2022 Fiscal Year Research-status Report
A Study on Technology Fusion of Distributed Cooperative Control and Wireless Distributed Networks
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21K04070
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| Research Institution | Meijo University |
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Principal Investigator |
小林 健太郎 名城大学, 理工学部, 准教授 (40583878)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 制御通信 / 無線制御 / 自律分散制御 / 無線分散ネットワーク / ドローン / Wi-Fi RTT / Robot Operating System |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ロボットやドローンなどを無線分散ネットワークを介して分散協調制御を行う無線制御システムについて，限られた無線通信リソースの下でさらなる制御性能の向上を図るため，前年度の検討を踏まえ，制御と通信のクロスレイヤ設計・最適化について以下の検討を行った．
(A)移動ロボットの自律分散制御において，Wi-Fi等に採用されるCSMA/CA通信を用いた合意制御の制御品質を向上させる通信方式について検討を行った．CSMA/CA通信では，隠れ端末や通信バックオフの重なりによる通信衝突によって制御期間内に制御情報を受信できない場合が生じて合意制御品質が劣化する問題が存在する．これに対し，通信衝突により受信できない制御情報を補うため，隣接するロボットから得た制御情報を自身の制御情報と合わせて転送する手法を考案した．データ長などのパラメータが提案手法の性能に与える影響を評価し，転送データ長が比較的短い場合において合意成功率の向上や移動時間の短縮が図れることを明らかにした．
(B)移動ロボットの制御において必要となる屋内での自己位置測定の手法として，Wi-FiアクセスポイントとのRound Trip Time(RTT)を利用した実験環境の構築を進めた．マイコンボードにWi-Fi RTT(IEEE802.11mc)対応無線LANモジュールとRobot Operating System(ROS)制御フレームワークを搭載したドローンを構築し，Wi-Fi RTTを用いた屋内測位に加え，ARマーカーとドローン搭載カメラを用いた屋内測位について検討した．Wi-Fi RTTとARマーカーのそれぞれの方式における屋内飛行時のドローンの自己位置推定精度を実験的に明らかにした．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
(A)移動ロボットの自律分散制御において，Wi-Fi等に採用されるCSMA/CA通信を用いた合意制御の制御品質を向上させる通信方式として，通信衝突により受信できない制御情報を補うため，隣接するロボットから得た制御情報を自身の制御情報と合わせて転送する手法に関して，学会発表2件の成果を公表している（2022年6月，2022年12月）．予測制御との組み合わせやマルチホップ伝送との組み合わせも検討を進めている．
(B)Wi-Fi RTTを用いた屋内測位では，ホバリング状態のドローンにおいて1m程度の誤差で測位が可能であることを明らかにした．また，ARマーカーを用いた屋内測位では，ホバリング状態のドローンにおいて1cm程度の誤差で測位が可能であることを明らかにした．これらに関して，学会発表2件の成果を公表し（2023年3月），さらに学会発表2件の成果を公表予定である（2023年5月）．Wi-Fi RTTによる測位とROSによる自律飛行制御の両方を可能とするドローンの実装に手間取ったため，より詳細な測位評価実験やアルゴリズムなどの改良は今後の課題として残った．
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| Strategy for Future Research Activity |
(A)得られた成果に基づいて，ロボットの移動先という予測制御も踏まえた方式へと拡張を行う．また，これまでの平均合意制御の検討だけでなく，自律分散制御の代表例の一つである被覆制御に対しても提案手法の有効性の評価進める．提案手法を改良し，マルチホップ伝送との融合についても検討を進める．
(B)Wi-Fi RTTによる屋内測位が可能な実験環境を発展させる．Wi-Fi RTTを用いた屋内測位のリアルタイム処理，ドローンのオドメトリデータとの連携，より小型なドローンの実装を進める．位置測定アルゴリズムの改良による測位精度の向上も進め，アクセスポイントの位置や周波数の違いによる精度比較や移動時の速度による精度比較を進める．
得られた研究成果は，電子情報通信学会やIEEEの各研究会・国際会議を通じて公表するとともに，成果をまとめて学会論文誌へと投稿を行う．
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| Causes of Carryover |
研究進捗がやや遅れたこともあり該当年度の国際会議への投稿・参加を見送ったため旅費について次年度使用額が生じた．次年度における国際会議参加旅費として使用する予定である．
一方，ドローンやWi-Fi RTTの機器構成の改良のためにフライトコントローラやアクセスポイントなどが必要となったこともあり，一部３月末～４月初旬に物品費として利用した．
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