| 研究課題/領域番号 |
21K04503
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分24020:船舶海洋工学関連
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| 研究機関 | 崇城大学 |
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研究代表者 |
平 雄一郎 崇城大学, 工学部, 教授 (20399645)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2023年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
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| キーワード | 海洋ロボット / 自律ロボット / 水中ロボット / 水上ロボット / 協調動作制御 / 自動点検システム / シミュレーション解析 / 数学モデル / ケーブル動特性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年、船舶・海洋構造物を自動点検する自律型海洋ロボットシステムが注目されている。この点検作業においては、海中・海面・海上という異なる作業環境が存在する。本研究では、海中・海面・海上における3種類の自律型ロボットが同時に協調しつつ点検作業を遂行する海洋ロボットシステムの開発を目指す。本研究課題では、研究の初段階として、海中・海面における2種類の自律型ロボットから構成されるシステムに対し、ロボットの自律化に必要不可欠である協調動作制御法を開発する。
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| 研究実績の概要 |
本研究課題では、海中・海面ロボットから構成される船舶・海洋構造物の自動点検システムの実現に必要不可欠である海中・海面ロボットの協調動作制御法の開発を目指している。第一年度には、海中ロボットと海面ロボットの間に結合されたケーブルを多関節剛体リンクサブシステムとみなした海中・海面ロボットシステムの数学モデルを導出した。
しかし第二年度前期において、より詳細な数値計算・解析を実施したところ、良好な近似性能を得るためにケーブルサブシステムを高自由度（多リンク・多関節）に拡張した場合には、その数学モデルは格段に複雑な構造を有するものとなり、それを用いた協調動作コントローラのリアルタイム実装は困難であることが予想された。
そこで第二年度中期では、ケーブルサブシステムの数学モデルに依存しないコントローラの設計を試みた。まず海面ロボットに対しては、ケーブル張力が計測可能である点に着目し、その張力を直接補償する動作制御法を開発した。つぎに海中ロボットに対しては、張力計測が容易でないことを想定し、ケーブルの影響のために動作制御結果が芳しくないことを前提とした。そして、報告者が提案しているロボット本体の制御性能に関係なく良好な性能が得られる海中マニピュレータ（腕・手）動作制御法を応用することを着想した。具体的には、ケーブルに接続された部分（本来のロボット本体）と、点検用カメラを搭載した部分（マニピュレータ部分）から構成される海中ロボットに対し、前述の動作制御法を用いることにより、ケーブルの影響を受けずに安定した海中点検を実現する手法である。なお、その成果の一部を国際会議において公表した。
さらに第二年度中・後期では、当初の計画通り、第三年度における実験解析に向けて、ロボット部品を購入し、実験準備に着手した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
第二年度における本研究課題の主目標は、海中・海面ロボットシステムの協調動作制御系に対する数値計算・シミュレーション解析を実施し、その性能を調査することである。まず、第一年度で提案した数学モデルに対し、より詳細な数値計算・解析を実施した結果、制御系が非常に複雑になり、実システムに実装してリアルタイム制御することが困難であると判断した。そこで、ケーブルの複雑な動特性を含めた数学モデルをコントローラに用いる代わりに、海面ロボットでは、ケーブル張力の計測値を用いて対応するのに対し、海中ロボットでは、点検用カメラを取り付けたマニピュレータによりケーブル反力を補償する方法で対応する手法を着想した。このように早期に、詳細な数値計算・解析を実施したため、より適切な動作制御法を新たに考案することができた。なお、その研究成果の一部を国際会議において公表した。さらに第三年度に向けて、実験解析の準備に着手した。なお、申請時において購入予定であった海中ロボット本体が販売中止になっていたという問題が生じたものの、最終的には当初のロボットと同等の性能を有するものを購入できた。以上の進捗状況から、おおむね順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
第三年度における本研究課題の主目標は、海中・海面ロボットシステムの協調動作制御系に対する実験解析を実施し、その実制御性能を検証することである。第二年度中・後期において、早期にロボット部品を購入し、実験システムの構築に取り組む計画であったものの、申請時において購入予定であった海中ロボット本体が販売中止になっていたという問題が生じ、同性能を有する代替品を再選定したため、実験システムの構築に関しては若干の遅れが発生した。そこで第三年度においては、早期に実験システムの構築を完了できるよう尽力する。また、この機体変更ならびに各物品の価格変動のため、昨年度に一部の部品を購入できなかった。そこで第三年度において、必要物品を早期に購入し、制御実験解析を速やかに実施する所存である。さらに、ロボットを結合するケーブルに対し、動特性に関する近似精度が良好であるとともに、構造が簡単である数学モデルは、海洋工学分野において有用なものとなる。そのため、その数学モデルの考案も同時に取り組みたい。
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