モデル予測制御の組込みＣＰＵへの実装と移動ロボットの制御

• 研究課題/領域番号: 24560555
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 制御工学
• 研究機関: 東京都市大学
• 研究代表者: 野中 謙一郎 東京都市大学, 工学部, 教授 (30298012)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2014年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2013年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2012年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: モデル予測制御 / 組込みシステム / 移動ロボット / 非線形制御 / 座標変換

研究成果の概要

モデル予測制御(Model Predictive Control: MPC)は制約条件を満たしながら最適な運動を実現できるが，計算コストが高いことが実装上の問題点とされてきた．本研究は，移動ロボットの組込みCPUをターゲットとして，最適化計算のコスト削減による実装を目的としている．
本研究では，入力・状態計算の非線形変換，リアルタイム処理における最適化計算への割り込み回避，評価関数への制約条件の組込みによる次数低減化を通じて，次の成果を得た．(a)全方向移動車両の操舵角度の飽和や切り替えしを回避した軌道追従制御の実現，(b)前輪操舵型移動ロボットの障害物回避と車庫入れ制御の実現．

研究成果

• [雑誌論文] 操舵角度の可動範囲と連続性を陽に考慮した車輪型移動ロボットのモデル予測軌道追従制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 萩森夕紀, 高橋直樹, 野中謙一郎
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 81 号: 825 ページ: 14-00484-14-00484
  • DOI: 10.1299/transjsme.14-00484
  • NAID: 130005073747
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Real-time model predictive obstacle avoidance control for vehicles with reduced computational effort using constraints of prohibited region (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuki KIMURA, Kenichiro NONAKA and Kazuma SEKIGUCHI
  • 雑誌名: Mechanical Engineering Journal 巻: 2 号: 3 ページ: 14-00568-14-00568
  • DOI: 10.1299/mej.14-00568
  • NAID: 130005076465
  • ISSN: 2187-9745
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] モデル予測制御とスライディングモード制御による四輪操舵駆動車両のロバスト経路追従制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小田貴嗣, 野中謙一郎, 関口和真
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: 51 ページ: 1-10
  • NAID: 130005092302
  • 査読あり
• [雑誌論文] 走行距離を時間軸とする時間軸状態制御形による車両の経路追従制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小山健太郎, 関口和真, 野中謙一郎
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: 50 号: 10 ページ: 746-754
  • DOI: 10.9746/sicetr.50.746
  • NAID: 130004699662
  • ISSN: 0453-4654, 1883-8189
  • 査読あり
• [雑誌論文] 接触式オドメータを搭載する小型模型車両の非線形タイヤモデルを用いたロバスト経路追従制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 細谷知之, 野中謙一郎
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集 巻: 80 号: 813 ページ: DR0130-DR0130
  • DOI: 10.1299/transjsme.2014dr0130
  • NAID: 130004728616
  • ISSN: 2187-9761
  • 査読あり
• [雑誌論文] 障害物回避と切り返し点の自動調整によるモデル予測車庫入れ制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小山健太郎，野中謙一郎
  • 雑誌名: 計測自動制御学会論文集 巻: 50 号: 1 ページ: 9-17
  • DOI: 10.9746/sicetr.50.9
  • NAID: 130004855687
  • ISSN: 0453-4654, 1883-8189
  • 査読あり
• [学会発表] タイヤ力飽和を考慮したキャンバ制御機構を有する小型電気自動車のモデル予測スライディングモード制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小田貴嗣，野中謙一郎，関口和真
  • 学会等名: 2014年自動車技術会秋季学術講演会
  • 発表場所: 仙台国際センター, 仙台
  • 年月日: 2014-10-22 – 2014-10-24
• [学会発表] Model Predictive Vehicle Control with Side Slip Angle Restriction with Suppression of Modeling Error by Sliding Mode (2014)
  • 著者名/発表者名: Mikiya Yoshida, Kenichiro Nonaka, Kazuma Sekiguchi
  • 学会等名: 2014 IEEE Multi-conference on Systems and Control
  • 発表場所: Antibes, France
  • 年月日: 2014-10-08 – 2014-10-10
• [学会発表] Vehicle Localization by Sensor Fusion of LRS Measurement and Odometry Information based on Moving Horizon Estimation (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Kimura, Yutaro Hiromachi, Kenichiro Nonaka, Kazuma Sekiguchi
  • 学会等名: 2014 IEEE Multi-conference on Systems and Control
  • 発表場所: Antibes, France
  • 年月日: 2014-10-08 – 2014-10-10
