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2022 Fiscal Year Research-status Report

Brainless Approach to Realize Cooperative Maneuvering Control of Sheepdog Systems

Research Project

Project/Area Number 22K14277
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

角田 祐輔  大阪大学, 大学院工学研究科, 特任助教(常勤) (80943547)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords群ロボットシステム / マルチエージェントシステム / スワームシステム / シープドッグシステム / ナビゲーション / 牧羊犬のヒツジ追い / Shepherding / 機動制御
Outline of Annual Research Achievements

研究初年度である2022年度は,無脳化アプローチに基づく「群れないヒツジ群」のロボット群による誘導を実現するために,まず二輪車両モデルに基づくヒツジ群の誘導について取り組んだ.ヒツジと牧羊犬ともに,以前の質点モデルではなく二輪車両モデルに従い移動すると設定し,ヒツジにはBOIDモデルに基づく相互作用モデルを,牧羊犬には過去提案した最遠個体追跡制御を適用した.数値シミュレーションの結果,二輪車両モデルでも誘導が可能であること,二輪車両に基づく誘導でも質点モデルの場合と同様にゴールを中心とした無限円軌道に収束することをシミュレーションにて確認した.今後の研究では,二輪車両モデルにおけるヒツジ1体,牧羊犬1体の誘導における平衡解の安定性解析およびゲイン設計法を行うこと,ダイナミクスを有するシープドッグシステムの解析を進める予定である.
次に,より効率の良い牧羊犬の誘導コントローラを開発するために,最遠個体追跡制御のゲイン設計法とコントローラの改良に取り組んだ.まず,最遠個体追跡制御においてターゲットへの引力ゲインとゴールからの斥力ゲインの比の値が誘導効率に大きく影響することを統計的解析により明らかにした.そして,その比を誘導フェーズ(回り込み時と追い込み時)により動的に変化させる改良版最遠個体追跡制御を提案した.提案法に対して,BOIDモデルに従うヒツジ群の誘導をした結果,従来のゲイン値が固定の場合の誘導よりも誘導効率が良くなること,そしてゲイン値を変えて表現した様々な特性をもつヒツジ群も誘導可能であることを数値シミュレーションにより検証した.

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

無脳アプローチに基づく「群れないヒツジ群」の協調的機動制御を構築するために,まず従来の質点モデルに従う誘導から,二輪車両モデルに従うシープドッグシステムが可能かどうかを検証した.二輪車両モデルに従い移動するヒツジと牧羊犬に対して,ヒツジにはBOIDモデルに基づく相互作用モデルを,牧羊犬には過去提案した最遠個体追跡制御を適用した.数値シミュレーションの結果,二輪車両モデルでも誘導が可能であること,二輪車両に基づく誘導でも質点モデルの場合と同様にゴールを中心とした無限円軌道に収束することをシミュレーションにて確認した.次に,異なる特性を有するヒツジ群を効率よく誘導するために,最遠個体追跡制御のゲイン設計法とコントローラの改良に取り組んだ.最遠個体追跡制御において,ターゲットへの引力ゲインとゴールからの斥力ゲインの比を誘導フェーズ(回り込み時と追い込み時)により動的に変化させる改良版最遠個体追跡制御を提案した.提案法に対して,BOIDモデルに従うヒツジ群の誘導をした結果,従来のゲイン値が固定の場合の誘導よりも誘導効率が良くなること,そしてゲイン値を変えて表現した様々な特性をもつヒツジ群も誘導可能であることを数値シミュレーションにより検証した.

Strategy for Future Research Activity

今後の研究では,二輪車両モデルにおけるヒツジ1体,牧羊犬1体の誘導における平衡解の安定性解析およびゲイン設計法を行う.そしてその結果から,二輪車両で移動する,接触に基づく反射モデルに従うヒツジ群の複数牧羊犬による協調的誘導制御の構築および実機検証を進める予定である.牧羊犬-ヒツジ間,ヒツジ-ヒツジ間の接触に基づくシープドッグシステムはすでにシミュレーション上では構築済み(国際会議で発表)であり,タッチセンサに基づき二輪車両で移動するロボットの開発については国内会議で発表済みであるため,その結果をもとに今後の研究を進める.

Causes of Carryover

研究初年度では,カメラ画像を取得しつつヒツジを追跡する牧羊犬ロボットの開発を行う予定であった.しかし,半導体が手に入りにくい世界的情勢の影響で,リアルタイム画像処理が可能なマイコン(NVIDIA Jetson Nano 開発者キット)を予定時期に購入することができなかった.そのため,当初計画していた予算執行が不可能であった. 翌年度では情勢も変化し,マイコンが予定通り手に入る状況になったため,翌年度分として請求した助成金と合わせて,牧羊犬ロボットの開発および無脳化ヒツジ群の開発を進める予定である.

