製品の機能的多様性と構造的類似性の定量的評価と設計支援システムへの応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13650447
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 羽根田 博正 神戸大学, 工学部, 教授 (10031113)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田川 聖治 神戸大学, 工学部, 助手 (50252789)
• Keywords: 最適設計 / メタ戦略 / 遺伝アルゴリズム / 集積回路 / 電子デバイス / 組立ロボット

Research Abstract

今年度は,昨年度からのモジュール配置問題に加えて,新たに組立ロボットの制御と電子デバイスの最適設計を対象とし,提唱している設計論に基づくメタ戦略を適用するとともに,計算機実験を通じてその有効性を検証した.以下に,各研究の概要と成果,今後の展開を述べる.
1.モジュール配置問題
総配線長が最短となるような回路素子の基板上への配置方法を考える場合,そのような配置方法(最適解)は幾つも存在して一意に決まらない.本研究では,複数の最適解を持つモジュール配置問題に対し,今西進化論をアナロジーとする遺伝アルゴリズムを適用することで,異なる最適解から成る集合を求めた.設計者は得られた複数の最適解の構造を比較することで,目的関数(配線長)には反映されない電気的特性などの機能から各最適解を多角的に評価できる.
2.組立ロボットの制御
能動的な行為によって組立作業を遂行するロボットの制御において,順序機械で定義された動作パターン生成器(APG)の適切な構造を決定するために遺伝アルゴリズムを適用した.また,最適なAPGを内蔵したロボットは環境との相互作用を通じて,各部品の形状やその初期位置の違いを識別するとともに,組立作業の完了を自ら認識し停止できることを確認した.
3.電子デバイスの最適設計
弾性表面波(SAW)フィルタの周波数特性(機能)は,基板上に配置されたすだれ状電極と反射器の形状等(構造)に依存する.本研究では,三電極SAWフィルタの設計を最適化問題として定式化するとともに,k次元近傍に基づく可変近傍探索法(VNS)を適用し,与えられた仕様を満たす周波数特性が実現できることを示した.今後の課題は,VNSと遺伝アルゴリズムを組み合わせることで,最適化手法の大域的な探索能力を向上させることである.

Research Products

• [Publications] 田川聖治: "今西進化論に基づく遺伝アルゴリズムによる多様なパレート最適解の抽出法-多目的資源分割問題を実例として-"電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門誌). 121・6. 992-1000 (2001)
• [Publications] 田川聖治: "今西進化論に基づく遺伝アルゴリズムによるモジュール配置問題の多様な最適解の探索"システム制御情報学会論文誌. 14・10. 467-474 (2001)
• [Publications] 田川聖治: "手先コンプライアンスを考慮した冗長アームの最適姿勢問題とその区間解析による解法"計測自動制御学会論文集. 37・10. 990-992 (2001)
• [Publications] Kiyoharu Tagawa: "Optimal resolution of kinematical redundancy for endpoint compliance"Proceedings of 2001 IEEE International Symposium on Industrial Electronics. 1730-1735 (2001)
• [Publications] Kiyoharu Tagawa: "An action-perception cycle model with working memory of temporal actions for behavior-based intelligent robots"Proceedings of the International Conference on Computational Intelligence, Robotics and Autonomous Systems. 12-17 (2001)
• [Publications] Kiyoharu Tagawa: "An Imanishism-based genetic algorithm for sampling various Pareto-optimal solution"Electrical Engineering in Japan. 139・2. 23-35 (2002)
• [Publications] Kiyoharu Tagawa: "An Imanishian genetic algorithm : an application to the module placement problem"Proceedings of 2002 Genetic and Evolutionary Computation Conference Late-Breaking Papers. 427-434 (2002)
• [Publications] Kiyoharu Tagawa: "Perception driven robotic assembly based on ecological approach"Proceedings of 2002 International Symposium on Micromechatronics and Human Science. 259-265 (2002)
• [Publications] Kiyoharu Tagawa: "Optimal design of three-IDT type SAW filter using local search"Proceedings of the 28th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society. (2002)
• [Publications] Kiyoharu Tagawa: "Aspects of affordance and embodiment in robotic assembly"Proceedings of the Third International Symposium on Human and Artificial Intelligence Systems. 464-470 (2002)
• [Publications] 田川聖治: "可変近傍探索法による三電極SAWフィルタの最適化設計"電気学会論文誌C(電子・情報・システム部門誌). 123・3(掲載予定). (2003)