JP2013030162A - Moving object motion control device and sloshing control device using the same - Google Patents

Moving object motion control device and sloshing control device using the same Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a moving object motion control device capable of precisely controlling a moving object without using a method for extracting feature quantity on the basis of image information reflecting a state of the moving object.SOLUTION: In a sloshing control device including a water bath 10 for housing water, a driving part 12 for reciprocating the water bath 10 in one direction, a camera 14 for visually recognizing the water bath 10, and a control part 16 for controlling the water bath 10 by the driving part 12 on the basis of image information acquired by the camera to settle water in the water bath 10 from a swaying state to a static state, the control part 16 interprets image information of water in the water bath 10 sequentially acquired from the camera 14 according to a predetermined period as one point in a Hilbert space except a numerical vector space, and controls a motor 12 so as to settle the water in the water bath 10 from the swaying state to the static state by a stabilization control method.

Description

本発明は画像情報をもとに移動体を駆動制御する制御装置、及びこの制御方法を利用するスロッシング制御装置に関する。   The present invention relates to a control device that drives and controls a moving body based on image information, and a sloshing control device that uses this control method.

鋳造に用いる溶湯、タンクに収容されている油、水といった流体の揺動を防止する方法(スロッシング防止)として、制振装置を設けたり、油や水の表面を監視して制御したりする方法が考えられている。制振装置は容器自体の振動を抑えることにより容器に収容されている油や水等の揺動を防止しようとするものであるが、溶湯を搬送する場合のように容器そのものを動かして使用する場合は、容器の動きを制御することにより、油や水の揺動をできるだけ抑えて搬送することが可能である。このような制御は、いわば、移動体の動きを積極的に利用して油や水の揺動を抑えるものである。   A method of preventing vibration of fluids such as molten metal used for casting, oil contained in tanks, and water (sloshing prevention) by installing a damping device or monitoring and controlling the surface of oil or water Is considered. The vibration control device is intended to prevent the oil and water contained in the container from shaking by suppressing the vibration of the container itself, but it is used by moving the container itself as in the case of transporting molten metal. In this case, by controlling the movement of the container, it is possible to convey the oil and water with as little swing as possible. In other words, such control actively uses the movement of the moving body to suppress oil and water oscillation.

刻々変動する移動体の動作を制御するには、移動体の動作状態、すなわち移動体が現在どんな状態にあるかを検知し、移動体を目標とする動作状態に徐々に導いていく(安定化させる)ように制御する。たとえば、スロッシング防止方法には、容器に収容されている流体の重心の位置に着目し、容器内の流体の揺動とともに変動する重心を流体の静止状態における重心の位置に収束させるように制御する方法がある(特許文献1等)。このような制御方法は、移動体の動作状態を特定の特徴量(この例では重心位置)を抽出し、特徴量を特定の目標値に安定化させるという制御方法である。   In order to control the movement of the moving body, which changes every moment, the movement state of the moving body, that is, the current state of the moving body is detected, and the moving body is gradually guided to the target operation state (stabilization). Control). For example, in the sloshing prevention method, attention is paid to the position of the center of gravity of the fluid contained in the container, and control is performed so that the center of gravity that fluctuates with the oscillation of the fluid in the container converges to the position of the center of gravity in the stationary state of the fluid. There is a method (Patent Document 1, etc.). Such a control method is a control method in which a specific feature amount (in this example, the center of gravity position) is extracted from the operating state of the moving body, and the feature amount is stabilized to a specific target value.

制御対象物である移動体の動作状態を検知する方法には、さまざまなセンシング方法がある。カメラで移動体を監視し、得られた移動体の画像情報から移動体の状態を検知する方法もその一つである。移動体を監視(視認)するかわりに、移動体(自動車、ロボット等)に設けたカメラからの画像情報をもとに移動体の動作状態(移動位置等)を検知することも可能である。これらの画像情報をもとに移動体の動作状態を解析して移動体を制御する従来手法は、画像情報から上述した重心位置のような特徴量を検出し、その特徴量に基づいて移動体を制御する方法である。   There are various sensing methods for detecting the operating state of a moving object that is a controlled object. One method is to monitor the moving body with a camera and detect the state of the moving body from the obtained image information of the moving body. Instead of monitoring (viewing) the moving body, it is also possible to detect the operation state (moving position, etc.) of the moving body based on image information from a camera provided on the moving body (automobile, robot, etc.). The conventional method for controlling the moving body by analyzing the operation state of the moving body based on the image information detects the feature quantity such as the above-mentioned center of gravity position from the image information, and moves the moving body based on the feature quantity. It is a method to control.

特開平9−10924号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-10924 特開2004−264925号公報JP 2004-264925 A 特開平6−89103号公報JP-A-6-89103

上述した移動体の動作状態を示す画像情報から特徴量を抽出して、その特徴量に基づいて移動体を制御する方法は、画像情報から得られる対象によって人為的に特徴量を定義する必要があり、画像情報に基づいて移動体を制御する方法として汎用的に適用することができないという問題があった。すなわち、特徴量を定義しやすい画像情報には適用できても、特徴量の定義が困難な画像情報には適用しにくいという問題、特徴量の定義が的確になされず効果的な制御ができないという問題があった。   The above-described method for extracting a feature amount from image information indicating an operation state of a moving body and controlling the moving body based on the feature amount requires that the feature amount be artificially defined by an object obtained from the image information. There is a problem that it cannot be applied universally as a method of controlling a moving body based on image information. In other words, even though it can be applied to image information that is easy to define feature values, it is difficult to apply to image information that is difficult to define feature values, and the definition of feature values is not made accurately and effective control cannot be performed. There was a problem.

本発明は、移動体の状態を反映するデータとして得られる画像情報をもとに、特徴量を抽出するという手法を用いずに、移動体を的確に制御することを可能にする移動体の動作制御装置及びこの適用例としてスロッシング制御装置を提供することを目的とする。   The present invention relates to an operation of a moving body that enables accurate control of the moving body without using a technique of extracting a feature amount based on image information obtained as data reflecting the state of the moving body. It is an object of the present invention to provide a control device and a sloshing control device as an application example thereof.

