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安全なパーソナルモビリティ実現のためのヒューマンアシスト制御

研究課題

研究課題/領域番号 23K22784
補助金の研究課題番号 22H01514 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分21040:制御およびシステム工学関連
研究機関東京理科大学

研究代表者

中村 文一  東京理科大学, 創域理工学部電気電子情報工学科, 教授 (70362837)

研究分担者 西村 悠樹  鹿児島大学, 理工学域工学系, 准教授 (20549018)
佐藤 康之  東京電機大学, 未来科学部, 准教授 (40738803)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2024年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2023年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2022年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
キーワード制御理論 / ヒューマンアシスト / パーソナルモビリティ / 非線形制御 / 非線形制御理論 / ヒューマンアシスト制御 / 制御バリア関数 / ロボット制御 / 電動車いす
研究開始時の研究の概要

本研究では,厳密制御バリア関数を用いた,入力制約,外乱,システムのパラメータ誤差を考慮した広範囲の社会実装に耐えうる安全アシスト制御理論の構築を行う.また,電動車いすに対して危険度制御則を実装し,安全保障制御理論の実機検証を行う.さらに,電動アシスト自転車および電動キックボードに対する,危険度可視化システムを開発し,安価な安全アシスト装置を構築する.

研究実績の概要

自動車や船舶などの事故が大きな社会問題となる現代において,問題発生時の自動的な安全停止などリスク最小化移行技術が重要技術となってきている.本研究は,零化バリア関数を用いた,入力制約,外乱,システムのパラメータ誤差を考慮した広範囲の社会実装に耐えうる安全アシスト制御理論の構築を行い,電動車いす等への制御則を実装し実機実験によって制御理論の有効性を示すことが目的である.
本年度は,理論的な研究成果として,入力制約を有する制御システムに対してViability Kernelに基づく厳密零化制御バリア関数を提案し,1入力の場合における制御則の連続性を示した.安全集合が閉集合,特にコンパクト集合である場合において,安全性は安全集合内の制御系の性質ではなく,安全集合外部,すなわち危険集合における制御系の性質であることを明らかにできた.また,実用安定性アシスト制御を用いた自動車のレーンキープ制御法を提案した.これらの理論的な研究成果についてはコンピュータシミュレーションにより有効性を示した.
安全アシスト制御理論のパーソナルモビリティへの応用を考える際に,危険度の可視化は重要な技術である.本年度は,仮想入力を用いることにより,操作者に対する安全性の可視化法を開発した.また,深度センサ,RGBカメラを用いた画像提示システムの開発に成功した.
また,本研究課題における実機実験におけるC#を用いた疑似リアルタイム制御について解説論文にまとめた.

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

理論・実機実験ともに順調な進捗状況である.

今後の研究の推進方策

移動障害物の対策が大きな問題であり,これまで物体認識は採用してこなかったが,どうしても一度画像処理に基づく物体認識を行わなければならないことがわかってきた.本年度は,画像処理による物体の移動速度推定法の開発を目指す.また,多数のセンサを用いる際のキャリブレーション技術が問題となってきたため,基礎段階の開発が完了したひずみ波外乱オブザーバに基づくセンサ同期法を実機に適用し,電動車いすの安全アシスト制御を実現する.

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (14件) (うち査読あり 13件) 学会発表 (11件)

  • [雑誌論文] 制御Lyapunov関数に基づく実用安定性アシスト制御2024

    • 著者名/発表者名
      AOKI Haruto、NAKAMURA Hisakazu
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集

      巻: 60 号: 3 ページ: 191-200

    • DOI

      10.9746/sicetr.60.191

    • ISSN
      0453-4654, 1883-8189
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Re: C#でゼロから始める疑似リアルタイム制御2024

    • 著者名/発表者名
      中村 文一
    • 雑誌名

      システム/制御/情報

      巻: 68 ページ: 108-113

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [雑誌論文] 機体の形状を考慮した制御バリア関数の積分設計法2023

    • 著者名/発表者名
      YAKUWA Masaki、NAKAMURA Hisakazu
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集

      巻: 59 号: 9 ページ: 398-409

    • DOI

      10.9746/sicetr.59.398

    • ISSN
      0453-4654, 1883-8189
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Human Assist Control of Electric Wheelchair Using Zeroing Control Barrier Function for Non-autonomous System2023

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto Sosuke、Aoki Haruto、Nakamura Hisakazu
    • 雑誌名

      2023 62nd Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers (SICE)

      巻: - ページ: 871-877

    • DOI

      10.23919/sice59929.2023.10354090

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Visualization of collision risk using a control barrier function2023

    • 著者名/発表者名
      Okabe Daisuke、Takemoto Kosuke、Nakamura Hisakazu
    • 雑誌名

      2023 62nd Annual Conference of the Society of Instrument and Control Engineers (SICE)

      巻: - ページ: 958-963

    • DOI

      10.23919/sice59929.2023.10354116

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Control Lyapunov Function-based Assist Control of Lane Keeping2023

