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2015 年度 実施状況報告書

ロボット制御のための最適制御多点境界値問題の実時間解法に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 15K05861
研究機関名古屋大学

研究代表者

早川 義一  名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60126894)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード最適制御 / 多点境界問題 / ロボット制御
研究実績の概要

本研究の目的は非線形システムの最適制御多点境界値問題の解法を開発し、得られる最適解が時々刻々変化する外部環境に適合するように、予測制御の手法と融合させた最適解の実時間解法をも開発することである。具体的な課題として、課題(a)線形システムに対する最適制御多点境界値問題の実時間解法、課題(b)最適制御多点境界値問題と予測制御の融合、課題(c)非線形ロボットに対する最適制御多点境界値問題の実時間解法と予測制御との融合、課題(d)実ロボット制御への適用と評価、を設定している。平成27年度は主に課題(a),(b)を実施した。
課題(a)では、始時刻と終時刻の状態変数拘束を持つ有限時間区間の2次形式評価関数最適制御問題の最適解が、直接解法として、関数空間の線形写像および随伴写像を用いて、容易に得られることを利用し、2階の線形常微分方程式で表現された制御対象に対する最適制御多点境界値問題の最適解の直接解法を導出し、最適解の存在性・唯一性と制御対象のシステム論的性質、評価関数、状態変数の拘束条件などとの関係を理論的に考察した。また、直接解法と反復解法の長所と短所も検討した。
課題(b)では、始時刻、終時刻や中間時刻が時々刻々変化する最適制御多点境界値問題を解決すべく、課題(a)の解と予測制御の融合を検討した。その際、予測制御の利点をさらに活かす目的で、状態変数と制御入力に関する線形不等式制約のある最適制御多点境界値問題へ拡張も検討し、卓球ロボットを題材として、数値シミュレーションによって、その有効性を確認した。
なお、次年度の実ロボット制御への実用化に対する準備として、7軸アームロボット(PA10)の手首部分に6軸力センサーを導入した。

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

研究計画にほぼ沿った実施と成果が得られている。

今後の研究の推進方策

課題(c),(d)を実施していく予定である。
課題(c)では、非線形ロボットに対して、平成27年度に実施した課題(a),(b)で得られた理論的成果、最適解の実時間解法、予測制御との融合を発展させる。具体的には、最適制御多点境界値問題の実時間解法としては反復法を用いることになるが、ロボットの動特性(たとえば、ハミルトン系、受動性)を巧みに利用することで、高効率な反復解法を提案したいと考えている。また、他の方法として、予測制御との融合を前提として、現時刻での時空間に関する線形化を積極的に用い、課題(a),(b)で得られた知見を活かした実時間解法も考える。なお、解の存在性・唯一性と非線形ロボットのシステム論的特性や最適評価関数との関係も理論的に考察する予定である。
課題(d)では、課題(c)で得られた成果を多指ハンド付き双腕アームロボットや卓球ロボットに適用し、研究成果の評価を行う。特に、卓球ロボットでは、各種ボール(高速と低速、バックスピンとトップスピンなど)を打ち返す際、相手コートの狙った位置に打ち返すためのラケット制御を実施する予定である。
なお、研究場所の主体が名古屋大学から愛知工業大学に移動したため、数値シミュレーション環境強化のためのデスクトップコンピュータを準備する。また、ロボットに関する実験装置は名古屋大学で行う予定である。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Ball Trajectory Planning in Serving Task for Table Tennis Robot2016

    • 著者名/発表者名
      Y.Hayakawa, A.Nakashima, S.Itoh, and Y.Nakai
    • 雑誌名

      SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration

      巻: 9 ページ: 60-69

    • DOI

      ISSN 1882-4889

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 双腕多指ハンドロボットによる折り紙のための軌道計画-人間の動作解析からのアプローチ-2015

    • 著者名/発表者名
      岩永圭弘, 早川義一, 浅井 徹
    • 学会等名
      第58回自動制御連合講演会
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2015-11-14 – 2015-11-15
  • [学会発表] 卓球ロボットによるサーブ動作-オンライン解法によるボールの軌道計画-2015

    • 著者名/発表者名
      大和田水紀, 早川義一, 浅井 徹, 中島 明
    • 学会等名
      第58回自動制御連合講演会
    • 発表場所
      神戸大学
    • 年月日
      2015-11-14 – 2015-11-15
  • [学会発表] Ball's Trajectory Planning in Serving Task for Table Tennis Robot2015

    • 著者名/発表者名
      Y.Hayakawa, S.Itoh, Y.Nakai, and A.nakashima
    • 学会等名
      SICE Annual Conference
    • 発表場所
      Hangzhou, China
    • 年月日
      2015-07-27 – 2015-07-30
    • 国際学会
  • [学会発表] Contact Transition Modeling on Planar Manipulation System with LuGre Friction Model2015

    • 著者名/発表者名
      A.Nakashima, Y.Ooka, and Y.hayakawa
    • 学会等名
      The 10th International Workshop on Robot Motion and Control
    • 発表場所
      Poznan, Poland
    • 年月日
      2015-06-06 – 2015-06-08
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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