昆虫複眼システムに基づく完全自律型ドローンの開発と３次元観測ネットワークの構築
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20H02354
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 24010:Aerospace engineering-related
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
外本 伸治 九州大学, 工学研究院, 教授 (80199463)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
坂東 麻衣 九州大学, 工学研究院, 教授 (40512041)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
Fiscal Year 2020: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
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| Keywords | 自律飛行システム / ドローン / 障害物検知 / 障害物回避 / 観測ネットワーク / 障害物検知・回避 / 自律システム |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、昆虫の複眼システムを模倣した工学システムについての研究を発展させ、障害物が存在する空間においてもドローンが自在に飛行できる完全自律型の航法誘導システムを開発する。これは、ドローンに搭載された画像センサから、ドローンの飛行状態、周囲にある障害物までの距離、障害物の形状を高速に推定するシステムである。さらに、自律飛行するドローンを空中プラットフォームとして捉え、複数の自律ドローンを用いて、これまでにない能動的３次元観測ネットワークを構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
オプティックフローの広域統合法(WFI of optic flow)を用いた運動推定および距離推定について、理論と実験の両面から研究を進めた。この背景には、PX4FLOWセンサを用いた実験では理論ほどの推定精度が得られなかったことがある。そこで、センサのノイズ特性や、球状画像面（理論）と平面画像面（実験）の変換手法を再検討し、その対策を講じて推定精度の向上を図った。その結果、運動推定・距離推定のいずれにおいても、精度を大幅に向上させることができた。限られた運動に対してではあるが、誤差は、並進速度で1cm/s程度、角速度で1～2deg/s程度、対象までの距離1mに対して数cm程度との結果を得た。これらの改善手法と成果は２つの国内学会にて発表し、そのうちの1件では発表した学生が最優秀講演賞を受賞した。
WFI of optic flowに基づく自律ドローンを用いた能動的３次元観測ネットワークについても研究を進めた。強化学習の手法を用いて、各ドローン近傍に存在する複数ドローンとの相対位置情報だけを用いて自らの適切な運動を学習する分散制御システムを構築する手法を提案した。学習を終えた自律分散システムは、ドローンの故障やバッテリー充電／復帰により空間内のドローン機数が増減しても、各ドローンが広範囲を効率よく観測するように適応的に移動することを計算機シミュレーションによって検証した。さらに、重点的に観測したい対象／領域が移動するにおいて、広い範囲を観測したいという要求を満たすシステムの構築法も開発した。これらの結果は、国際会議で発表予定(2024.7)である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(4 results)
Research Products
(12 results)