本発明に係る移動体の動作制御装置は、制御対象物である移動体と、移動体を駆動する駆動部と、前記移動体の動きにともなって変動する検知対象を視認する視認部と、前記視認部による画像情報に基づき、前記駆動部を介して前記移動体の動きを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記視認部から所定周期にしたがって順次取り込まれる個々の画像情報を、数ベクトル空間を除くヒルベルト空間における1点と解釈して、安定化制御方法により、前記検知対象を目標状態に導くことを特徴とする。
なお、ヒルベルト空間には、数ベクトル空間、多項式空間、実行列空間等の種々の空間が定義される。数ベクトル空間による制御方法は、いわゆる特徴量を抽出して制御する方法に相当する。本発明は、画像情報を、数ベクトル空間を除く、多項式空間、実行列空間等のヒルベルト空間の1点と解釈して制御する方法であり、画像情報から特徴量を抽出することなく制御する方法である。
安定化制御方法とは、移動体を所望の状態に整定させるための制御手法であり、LQG制御方法、H制御方法などが利用できる。
The moving body motion control apparatus according to the present invention includes a moving body that is a control object, a driving unit that drives the moving body, a visual recognition unit that visually recognizes a detection target that varies with the movement of the moving body, A control unit that controls the movement of the moving body via the driving unit based on image information by the visual recognition unit, and the control unit captures individual image information sequentially taken from the visual recognition unit according to a predetermined period, It is interpreted as one point in the Hilbert space excluding the number vector space, and the detection target is guided to the target state by the stabilization control method.
In the Hilbert space, various spaces such as a number vector space, a polynomial space, and an execution sequence space are defined. The control method using the number vector space corresponds to a method of extracting and controlling so-called feature values. The present invention is a method for controlling image information by interpreting it as one point in a Hilbert space such as a polynomial space or an execution sequence space, excluding a number vector space, and a method for controlling the image information without extracting feature values from the image information. It is.
The stabilization control method is a control method for setting the moving body in a desired state, and an LQG control method, an H∞ control method, and the like can be used.

また、本発明に係るスロッシング制御装置は、前記移動体が水を収容した水槽、前記駆動部が前記水槽を一方向に往復動させる駆動部、前記視認部が前記水槽を視認するカメラであり、前記制御部が前記カメラにより取得された画像情報に基づき前記駆動部により前記移動体を制御して前記水槽内の水を揺動状態から静止状態へ整定するスロッシング制御装置として構成され、前記制御部は、前記カメラから所定周期にしたがって順次取り込まれる水槽中の水の画像情報を、数ベクトル空間を除くヒルベルト空間における1点と解釈して、安定化制御方法により、前記水槽内の水を揺動状態から静止状態へ整定するように前記駆動部を制御することを特徴とする。
前記スロッシング制御装置においては、前記制御部において、水槽中の水の画像情報から多項式空間の1点を抽出し、その1点を監視して制御する方法により、前記水槽内の水を揺動状態から静止状態へ整定する方法、あるいは、前記制御部において、水槽中の水の画像情報から行列空間の1点を抽出し、その1点を監視して制御する方法により、前記水槽内の水を揺動状態から静止状態へ整定することにより効果的に制御することができる。
Further, the sloshing control device according to the present invention is a water tank in which the mobile body contains water, a drive unit in which the drive unit reciprocates the water tank in one direction, and the visual recognition unit is a camera that visually recognizes the water tank, The control unit is configured as a sloshing control device that controls the moving body by the driving unit based on image information acquired by the camera and sets the water in the water tank from a rocking state to a stationary state, and the control unit Interprets the image information of the water in the aquarium sequentially taken from the camera according to a predetermined period as one point in the Hilbert space excluding the number vector space, and swings the water in the aquarium by the stabilization control method. The drive unit is controlled to settle from a state to a stationary state.
In the sloshing control device, the control unit extracts one point of the polynomial space from the image information of the water in the aquarium, and monitors and controls the one point to oscillate the water in the aquarium. In the method of settling to a stationary state, or in the control unit, by extracting one point of the matrix space from the image information of the water in the aquarium and monitoring and controlling that one point, the water in the aquarium is It is possible to effectively control by setting from the swinging state to the stationary state.

本発明に係る移動体の移動制御装置は、画像情報をヒルベルト空間上の1点と解釈して解析することにより移動体を制御するから、画像情報から特徴量を抽出するという操作を経ずに制御することができ、さまざまな画像情報が取り込まれた場合でも汎用的に解析して移動体を制御することができるという利点がある。   The movement control device for a moving object according to the present invention controls the moving object by interpreting and analyzing image information as one point on the Hilbert space, and thus without performing an operation of extracting feature amounts from the image information. There is an advantage that the moving body can be controlled by performing general-purpose analysis even when various pieces of image information are captured.

試験に使用したスロッシング制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the sloshing control apparatus used for the test. 水槽内において波が生じた状態の画像の例である。It is an example of the image of the state which the wave produced in the water tank. 図2の画像について、水面の計測結果と近似曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of a water surface, and an approximate curve about the image of FIG. 同定モデルの出力と実際の出力とを比較したグラフである。It is the graph which compared the output of the identification model with the actual output. 図4における50〜150秒の範囲を拡大して示したグラフである。It is the graph which expanded and showed the range for 50 to 150 seconds in FIG. 重心を制御対象とした場合の同定モデルの出力と実際の出力とを比較したグラフである。It is the graph which compared the output of the identification model at the time of making a gravity center into control object, and an actual output. 図6における50〜150秒の範囲を拡大して示したグラフである。It is the graph which expanded and showed the range for 50 to 150 seconds in FIG. 指令電圧の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of command voltage. 多項式空間の成分の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the component of polynomial space. 重心の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of a gravity center. 水槽の前面を遮蔽した状態の画像である。It is an image of the state which blocked the front of the aquarium. モータの回転角度の時間変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time change of the rotation angle of a motor. 画像情報をグレースケール化し、(6、6))型の行列に低次元化するイメージ図である。FIG. 6 is an image diagram in which image information is grayscaled and reduced to a (6, 6)) type matrix. 同定モデルの出力と実際の出力とを比較したグラフである。It is the graph which compared the output of the identification model with the actual output. 本発明に係る制御方法による場合の行列M(t)と推定行列^M(t)のノルムを示すグラフである。It is a graph which shows the norm of the matrix M (t) and estimation matrix ^ M (t) in the case of the control method according to the present invention. 従来の制御方法による場合の水面座標y(t)と推定座標^y(t)のノルムを示すグラフである。It is a graph which shows the norm of the water surface coordinate y (t) in the case of being based on the conventional control method, and the estimated coordinate ^ y (t). 本発明に係る制御方法(Proposal)と従来の制御方法(Conventional)による場合におけるモータの入力電圧を示すグラフである。It is a graph which shows the input voltage of the motor in the case of the control method (Proposal) based on this invention, and the conventional control method (Conventional). 本発明に係る制御方法と従来の制御方法による場合における水槽の移動状態を示すグラフである。It is a graph which shows the movement state of the water tank in the case of the control method which concerns on this invention, and the conventional control method. LQG制御とP制御による場合のモータの入力電圧を示すグラフである。It is a graph which shows the input voltage of the motor in the case of LQG control and P control. LQG制御とP制御による場合の水槽の移動状態を示すグラフである。It is a graph which shows the movement state of the water tank in the case of LQG control and P control.

