ノンホロノミック拘束を受ける車両群の編隊形成制御とその発展に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14350117
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 倉林 大輔 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (00334508)
• 研究分担者: 池田 貴幸 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (40323795)
• キーワード: 群ロボット / ノンホロノミック拘束 / 編隊形成制御

研究概要

本年度においては、ノンホロノミックロボットに対して、1.車両群の編隊形態への相互衝突回避を考慮した静定・目標追従制御アルゴリズム、2.車両群の環境中障害物回避を考慮した編隊形態遷移アルゴリズム、を構築した。また、実機実験システムを構築し、有効性を実証した。
1.リーダーが他の車両(航空機)を従えた形の編隊形成について、ノンホロノミック拘束を受ける車両群のモデル化を行った。これについて非線形逆運動学に基づき、編隊形成の際の相互衝突回避問題について、静定制御と衝突回避制御の相互スイッチングによるハイブリッドシステムを形成することによる制御手法を明らかにするとともに、その安定性について理論的に証明した。また、3台の小型移動ロボットから成る実機実験システムを構築し、自由空間において車両群が初期位置から移動を開始し、相互の衝突を回避しながら編隊形成を行うことが可能であることを実証した。
2.ノンホロノミック拘束を受ける車両群の編隊形成における環境中の静止障害物回避問題に対し、計算幾何学におけるドロネー三角形分割を導入した誘導・編隊形成・障害物回避を同時に実現するアルゴリズムを構築した。一般に環境中障害物回避問題は不良設定問題であるが、確率的な動作を導入することで車両群の障害物回避性能を保証することを可能とした。また、4台の小型移動ロボットから成る実機実験システムを構築し、車両群が編隊を維持した状態では通過困難な狭雑環境において適応的に状態を変化させて通過を行い、かつその後に編隊形態に復帰することが可能であることを実証した。

研究成果

• [文献書誌] J.Jongsuk, T.Mita, M.Yamakita: "Development of Collision-Free Formation Control for UAVs Based on Switching Scheme"システム制御情報学会論文誌. 17巻1号. 26-38 (2004)
• [文献書誌] 長川研太, 倉林大輔, 岸雅也: "複数自律移動ロボットの環境に適応した編隊移動制御"計測自動制御学会自律分散システムシンポジウム予稿集. 199-204 (2004)
• [文献書誌] D.Kurabayashi, T.Matsuoka, A.Yajima: "Cooperation among an intelligent environment and mobile agents by media agents"Proc.IEEE/RSJ Int.Conf.on Intelligent Robots and Systems. 1739-1745 (2003)
• [文献書誌] 倉林大輔, 岸雅也, 長川研太: "幾何情報を用いた移動体の群れ構造遷移"日本ロボット学会学術講演会予稿集. 3J23 (2003)
• [文献書誌] 池田貴幸, 下田和哉, 美多勉: "ノンホロノミック拘束を持つ水中移動体による編隊制御"ロボティクス・メカトロニクス講演会'03講演論文集. 2P2-1F-B1 (2003)