モジュール型移動ロボットのフォルトトレラントな車両安定化協調制御に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14550236
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 橋本 雅文 広島大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (10145815)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 江口 透 広島大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80253566) ; 大場 史憲 広島大学, 大学院・工学研究科, 教授 (10081267)
• Keywords: モジュール型ロボット / 車体傾斜機構 / 運動制御 / 車体水平化制御 / センサ故障 / 故障診断 / カルマンフィルタ / マルチモデル法

Research Abstract

ロボツトの駆動・操舵車輪をユニツト化しておき,要求ペイロードに応じて複数台の車輪ユニツトを編成して構築する「モジュール型移動ロボット」に関して,1.傾斜地等の3次元環境下での走行を可能とする走行制御系,2.モデルベーストなセンサ故障診断系を設計した.主な結果を以下に示す.
1.走行制御系の設計
(1)車輪ユニットが備える車体傾斜機構の制御により,傾斜地走行時における重心変化によるロボットや搭載物の転倒を防止する「車体安定化制御系」,車輪ユニットの並進関節変位をその可動範囲の中央付近に保つ「車体昇降制御系」,車輪機構の制御によりロボットを目標経路に追従させるアツカーマン幾何学と非線形制御を基礎としたr経路追従制御系」とからなる走行制御系を設計した.
(2)1台の車体ユニットと4台の車輪ユニットからなるロボットに走行制御アルゴリズムを実装し,傾斜地を走行する実験により走行制御系の有効性を示した.
2.センサ故障診断系の基本設計
(1)モジュール型ロボットの故障診断系を確立する基礎研究として,非モジュール型ロボットの内界センサ系のハード故障,ノイズ故障,スケール故障を対象としたモデルペースト故障診断系を設計した.
(2)ハード/ノイズ故障診断法として,小規模な故障モデル集合をロボツトの走行状態に応じて動的に切りえて故障を信頼性高く診断する方法をマルチモデ川去を基礎に提案した.
(3)スケール故障診断法として,センサ情報をもとに車体の並進・旋回速度とセンサのスケールファクタをカルマンフィルタにより推定し,複数の故障モデルにより推定されるスケールファクタの大きさを比較することでスケール故障を診断する方法を示した.
(4)4つの車輪を有するスキッドステア型ロボットの車輪エンコーダとジャィロに対して故障診断アルゴリズムを実装し,走行実験を通じてセンサ故障診断系の有効性を検証した.

Research Products

• [Publications] Masafumi Hashimoto: "3D Dead Reckoning Based on Decentralized Filter for Modular Vehicle"Proceeding of 6th Japan-France Congress on Mechatronics. 453-458 (2003)
• [Publications] Masafumi Hashimoto: "A Multi-Model Based Fault Detection and Diagnosis of Internal Sensor for Mobile Robot"Proceeding of the 2003 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS 2003). (CD-ROM). (2003)