劣駆動水中移動体の群形成制御(群形成制御理論の導出と実験)

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15656101
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 美多 勉 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (60092102)
• 研究分担者: ERFU Yang 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 特別研究員 ; 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: 水中移動体 / 劣駆動系 / 群形成制御 / ノンホロミック制御 / 編隊飛行制御

研究概要

本研究はノンホロノミック水中移動体の群形成制御に関するものである。を見つけて行く方が安価であると考えられ、そのような場合に重要な移動や作業の手段となる。このような移動体研究の一つとしてアクアバイオメカニズムの分野では魚ロボットなども開発されているが、制御則を模索している段階に留まっているため、我々の研究の方向を異にする。我々が最初に目指すのは、進行方向に自由度が不足している劣駆動水中移動体である。このような水中移動体は垂直方向、水平方向に駆動力を持たないため、2階のノンホロノミック制御系として記述される。したがって、その位置決めや姿勢の制御はPIDなどの簡単な制御則では対応できず、不連続な制御や時変な制御を主体とするノンホロノミック制御則を適用する必要がある。これまで、以下の手順で研究を進めてきた。
1.ノンホロミック可変拘束制御を検討し、従来の制御方法との得失を明らかにすると共に、可変拘束制御による水中移動体の追従制御の方法を導出した。これには、車両の追従制御で提案されてきた元UCBの金山らの方法も参考にした。また、水中移動体の正準形(Chained Form等)についても研究を進めた。そして、計算機シミュレーションにて有効性を碓かめた。
2.車両で実現された群形成制御から水中移動体の群形成制御を導くことを考えるとともに、航空機で実現された編隊塚飛行制御則を水中移動体の群形成制御に適用できるように理論的な側面からの研究を行った。また、シミュレーションによって効用を確かめた。車両も航空機もノンホロノミック系であるため、本研究の目玉であるこの理論の実現は十分可能性があるものと考えている。

研究成果

• [文献書誌] J.Jongusuk, 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. (2004)
• [文献書誌] Erfu Yang, Yoichiro Masuko, Tsutomu Mita: "A dual controller approach to three-dimensional autonomous formation control"AIAA Journal of Guidance, Control and Dynamics. (2003)
• [文献書誌] 池田, 下田, 美多: "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)
• [文献書誌] J.Jongusuk, 倉林, 美多: "切り替え型制御による複数ロボット追従制御"第3回制御部門大会資料. 315-318 (2003)
• [文献書誌] E.Yang, T.lkeda, T.Mita: "Nonlinear tracking control of a nonholonomic fish robot in chained form"SICE Annual Conference 2003. Paper ID:0073 (2003)
• [文献書誌] E.Yang, Mita: "Flatness-based Trajectory Planning and Control of a Car-like Mobile Robot"第3回制御部門大会資料. 607-610 (2003)