    • 著者名/発表者名
      Aoki Haruto、Nakamura Hisakazu
    • 雑誌名

      2023 IEEE Conference on Control Technology and Applications (CCTA)

      巻: - ページ: 963-969

    • DOI

      10.1109/ccta54093.2023.10253156

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Input-constrained Human Assist Control via Control Barrier Function for Viability Kernel2023

    • 著者名/発表者名
      Tezuka Issei、Nakamura Hisakazu、Hatano Takashi、Kamijo Kenji、Sato Shota
    • 雑誌名

      2023 American Control Conference (ACC)

      巻: - ページ: 3921-3926

    • DOI

      10.23919/acc55779.2023.10156411

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Safety Assist Control for Nonautonomous Control-affine Systems via Time-varying Control Barrier Function2023

    • 著者名/発表者名
      Tezuka Issei、Nakamura Hisakazu
    • 雑誌名

      IFAC-PapersOnLine

      巻: 56 号: 1 ページ: 187-192

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2023.02.032

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Integral Design Method for Control Barrier Functions that Considers the Shape of the Target System2023

    • 著者名/発表者名
      Yakuwa Masaki、Nakamura Hisakazu
    • 雑誌名

      IFAC-PapersOnLine

      巻: 56 号: 1 ページ: 325-330

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2023.02.055

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Backstepping CBF Design for Collision Avoidance of Electric Wheelchair2023

    • 著者名/発表者名
      Kosaka Masanori、Nakamura Hisakazu
    • 雑誌名

      IFAC-PapersOnLine

      巻: 56 号: 1 ページ: 331-336

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2023.02.056

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 制御Lyapunov関数を用いた二輪車両型移動ロボットの軌道追従制御2022

    • 著者名/発表者名
      KIDA Hiroya、KUBO Ryoya、NAKAMURA Hisakazu
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集

      巻: 58 号: 10 ページ: 470-480

    • DOI

      10.9746/sicetr.58.470

    • ISSN
      0453-4654, 1883-8189
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 局所絶対座標系における車両型移動ロボットに対するステアリングアシスト制御2022

    • 著者名/発表者名
      HANNOE Ryotaro、HAMATANI Ryota、NAKAMURA Hisakazu
    • 雑誌名

      計測自動制御学会論文集

      巻: 58 号: 10 ページ: 459-469

    • DOI

      10.9746/sicetr.58.459

    • ISSN
      0453-4654, 1883-8189
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Input-to-State Constrained Safety Zeroing Control Barrier Function and Its Application to Time-varying Obstacle Avoidance for Electric Wheelchair2022

    • 著者名/発表者名
      Tezuka Issei、Kuramoto Taisuke、Nakamura Hisakazu
    • 雑誌名

      IFAC-PapersOnLine

      巻: 55 号: 41 ページ: 44-51

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2023.01.101

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Global Path-Following for Marine Vessel with Control Lyapunov Function in Input Constraint2022

    • 著者名/発表者名
      Kanamori Takehiro、Nakamura Hisakazu
    • 雑誌名

      IFAC-PapersOnLine

      巻: 55 号: 31 ページ: 295-300

    • DOI

      10.1016/j.ifacol.2022.10.445

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 制御Lyapunov関数に基づく実用安定性アシスト制御2023

    • 著者名/発表者名
      青木 悠人,中村 文一
    • 学会等名
      第10回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ロボット機体保護のための積分制御バリア関数の性質2023

    • 著者名/発表者名
      白山 雄斗,中村 文一
    • 学会等名
      第10回計測自動制御学会制御部門マルチシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] ISCSf-零化制御バリア関数を用いた電動車いすの移動障害物回避制御2022

    • 著者名/発表者名
      倉本 泰介,手塚 一成,中村 文一
    • 学会等名
      第65回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 電動車椅子に対する衝突回避システムの開発2022

    • 著者名/発表者名
      竹森 公哉,中村 文一
    • 学会等名
      第65回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 舵角制約を有する4輪自動車型ロボットのステアリングアシスト制御2022

    • 著者名/発表者名
      長谷川 侑広,手塚 一成,中村 文一
    • 学会等名
      第65回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 仮想入力を用いた制御バリア関数に基づく危険度の可視化2022

    • 著者名/発表者名
      岡部 太亮,中村 文一
    • 学会等名
      第65回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 微分フラットシステムに対するLQ最適制御性能を保証する軌道追従制御2022

    • 著者名/発表者名
      中村 文一
    • 学会等名
      第65回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 制御Lyapunov関数を用いた漸近安定性アシスト制御の検討2022

    • 著者名/発表者名
      青木 悠人,中村 文一
    • 学会等名
      第65回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 厳密零化制御バリア関数を用いた安全アシスト制御2022

    • 著者名/発表者名
      手塚 一成,中村 文一
    • 学会等名
      第65回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 厳密零化制御バリア関数を用いた電動車いすのヒューマンアシスト制御2022

    • 著者名/発表者名
      杉本 蒼亮,手塚 一成,岡部 太亮,中村 文一
    • 学会等名
      第65回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 制御バリア関数を用いた入力制約付きシステムのためのヒューマンアシスト制御2022

    • 著者名/発表者名
      手塚 一成,中村 文一,波多野 崇,上條 賢治,佐藤 晶太
    • 学会等名
      第65回自動制御連合講演会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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