(スロッシング制御装置の構成)
本発明に係る移動体の動作制御装置の適用例として、スロッシング制御装置を構成した例について説明する。
図1は、スロッシング制御装置の構成を示すブロック図である。本実施形態のスロッシング制御装置は、水を収容した水槽10と、水槽10を一方向に進退駆動するモータ12と、水槽10の前方に配置され水槽10の前面全体を撮影するカメラ14と、カメラ14から得られる画像を解析し、解析結果に基づいてモータ12を駆動制御する制御部16とを備える。本実施形態のスロッシング制御装置においては、水槽10が制御対象である移動体、モータ12が移動体の駆動部、カメラ14が視認部に相当する。移動体の動きにともなって変動する検知対象は、この場合、水槽10内における水の状態(波の状態)である。
(Configuration of sloshing control device)
As an application example of the moving body motion control apparatus according to the present invention, an example in which a sloshing control apparatus is configured will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the sloshing control device. The sloshing control device of the present embodiment includes a water tank 10 containing water, a motor 12 that drives the water tank 10 to move forward and backward in one direction, a camera 14 that is disposed in front of the water tank 10 and photographs the entire front surface of the water tank 10, and a camera. 14 includes a control unit 16 that analyzes an image obtained from the image 14, and controls the drive of the motor 12 based on the analysis result. In the sloshing control device of the present embodiment, the water tank 10 is a moving object to be controlled, the motor 12 is a driving unit for the moving object, and the camera 14 is a viewing part. In this case, the detection target that fluctuates with the movement of the moving body is the state of water (wave state) in the water tank 10.

水槽10は、透明なガラス板からなる直方体の容器に形成され、水平に支持された平板板からなる支持板上に、支持板の往復動方向と長手方向を平行に固定支持される。支持板の往復動方向は支持板の底面に固設したガイドレールにより一方向に規定される。支持板はモータ12の出力軸に連結したラックギアに連繋して設けられ、モータ12の正逆回転にともなって支持板(水槽10)は一方向に進退駆動される。モータ12にはDCサーボモータを使用し、制御部16に入力されるエンコーダパルスに基づいて水槽10の移動位置を検出するように構成した。   The water tank 10 is formed in a rectangular parallelepiped container made of a transparent glass plate, and is supported on a support plate made of a horizontally supported flat plate so that the reciprocating direction and the longitudinal direction of the support plate are parallel to each other. The reciprocating direction of the support plate is defined in one direction by a guide rail fixed to the bottom surface of the support plate. The support plate is connected to a rack gear connected to the output shaft of the motor 12, and the support plate (water tank 10) is driven back and forth in one direction as the motor 12 rotates forward and backward. A DC servo motor was used as the motor 12, and the moving position of the water tank 10 was detected based on the encoder pulse input to the control unit 16.

本実施形態においては、水槽10に収容した水の表面の位置(表面の形状)を識別しやすくするため、水槽10の全量の約半分量を青色に着色した水とし、残り分を流動パラフィン(透明)として水槽10を水と流動パラフィンにより充填し、水槽10を密閉した。流動パラフィンは水よりも軽いから、水槽10が静止した状態では、水槽10の下側に水面が水平になった状態で水が収容され、水の上に流動パラフィンがのった状態になる。流動パラフィンを充填したのは、水槽10を揺動(往復動)させて波を起こしたときに、波頭が巻き込むような形態にならないようにして、波の形状を認識しやすくするためである。   In this embodiment, in order to make it easy to identify the position (surface shape) of the surface of the water stored in the aquarium 10, about half of the total amount of the aquarium 10 is colored blue, and the remainder is liquid paraffin ( The water tank 10 was filled with water and liquid paraffin, and the water tank 10 was sealed. Since liquid paraffin is lighter than water, when the water tank 10 is stationary, the water is stored in a state where the water surface is horizontal below the water tank 10, and the liquid paraffin is placed on the water. The reason why the liquid paraffin is filled is to make it easy to recognize the shape of the wave so that the wave front does not become entangled when the water tank 10 is swung (reciprocated) to generate a wave.

(制御方法:多項式空間の考え方による制御)
モータ12を駆動制御する制御部16は、水槽10内で生じた波を、水槽10(支持板)の往復動作を制御して水を静止させる(水面が水平になるようにする)。本試験では、水槽10をはじめに一定時間往復動させて波を起こさせた後、制御を開始して水槽10内の水を静止させるようにした。
本実施形態においては、カメラ14によって取得した水槽10内の波の画像を解析し、安定化制御方法により水槽10の動きを制御して水を静止させた。水槽10内の波の状態は刻々と変化するから、カメラ14からは短周期(実施例では15fps)で水槽10の画像を取得し、個々の画像ごとに解析を行い、それぞれの解析結果に基づいて水槽10の動きを制御して波を静止させた。
(Control method: Control based on the concept of polynomial space)
The control unit 16 that drives and controls the motor 12 controls the reciprocating operation of the water tank 10 (support plate) to make the water still (the water surface is horizontal). In this test, the water tank 10 was first reciprocated for a certain time to generate a wave, and then the control was started so that the water in the water tank 10 was stopped.
In this embodiment, the image of the wave in the aquarium 10 acquired by the camera 14 is analyzed, and the movement of the aquarium 10 is controlled by the stabilization control method to stop the water. Since the state of the wave in the aquarium 10 changes every moment, an image of the aquarium 10 is acquired from the camera 14 at a short period (15 fps in the embodiment), and is analyzed for each individual image, and based on the respective analysis results. Then, the movement of the water tank 10 was controlled to make the wave stationary.