  • Research Products

    (21 results)

All 2023 2022

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (20 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Proposal and Experimental Verification of an Implicit Control Based Navigation Scheme in Unknown Environment for a Centipede Type Robot2022

    • Author(s)
      Xiao Runze,Tsunoda Yusuke,Osuka Koichi
    • Journal Title

      Journal of Robotics and Mechatronics

      Volume: 34 Pages: 829~843

    • DOI

      10.20965/jrm.2022.p0829

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Proposal of efficient farthest agent targeting controller with adjusting gains according to the navigation phase2023

    • Author(s)
      Riku Tada, Yusuke Tsunoda, Teruyo Wada, Koichi Osuka
    • Organizer
      AROB-ISBC-SWARM 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Exploitation of “Unfavorable” Environmental Effects in a Centipede-type Swarm Robot for Unknown Environment Navigation and Exploration2023

    • Author(s)
      Runze Xiao, Yusuke Tsunoda, Koichi Osuka
    • Organizer
      AROB-ISBC-SWARM 2023
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 水陸両用柔軟多脚ロボット“i-CentiPot-Amphibian Jr.”の開発2023

    • Author(s)
      山本 誠也,伊東 和輝,角田 祐輔,浪花 啓右,大須賀 公一
    • Organizer
      第35回自律分散システム・シンポジウム
  • [Presentation] 環境物を喰らうことで成長するロボットの開発 - ロボットの自己機能評価と群システムの自己組織化戦略への拡張-2023

    • Author(s)
      佐藤 悠弥, 角田 祐輔, 浪花 啓右,大須賀 公一
    • Organizer
      第35回自律分散システム・シンポジウム
  • [Presentation] Realization of Simple Shepherding-Type Robot Navigation in Unknown Environment Using Sound Wave Diffraction2022

    • Author(s)
      Yusuke Tsunoda, Yuichiro Sueoka, Koichi Osuka
    • Organizer
      DARS2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Proposal of farthest-agent targeting algorithm with indirect chasing2022

    • Author(s)
      A. Li, M. Ogura, Y. Tsunoda, and N. Wakamiya
    • Organizer
      SICE Annual Conference 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A Decentralized Cooperative Approach to Gentle Human Transportation with Mobile Robots based on Tactile Feedback2022

    • Author(s)
      Yi Zhang, Yuichiro Sueoka, Hisashi Ishihara, Yusuke Tsunoda and Koichi Osuka
    • Organizer
      DARS2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Development of a Centipede-type Swarm Robot System for Unknown Environment Exploration and Navigation with Exploitation of “Unfavorable” Environmental Effects2022

    • Author(s)
      Runze Xiao, Yusuke Tsunoda, Koichi Osuka
    • Organizer
      DARS2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 内界センサ情報に基づいて未知環境を把握し踏破する移動ロボットの開発2022

    • Author(s)
      大塚 聖賢, 角田 祐輔,大須賀 公一
    • Organizer
      JSME Conference on Robotics and Mechatronics 2022
  • [Presentation] Proposal of “Weak Constraint Swarm" Approach and its Application in Robot Navigation on Rugged Mountainous Terrain2022

    • Author(s)
      Runze XIAO, Yusuke TSUNODA, Koichi OSUKA
    • Organizer
      JSME Conference on Robotics and Mechatronics 2022
  • [Presentation] 土砂を取り込み自己の構造体とすることで機能を発現するロボット 「土喰らい」の開発 (第一報) 土砂取り込み機構および獲得土砂による剛性変化に関する検証実験2022

    • Author(s)
      佐藤 悠弥, 角田 祐輔, 大須賀 公一
    • Organizer
      2022 JSME Conference on Robotics and Mechatronics
  • [Presentation] 超多球面脚モジュールロボット:K3(KyuKyaKu)2022

    • Author(s)
      浪花 啓右, 伊東 和輝,角田 祐輔,大須賀 公一
    • Organizer
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [Presentation] 対河道閉塞用ポンプシステム“i-CentiPot-Hose”試作機の開発2022

    • Author(s)
      浪花 啓右, 角田 祐輔,大須賀 公一
    • Organizer
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [Presentation] 不整地での自動水平保持台の開発と動作実験2022

    • Author(s)
      枦山 眞之輔, 羽田 靖史, 大須賀 公一, 角田 祐輔, 浪花 啓右
    • Organizer
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [Presentation] シープドッグシステムにおける誘導経路設計2022

    • Author(s)
      今林 亘, 角田 祐輔, 小蔵 正輝
    • Organizer
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [Presentation] 植物の根に着想を得た軟弱地盤に有効なアンカー “Root-Anchor”の開発と性能検証2022

    • Author(s)
      角田 祐輔,竹下 史将,大須賀 公一
    • Organizer
      2022 JSME Conference on Robotics and Mechatronics
  • [Presentation] シープドッグ型ナビゲーション法による二輪車両モデルに基づく複数移動体の誘導制御2022

    • Author(s)
      角田 祐輔,末岡裕一郎,大須賀公一
    • Organizer
      2022 JSME Conference on Robotics and Mechatronics
  • [Presentation] 植物の根に着想を得た軟弱地盤に有効なアンカー“ Root-Anchor ”の開発 -第二報:杭底自動拡縮型 Root-Anchor の試作と性能検証-2022

    • Author(s)
      角田 祐輔,大塚 聖賢,佐藤 悠弥,浪花 啓右,大須賀 公一
    • Organizer
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [Presentation] 伸縮ホースを用いた双方向伸展ホース型ロボット: i-CentiPot-Ammonite の試作機の開発2022

    • Author(s)
      角田 祐輔, 浪花 啓右, 大須賀 公一
    • Organizer
      第23回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会
  • [Presentation] 「1を以って100を御する!」: シープドッグシステムに学ぶスケールフリーなヘテロ群ナビゲーション2022

    • Author(s)
      角田祐輔
    • Organizer
      令和4年度第三回ブレインウェア工学研究会
    • Invited

URL: 

Published: 2023-12-25  

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