• [学会発表] Model Predictive Steering Control for Coaxial Steering Mechanisms under Constraints (2014)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hagimori, Kenichiro Nonaka, Kazuma Sekiguchi
  • 学会等名: SICE Annual Conference 2014
  • 発表場所: Hokkaido, Japan
  • 年月日: 2014-09-09 – 2014-09-12
• [学会発表] Model Predictive Obstacle Avoidance Control for Omni-directional Mobile Robots based on Fuzzy Potential Method (2014)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Nagata, Kenichiro Nonaka, Kazuma Sekiguchi
  • 学会等名: 13th European Control Conference
  • 発表場所: Strasbourg, France
  • 年月日: 2014-06-24 – 2014-06-27
• [学会発表] EKF Localization with Variable Covariance for LRS and Odometry: Experimental Verification (2014)
  • 著者名/発表者名: Yutaro Hiromachi, Kenichiro Nonaka
  • 学会等名: The 13th International Workshop on Advanced Motion Control
  • 発表場所: Yokohama
• [学会発表] 走行距離を時間軸とする時間軸状態制御形による車両のモデル予測経路追従制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小山健太郎，野中謙一郎，関口和真
  • 学会等名: 第1回制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 電気通信大学
• [学会発表] 組み込みCPUによる全方向移動ロボットのためのモデル予測障害物回避制御実験 (2014)
  • 著者名/発表者名: 永田 篤史，野中 謙一郎，関口 和真
  • 学会等名: 第1回制御部門マルチシンポジウム
  • 発表場所: 電気通信大学
• [学会発表] Model predictive parking control for nonholonomic vehicles using time-state control form (2013)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Oyama, Kenichiro Nonaka
  • 学会等名: 2013 European Control Conference
  • 発表場所: Zurich
• [学会発表] Model Predictive Sliding Mode Control for Four Wheel Steering and Driving Vehicles (2013)
  • 著者名/発表者名: Kenichiro Nonaka, Takatsugu Oda
  • 学会等名: The 7th IFAC international symposium on advances in automotive control
  • 発表場所: Tokyo
• [学会発表] 車両型移動体への実時間最適制御の実装 (2013)
  • 著者名/発表者名: 野中謙一郎
  • 学会等名: 第１３回計測自動制御学会制御部門大会
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] キャンバ角制御を考慮した小型四輪操舵駆動電気自動車のモデル予測制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 小田貴嗣, 野中謙一郎
  • 学会等名: 第１３回計測自動制御学会制御部門大会
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] Model Predictive Obstacle Avoidance Control for Leg/Wheel Mobile Robots with Optimized Articulated Leg Configuration (2012)
  • 著者名/発表者名: Naoki Takahashi, Kenichiro Nonaka
  • 学会等名: 51st IEEE Conference on Decision and Control
  • 発表場所: Hawaii, USA
• [学会発表] 障害物が存在する環境下におけるモデル予測車庫入れ制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小山健太郎, 野中謙一郎
  • 学会等名: 第13 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
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] 操舵角の制約を陽に考慮した全方向移動ロボットのモデル予測経路追従制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高橋直樹, 野中謙一郎
  • 学会等名: 第13 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
  • 発表場所: 福岡
• [学会発表] 環境形状を考慮したLRF計測とオドメトリのEKF融合による車両の自己位置推定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 廣町悠太郎, 野中謙一郎
  • 学会等名: 第55回自動制御連合講演会
  • 発表場所: 京都
• [学会発表] 切り返し動作を有する非ホロノミック車両の時間軸状態制御形を用いたモデル予測制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小山健太郎, 野中謙一郎
  • 学会等名: 第41回制御理論シンポジウム
  • 発表場所: 神奈川
• [学会発表] 超平面への拘束を考慮した非線形観測器とスライディングモードによる車両制御実験 (2012)
  • 著者名/発表者名: 細谷知之, 野中謙一郎
  • 学会等名: 第41回制御理論シンポジウム
  • 発表場所: 神奈川
• [学会発表] 局所停留点を考慮した移動ロボットのモデル予測障害物回避制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 高橋直樹, 野中謙一郎
  • 学会等名: Dynamics and Design Conference 2012
  • 発表場所: 神奈川
• [学会発表] LRFとデッドレコニングの融合による車両の自己位置推定 (2012)
  • 著者名/発表者名: 廣町悠太郎, 野中謙一郎
  • 学会等名: 第29回誘導制御シンポジウム
  • 発表場所: 筑波
• [学会発表] 経路制約を考慮した非ホロノミック車両のためのモデル予測制御 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小山健太郎, 野中謙一郎
  • 学会等名: 第２９回誘導制御シンポジウム
  • 発表場所: 筑波