図2は、水槽10を一方向(水槽の長手方向に平行な方向)に往復動させ、水槽10内で波を起こさせた状態の画像の例である。水槽10の下側の色の濃い領域が水である。
図3は、この画像を解析して求めた近似曲線(破線)を示す。近似曲線は便宜的に1次曲線によって近似している。
水槽10内の水面の形状(波の形)は、カメラ14によって取得した画像をRGB化し、特定の閾値以上の画素の集合を選択して水面として特定した。得られた水面の形状(波の形)を関数としてみると、水面の形状はヒルベルト空間として定義される多項式空間における基底の一次結合として表現することができる。
水槽10内の水の表面は実際には3次元的に揺らぐが、本実施形態のように長手方向に平行に水槽10を往復動させて波を起こした場合は、波が2次元的に変動するとみても制御上、大きな誤差は生じない。
FIG. 2 is an example of an image in a state where the water tank 10 is reciprocated in one direction (a direction parallel to the longitudinal direction of the water tank) to generate a wave in the water tank 10. The dark area on the lower side of the aquarium 10 is water.
FIG. 3 shows an approximate curve (broken line) obtained by analyzing this image. The approximate curve is approximated by a linear curve for convenience.
The shape (wave shape) of the water surface in the aquarium 10 is specified as the water surface by converting the image acquired by the camera 14 into RGB and selecting a set of pixels equal to or greater than a specific threshold. When the obtained water surface shape (wave shape) is viewed as a function, the water surface shape can be expressed as a linear combination of bases in a polynomial space defined as a Hilbert space.
The surface of the water in the aquarium 10 actually fluctuates three-dimensionally. However, when a wave is generated by reciprocating the aquarium 10 parallel to the longitudinal direction as in this embodiment, the wave fluctuates two-dimensionally. Even if it sees, a big error does not arise on control.

なお、多項式空間の正規直交基底em(x)は次式(1)のルジャンドル多項式によって表現される。
多項式空間の元f(x)は、(1)式の正規直交基底を用いて次式(2)のように、基底の一次結合によって表現できる。すなわち、本実施形態において画像として得られる波の形は、この基底の一次結合として表現することができる。
波の形は時間的に変化するから、時間的に変化する波の形は、次式(3)の多項式f(x,t)(0≦t≦∞)によって表現される。すなわち、波の変化は成分am(t)の時間変化としてあらわれるから、この成分am(t)を監視制御することによって波を制御することが可能である。
The orthonormal basis e m (x) of the polynomial space is expressed by a Legendre polynomial of the following equation (1).
The element f (x) of the polynomial space can be expressed by a linear combination of the basis as in the following equation (2) using the orthonormal basis of the equation (1). That is, the wave shape obtained as an image in the present embodiment can be expressed as a linear combination of the bases.
Since the wave shape changes with time, the wave shape changing with time is expressed by a polynomial f (x, t) (0 ≦ t ≦ ∞) of the following equation (3). That is, the change of the wave from appearing as a time change component a m (t), it is possible to control the wave by monitoring controls the components a m (t).

(システムの同定)
本実施形態における制御部16による制御手法は、観測した波の形状を多項式空間における基底の一次結合として表現した場合の成分am(t)の時間変化を監視し、その後の変化を推定して、目標とする状態(水面を静止させる状態)に漸近安定化させるものである。制御対象である観測量am(t)の次数は制限されるものではないが、本実施形態においては、検証のための第一段階として観測量をa2(k)、すなわち観測対象の成分のうち1次の成分を制御対象とする状態変数として制御することにし、予測誤差法の式誤差モデルであるARX法を用いてシステムを同定した。このモデルでは、次式(4)の離散時間線形時不変システムによって入出力応答が定義される。
(System identification)
The control method by the control unit 16 in the present embodiment monitors the time change of the component a m (t) when the observed wave shape is expressed as a linear combination of the basis in the polynomial space, and estimates the subsequent change. Asymptotically stabilized to a target state (state where the water surface is stationary). The order of the observed quantity a m (t) to be controlled is not limited, but in this embodiment, the observed quantity is a 2 (k), that is, the component of the observed object, as the first step for verification. The system was identified by using the ARX method, which is an equation error model of the prediction error method. In this model, the input / output response is defined by the discrete-time linear time-invariant system (4).

以下のチャープ信号u(t)を印加してシステムを同定した。この同定操作は、水槽10をさまざまな周波数により揺動(往復動)させ、外力に対して水槽10(システム)がどのようにレスポンスするかを特定するという意味であり、本実施形態では次数34まで同定した。
u(t)=Acos(2πfct+παt2+θ)
A:振幅0.55(V)、fc:中心周波数0.198(Hz)、α:チャープ率2.3761×10-3(Hz/s)、
θ:初期位相-(1/2)π(rad)
The following chirp signal u (t) was applied to identify the system. This identification operation means that the water tank 10 is swung (reciprocated) at various frequencies to specify how the water tank 10 (system) responds to an external force. In this embodiment, the order 34 is specified. Until identified.
u (t) = Acos (2πf c t + παt 2 + θ)
A: Amplitude 0.55 (V), f c : center frequency 0.198 (Hz), α: chirp rate 2.3761 × 10 -3 (Hz / s),
θ: Initial phase-(1/2) π (rad)

システムの同定条件は以下のとおりである。
水:2.52(l)、水温:22.4(℃)、流動パラフィン:5.05(l)、パラフィン温度:22.1(℃)、水槽サイズ:横幅490×奥行き180×高さ300(mm)、カメラモード:5Mモード、カメラ高さ:130(mm)、カメラ-水槽距離:430(mm)
The system identification conditions are as follows.
Water: 2.52 (l), Water temperature: 22.4 (° C), Liquid paraffin: 5.05 (l), Paraffin temperature: 22.1 (° C), Aquarium size: Width 490 x Depth 180 x Height 300 (mm), Camera mode: 5M Mode, camera height: 130 (mm), camera-water tank distance: 430 (mm)

同定した式(4)の行列A、B、C、Dを以下に示す。
The identified matrices A, B, C, and D of Equation (4) are shown below.

