手法の実装を目指す．また，地上移動ロボットにも制御バリア関数を用いた手法を導入し，それらを組み合わせることで，制御理論的に安全性を議論していきたい．
|
| Causes of Carryover |
今年度の実験環境構築の結果を通してより相応しいものを購入できるように，実験用計算機の一部購入を次年度に回したため．
|
