2021 Fiscal Year Research-status Report
駆動車輪付きドローンを用いた協調モニタリング制御系の構築と実験検証
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20K14762
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
仲野 聡史 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (30847893)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 制御工学 / ドローン / 協調制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は，制御理論・実験環境両面の構築に注力し研究成果を挙げた．制御理論面では，本研究の実施計画にある課題のうち，「飛行・車輪走行の切り替え制御系設計」を目指した課題に主に取り組んだ．車輪走行モードを活用してエネルギー効率の向上を図るためには，できるだけ長い時間ドローンが車輪を介して地面に接触することが肝要である．他方，地面に接触したままでは回避することができない障害物が存在する際，適切に飛行を行うことにより障害物を回避する必要性がある．そのため，車輪付きドローンが適切に障害物を回避しながらできる限り地面に接触しつつ移動するという制御目標を，制御リアプノフ関数 (CLF) と制御バリア関数 (CBF) を利用した制御則により達成した．さらに，数値シミュレーションを通して，提案制御則の有効性・妥当性を検証した．
さらに，車輪付きドローンが地面や壁面に接触した状態を維持しながら所望の位置への追従を行う制御則の構築にも取り組んだ．このとき車輪付きドローンの姿勢の表現形式として，特異点が存在せずさらに一意に姿勢を表現することが可能な特殊直交群(SO(3))を用いた．地面・壁面に接触した状態を維持するために加わる力がラグランジュの運動方程式では陽に記述できるという特徴に着目し，SO(3)を用いたラグランジュの運動方程式で車輪付きドローンのモデリングを行った．加えて，得られた運動方程式の構造を陽に考慮した制御則の提案を行った．
また，複数台の車輪付きドローンを用いた協調制御実験の事前準備として，複数台の従来型のドローンを用いた協調制御実験環境の構築にも取り組んだ．
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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
現在まで，本研究の核となる飛行と車輪走行を適切に切り替える制御則を，制御リアプノフ関数 (CLF) と制御バリア関数 (CBF) を利用して提案した．実験環境構築にも順調な進捗を得たことを加味すると，現在までの進捗状況は(2)おおむね順調に進展していると判断する．
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた，飛行と車輪走行を適切に切り替える制御則を，複数台の車輪付きドローンによる協調制御に展開することに注力する．また，提案制御則の実験検証にも取り組む．さらに，得られた研究成果を学術論文誌等で対外的に発表することも目指す．
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| Causes of Carryover |
コロナウイルス感染拡大の影響により，参加・発表した学会がオンライン開催になったため，参加費が大きく減額され次年度使用額が生じた．2022年度は，2021年度に引き続き実験環境構築を目的とした予算の使用を計画している．
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