図4は同定モデルの出力と実際の出力とを比較したグラフである。図5は図4における50〜150秒の範囲を拡大して示したものである。グラフから、実際の出力と同定モデルの出力とが良く一致していることがわかる。すなわち、上述した本システムの同定モデルが妥当であることが確認できた。   FIG. 4 is a graph comparing the output of the identification model with the actual output. FIG. 5 is an enlarged view of the range of 50 to 150 seconds in FIG. It can be seen from the graph that the actual output and the output of the identification model are in good agreement. That is, it was confirmed that the above-described identification model of this system is appropriate.

なお、比較のため、従来手法である重心の位置を制御対象とする場合についても制御試験を行った。重心(xG,yG)は次式(9)によって与えられる。
式(9)において、Wは全画素値の総和であり、n、mは画像のドット数、Xj、Yjは座標値である。図3に、式(9)によって求めた重心の位置をドットで示した。
For comparison, a control test was also performed for the case where the position of the center of gravity, which is a conventional method, is a control target. The center of gravity (x G , y G ) is given by the following equation (9).
In Equation (9), W is the sum of all pixel values, n and m are the number of dots in the image, and X j and Y j are coordinate values. In FIG. 3, the position of the center of gravity obtained by the equation (9) is indicated by dots.

重心の位置を制御対象とする場合も、あらかじめ同定する必要があり、上述したARX法により、xGを要素とする状態変数ベクトルを制御対象とし、式(4)の離散時間線形時不変システムを定義して同定した。チャープ信号及び同定条件は前記と同様である。
図6に実際の出力と同定モデルの出力を示した。図7は図6の50〜150秒の範囲を拡大したものである。実出力と同定した出力が略一致しており、同定モデルが妥当であることを示す。
Even when the position of the center of gravity is to be controlled, it is necessary to identify in advance. The state variable vector having x G as an element is controlled by the above ARX method, and the discrete-time linear time-invariant system of Equation (4) is Defined and identified. The chirp signal and identification conditions are the same as described above.
FIG. 6 shows the actual output and the output of the identification model. FIG. 7 is an enlarged view of the range of 50 to 150 seconds shown in FIG. The actual output and the identified output substantially match, indicating that the identification model is valid.

(制御試験)
本実施形態の制御試験においては、式(4)に示す線形時不変システムに対し、目標とする水面の形状(水平面)にまで安定化させる手法としてLQG制御方法を利用した。制御対象を特定の挙動をなすように制御する手法にはさまざまな手法があり、LQG制御方法に限定されるものではない。
(Control test)
In the control test of the present embodiment, the LQG control method was used as a technique for stabilizing the target water surface shape (horizontal plane) with respect to the linear time-invariant system represented by Equation (4). There are various methods for controlling a control target to have a specific behavior, and the method is not limited to the LQG control method.

LQG制御方法においては、次式(10)を評価関数Jとし、評価関数Jを最小とする状態フィードバックFを加えるように設計する。
式(10)中のQf≧0、Rf>0は最適フィードバック重みである。
フィードバックゲインFは、リカッチ方程式
の解Π>0を用いて、次式(12)によって与えられる。
本実施形態においては、フィードバックゲインをRf=5、Qf=I×0.001として設計した。この場合のフィードバックゲインを以下に示す。
In the LQG control method, the following equation (10) is set as the evaluation function J, and the design is made such that the state feedback F that minimizes the evaluation function J is added.
In Equation (10), Q f ≧ 0 and R f > 0 are optimum feedback weights.
The feedback gain F is the Riccati equation
Is given by the following equation (12).
In this embodiment, the feedback gain is designed as Rf = 5 and Qf = I × 0.001. The feedback gain in this case is shown below.

制御試験で使用したシステムの条件は、前述した同定条件において、水温20.8(℃)、パラフィン温度21.0(℃)である以外は同一である。
試験では、0〜15.00(s)までの間は、モータ(DCモータ)12への入力電圧を0.55sin(2πt×0.285)(V)として水槽10を揺動させ、15.00(s)経過後に制御を開始して、その後の水槽10の挙動を観察した。
The conditions of the system used in the control test are the same except that the water temperature is 20.8 (° C.) and the paraffin temperature is 21.0 (° C.) in the above-described identification conditions.
In the test, between 0 and 15.00 (s), the water tank 10 was swung with the input voltage to the motor (DC motor) 12 set to 0.55 sin (2πt × 0.285) (V), and the control was performed after 15.00 (s). Then, the behavior of the water tank 10 thereafter was observed.

図8は、本実施形態による制御方法、重心を制御対象とする制御方法、まったく制御を行わない場合(無制御)について、指令電圧の時間変化を示す。15秒経過時までは周期的に電圧が印加されていること、本実施形態の制御方法によれば15秒経過後、徐々に指令電圧が小さくなって収束に向かっていることがわかる。重心を制御対象とする制御方法では、15秒経過後は、初期の印加電圧よりも指令電圧が抑制される傾向にあるが、本実施形態の制御方法と比較すると収束度が劣っている。制御を行わない場合は、15秒経過後の指令電圧が0(V)となる。   FIG. 8 shows the time variation of the command voltage for the control method according to the present embodiment, the control method for controlling the center of gravity, and the case where no control is performed (no control). It can be seen that the voltage is periodically applied until 15 seconds elapses, and according to the control method of the present embodiment, after 15 seconds elapses, the command voltage gradually decreases and converges. In the control method that controls the center of gravity, the command voltage tends to be suppressed from the initial applied voltage after 15 seconds, but the degree of convergence is inferior to the control method of this embodiment. When control is not performed, the command voltage after 15 seconds is 0 (V).

図9は、上記の3方法について、多項式空間の成分a2の時間変化、いいかえれば水槽10内の波の動き(揺れ方)を示す。本実施形態による制御方法の場合と、重心を制御対象とする制御方法の場合ともに、無制御の場合にくらべて短時間で波が収まっている(整定する)ことがわかる。
図10は、上記の3方法について、重心xGの時間変化を示す。この場合も、本実施形態の制御方法と、重心を制御対象とする制御方法ともに、無制御の場合にくらべて整定時間が短くなっており、スロッシングを防止する制御がなされていることがわかる。
FIG. 9 shows the temporal change of the component a 2 in the polynomial space, in other words, the wave motion (how to shake) in the aquarium 10 for the above three methods. It can be seen that in both the case of the control method according to the present embodiment and the case of the control method in which the center of gravity is controlled, the waves are settled (settling) in a shorter time than in the case of no control.
Figure 10, for 3 methods described above, shows the time variation of the center of gravity x G. Also in this case, it can be seen that both the control method of the present embodiment and the control method for controlling the center of gravity are shorter in settling time than in the case of no control, and control is performed to prevent sloshing.

図11は、水槽10の前面の一部を紙で遮蔽した場合にスロッシング防止機能が働くか否かを試験した例である。水槽10の前面の左半部を紙で隠し、カメラ12からは水槽10の右半部の波の動きのみ検知できるようにして制御試験を行った。
図12は、そのときのモータの回転角度を示す。試験結果は、本実施形態の制御方法による場合は、15秒間水槽10を揺動させた後、制御開始すると徐々に波が整定されて収束したが、重心を制御対象とした場合は中途で拡散し、制御不能となった。
FIG. 11 is an example of testing whether or not the anti-sloshing function works when a part of the front surface of the water tank 10 is shielded with paper. The left half of the front surface of the aquarium 10 was hidden with paper, and the control test was performed so that only the movement of the waves in the right half of the aquarium 10 could be detected from the camera 12.
FIG. 12 shows the rotation angle of the motor at that time. When the control method of this embodiment is used, the test results are shown in FIG. 1. After the water tank 10 is swung for 15 seconds and then the control is started, the wave gradually settles and converges. It became out of control.

この試験結果は、本実施形態の制御方法においては、特徴量を抽出して制御するという考え方によるものではないために、部分的な画像情報からも、水槽10全体の波の動きを予測して制御することが可能となり、重心位置のような特徴量を抽出して制御する方法では制御不能な場合であっても的確な制御が可能であることを示す。   This test result is not based on the concept of extracting and controlling the feature amount in the control method of the present embodiment, and therefore the motion of the wave in the entire aquarium 10 is predicted from partial image information. This indicates that control can be performed, and accurate control is possible even when control is not possible with the method of extracting and controlling feature quantities such as the position of the center of gravity.

なお、上記実施形態は、画像情報から特徴量を抽出することなく挙動を制御する方法として、従来の数ベクトルの概念を利用することなく制御する一例として、スロッシング防止装置の制御を取り上げたものである。実施形態では、制御を容易にするために、水槽の動き方向を一方向に限定し、水槽中の波が2次元内において変化する設定とし、ヒルベルト空間の一つである多項式空間を想定することによって制御の可能性を検証した。その検証結果は、画像情報から特徴量を抽出することなく制御する方法が有効に利用できることを示している。   In the above embodiment, the control of the anti-sloshing device is taken up as an example of the control without using the concept of the conventional number vector as a method for controlling the behavior without extracting the feature amount from the image information. is there. In the embodiment, in order to facilitate the control, the movement direction of the aquarium is limited to one direction, the wave in the aquarium is set to change in two dimensions, and a polynomial space that is one of the Hilbert spaces is assumed. The possibility of control was verified by The verification result shows that the control method can be effectively used without extracting the feature quantity from the image information.

(制御方法:行列空間の考え方による制御)
上述した実施形態では、スロッシング制御装置の制御方法として水槽内の水面の形状を多項式空間の基底の一次結合とみて制御した。以下では、線形制御理論を行列空間上に再構築する方法によって制御する方法について説明する。
(Control method: Control based on the concept of matrix space)
In the above-described embodiment, as a control method of the sloshing control device, the shape of the water surface in the water tank is controlled as a linear combination of the basis of the polynomial space. Hereinafter, a method of controlling the linear control theory by a method of reconstructing the matrix on the matrix space will be described.

行列空間はヒルベルト空間であり、この空間における正規直交基底は以下で示される。
行列空間内の元である行列Xと、正規直交基底ek,lとの内積を用いることにより、行列Xは次式のように線形結合として表すことができる。
時間変化する行列X(t)の場合、行列の成分はak,l(t)で示され、以下のように書き表される。
また、行列空間は数ベクトル空間と同様にヒルベルト空間であるので、以下の線形制御理論が成り立つ。
すなわち、カメラから得られた画像情報を行列空間内の1点としてとらえ、線形制御理論を適用して制御することが可能である。
The matrix space is a Hilbert space, and the orthonormal basis in this space is shown below.
By using the inner product of the matrix X, which is an element in the matrix space, and the orthonormal basis e k, l , the matrix X can be expressed as a linear combination as in the following equation.
In the case of a time-varying matrix X (t), the matrix components are denoted by a k, l (t) and are written as follows:
Since the matrix space is a Hilbert space like the number vector space, the following linear control theory holds.
That is, it is possible to control the image information obtained from the camera as one point in the matrix space and apply linear control theory.

本実施形態においても前述したスロッシング装置を使用した。実験では、画像情報のサンプリング周期を15[fps]とし、カメラ14から得られるRGB行列(画像情報:480×640画素)をグレースケール空間に座標変換した行列((480、640)型)を、平均値をとって(6、6))型の行列(M(t))に低次元化し、行列M(t)と行列空間の正規直交基底の内積によって得られる成分を制御量(ak,l(t))とした。図13に、画像情報をグレースケール化し、(6、6))型の行列に低次元化する例をイメージ図で示す。 Also in this embodiment, the above-described sloshing device is used. In the experiment, the sampling cycle of image information is set to 15 [fps], and a matrix ((480, 640) type) obtained by coordinate-converting an RGB matrix (image information: 480 × 640 pixels) obtained from the camera 14 into a grayscale space, (6, 6)) type matrix (M (t)) is reduced to the average value, and the component obtained by the inner product of the matrix M (t) and the orthonormal basis of the matrix space is the control variable (a k, l (t)). FIG. 13 is an image diagram showing an example in which image information is grayscaled and reduced to a (6, 6)) type matrix.

行列空間の考え方を利用して制御するため、装置の同定試験を行った。
モータ12にチャープ信号(入力電圧c(t))を入力し、同定出力を行列M(t)と行列空間における正規直交基底ek,l(t)との内積によって得られる成分ak,l(t)とする。システムを入力1、出力36のSIMO系とし、部分空間法によって同定した。部分空間法として本実施形態ではn4sid法を利用した。使用したチャープ信号は下記のものである。
c(t)=Acos(2πfct+παt2+θ)[V]
A:振幅0.6(V)、fc:中心周波数 1.28×10-2(Hz)、α:チャープ率9.0×10-6(Hz/s)、
θ:初期位相-(1/2)π(rad)
In order to control using the concept of matrix space, an identification test of the device was performed.
A chirp signal (input voltage c (t)) is input to the motor 12, and the identification output is a component a k, l obtained by the inner product of the matrix M (t) and the orthonormal basis e k, l (t) in the matrix space. (t). The system was a SIMO system with input 1 and output 36, and was identified by the subspace method. In this embodiment, the n4sid method is used as the subspace method. The chirp signals used are as follows.
c (t) = Acos (2πf c t + παt 2 + θ) [V]
A: Amplitude 0.6 (V), f c : center frequency 1.28 × 10 -2 (Hz), α: chirp rate 9.0 × 10 -6 (Hz / s),
θ: Initial phase-(1/2) π (rad)

6×6の各同定出力ak,l(t)について、モデルの出力と実出力との適合率を計算したところ、水槽10の水面の境界面に相当する4行目の成分については、適合率が64.97(%)、74.75(%)、62.36(%)、36.1(%)、67.98(%)、65.35(%)となり、モデル化が良好であることが確かめられた。
図14に、同定出力の例として、出力a4,1(t)の実出力とモデル出力を示す。図14(b)は、図14(a)の100〜120秒の範囲を拡大して示したものである。
For each 6 × 6 identification output a k, l (t), the matching rate between the output of the model and the actual output was calculated. The component in the fourth row corresponding to the boundary surface of the water surface of the aquarium 10 The rates were 64.97 (%), 74.75 (%), 62.36 (%), 36.1 (%), 67.98 (%), and 65.35 (%), confirming that the modeling was good.
FIG. 14 shows actual output and model output of output a 4,1 (t) as examples of identification output. FIG. 14B is an enlarged view of the range of 100 to 120 seconds shown in FIG.

(比較試験)
上記のスロッシング制御装置について、本実施形態の制御方法と、従来の重心に着目して制御する方法について比較実験を行った。
本実施形態による制御方法では、上述した同定結果に基づき、行列M(t)に対してLQG制御を施した。レギュレータの重みRI=5×10I、QI=100、カルマンフィルタの重みRg=1×108I、Qg=1×10-6Iとした。
従来法の重心を制御対象とする場合も、重心に対して同定する操作を行い、この同定結果に基づいてLQG制御を施した。レギュレータの重みRI=1、QI=1、カルマンフィルタの重みRg=1×103、Qg=1とした。
(Comparative test)
For the above sloshing control device, a comparative experiment was performed on the control method of the present embodiment and the conventional control method by paying attention to the center of gravity.
In the control method according to the present embodiment, LQG control is performed on the matrix M (t) based on the identification result described above. The regulator weight R I = 5 × 10 4 I, Q I = 100, the Kalman filter weight R g = 1 × 10 8 I, and Q g = 1 × 10 −6 I.
Even when the center of gravity of the conventional method is controlled, an operation for identifying the center of gravity was performed, and LQG control was performed based on the identification result. The regulator weight R I = 1, Q I = 1, the Kalman filter weight R g = 1 × 10 3 , and Qg = 1.

比較試験は、はじめに0〜15秒間、モータ12に正弦波電圧を入力し水槽10を一方向に(直線的に)往復駆動させた後、水面を静止状態に移行させる制御を開始して推移を観察した。実験では、制御開始時に、カメラ14の視野を横切るようにカメラ14の前で手を動かし、カメラ14の視野を短時間遮るオクルージョンを行って各々の制御による挙動を調べた。   In the comparative test, first, a sine wave voltage is input to the motor 12 for 0 to 15 seconds, the water tank 10 is reciprocated in one direction (linearly), and then control is started to shift the water surface to a stationary state. Observed. In the experiment, at the start of control, the hand was moved in front of the camera 14 so as to cross the field of view of the camera 14, and occlusion was performed to block the field of view of the camera 14 for a short time, and the behavior by each control was examined.

図15は、本実施形態の制御方法の場合の行列M(t)と推定行列^M(t)のノルムを示す。往復動を開始して15秒経過した時点で行列M(t)のノルムが大きく変動している。これはオクルージョンの影響によるものである。行列M(t)のノルムが大きく変動する一方、推定行列^M(t)のノルムは、オクルージョンによってはほとんど影響されず、強制振動を停止後、短時間のうちに整定されている。
ここでノルムとは行列M(t)と目標画像との差の行列、または推定行列^M(t)と目標画像との差の行列について,全成分の二乗を足し合わせて平方根をとったものである。よって推定行列^M(t)のノルムが、オクルージョンによってはほとんど影響されないことは,オクルージョンが雑音として除去されて推定行列^M(t)を乱さないことを示す。同時に,ノルムがゼロになったとき行列M(t)または推定行列^M(t)は目標画像に整定したといえる。
FIG. 15 shows the norms of the matrix M (t) and the estimation matrix ^ M (t) in the case of the control method of the present embodiment. The norm of the matrix M (t) fluctuates greatly when 15 seconds have elapsed since the start of reciprocation. This is due to the influence of occlusion. While the norm of the matrix M (t) fluctuates greatly, the norm of the estimation matrix ^ M (t) is hardly affected by occlusion and is settled within a short time after stopping the forced oscillation.
Here, the norm is the difference between the matrix M (t) and the target image, or the difference matrix between the estimation matrix ^ M (t) and the target image, and the square root is obtained by adding the squares of all components. It is. Therefore, the fact that the norm of the estimation matrix ^ M (t) is hardly influenced by occlusion indicates that the occlusion is removed as noise and does not disturb the estimation matrix ^ M (t). At the same time, it can be said that the matrix M (t) or the estimation matrix ^ M (t) settled to the target image when the norm becomes zero.

図16は、従来法の制御による場合の水面座標y(t)と推定座標^y(t)のノルムを示す。LQG制御により、水面が揺動する状態から水面が静止する状態へ移行させるように制御したが、図16に示すように、オクルージョンの影響を受けて推定座標^y(t)が大きく変動した。つまり,従来法ではオクルージョンが雑音として除去されずに推定座標^y(t)を乱していることを示す。   FIG. 16 shows the norm of the water surface coordinate y (t) and the estimated coordinate ^ y (t) in the case of control by the conventional method. The LQG control was performed so as to shift from a state where the water surface was swung to a state where the water surface was stationary. However, as shown in FIG. 16, the estimated coordinates ^ y (t) greatly fluctuated due to the influence of occlusion. In other words, the conventional method shows that the estimated coordinates ^ y (t) are disturbed without removing occlusion as noise.

図17は、本実施形態と従来法の制御による場合のモータ12の入力電圧(制御電圧)を示す。0〜15秒間の入力電圧があらかじめ設定した正弦波電圧、15秒経過後が制御電圧である。従来法の制御の場合は、15秒経過後の電圧がオクルージョンの作用によって大きく変動したのに対し、本実施形態の制御による場合は、オクルージョンの影響をほとんど受けることなく、短時間のうちに電圧が0[V]近傍に収束し、短時間で水面の揺動が整定されている。   FIG. 17 shows the input voltage (control voltage) of the motor 12 in the case of control according to this embodiment and the conventional method. The input voltage for 0 to 15 seconds is a preset sine wave voltage, and the control voltage is after 15 seconds. In the case of conventional control, the voltage after 15 seconds has greatly fluctuated due to the effect of occlusion, whereas in the case of the control according to this embodiment, the voltage is not affected by occlusion in a short time. Converges in the vicinity of 0 [V], and the fluctuation of the water surface is settled in a short time.

図18は、本実施形態と従来法による制御状態での水槽の支持板上の移動位置を示す。水槽をはじめに往復駆動(周期的な往復動)させている状態から制御を開始すると、水面を静止させるために水槽は微妙な動きをする。図18に示す本実施形態の制御では、制御開始後、短時間のうちに水槽は動きを停止し、水面を静止させた状態になった。一方、従来法による場合は、オクルージョンの影響によって水槽は左右(一方向)に大きく移動している。   FIG. 18 shows the movement position on the support plate of the water tank in the control state according to the present embodiment and the conventional method. When control is started from the state in which the water tank is first reciprocated (periodic reciprocating motion), the water tank moves delicately to keep the water surface stationary. In the control of this embodiment shown in FIG. 18, the water tank stopped moving within a short time after the start of control, and the water surface was in a stationary state. On the other hand, in the case of the conventional method, the water tank has moved greatly left and right (one direction) due to the influence of occlusion.

以上の比較実験の結果は、行列空間の考え方を利用した制御方法が、水槽の水面の整定に有効に利用できること、とくに、重心のような特徴量に着目する制御方法では、わずかなオクルージョンの影響であっても的確な制御ができなくなるのに対して、本実施形態のように特徴量に着目せずに制御する方法は、オクルージョンの影響を受けることなく、的確に制御できることが確かめられた。   The results of the above comparative experiment show that the control method using the concept of the matrix space can be used effectively for the stabilization of the water surface of the aquarium, and in particular, the control method that focuses on features such as the center of gravity has a slight effect of occlusion. However, while it is impossible to perform accurate control, it has been confirmed that the method of controlling without paying attention to the feature amount as in the present embodiment can be accurately controlled without being affected by occlusion.

なお、制御方法の相違による制御状態を比較するため、LQG制御とP制御(比例制御)を利用して水面を静止させる実験を行った。いずれも、はじめに15秒間水槽を往復駆動させた後、カメラの視野を遮るオクルージョンを行い、その後の経過を観察した。
図19は、LQG制御とP制御でのモータの入力電圧を示す。P制御による場合はオクルージョンの作用によって制御開始後の電圧が大きく変動するのに対して、LQG制御では短時間のうちに整定されている。
図20は、支持板上の水槽の位置を示す。LQG制御による場合は制御開始とともに一定位置に整定されているのに対して、P制御では水槽の制御が的確になされずに発散している。この実験結果は、LQG制御がP制御に比較して優位であること、行列空間におけるLQG制御理論が有用であることを示す。
In addition, in order to compare the control state by the difference in the control method, the experiment which made the water surface still was performed using LQG control and P control (proportional control). In either case, the water tank was first reciprocated for 15 seconds, then occlusion was performed to block the camera's field of view, and the subsequent course was observed.
FIG. 19 shows the motor input voltage in the LQG control and the P control. In the case of P control, the voltage after the start of control fluctuates greatly due to the action of occlusion, whereas in LQG control, it is settled in a short time.
FIG. 20 shows the position of the water tank on the support plate. In the case of the LQG control, the control is set at a fixed position at the start of the control, whereas in the P control, the water tank is not accurately controlled and diverges. This experimental result shows that LQG control is superior to P control, and that LQG control theory in matrix space is useful.

以上、各実施形態において説明したように、画像情報に基づいて、特徴量を抽出することなく制御する方法は、多項式空間に限らず、行列の和とスカラー倍が定義されるベクトル空間である行列空間についても適用される。行列空間は多項式空間と同様にヒルベルト空間の一つであり、画像情報を多項式空間の1点として制御する方法と同様に、行列空間の1点として制御することが可能である。画像情報を多項式空間の1点あるいは行列空間の1点と解釈して制御する方法は、制御しようとする対象ごとに、重心位置といった特定の特徴量を見出して、その特徴量を制御しなければならない従来方法とくらべて、少なくとも、制御する対象を問わずに、画像情報をもとに汎用的に制御できる方法を提供できる点において有効であると考えられる。
なお、行列空間の考え方は、制御対象がまったく限定されずいかなる制御対象にも汎用的に利用できる、特徴量を全く抽出しないので画像処理・制御系設計の段階が試行錯誤的にならないという特徴がある。また、多項式空間の考え方は、制御対象が水槽の水面のように曲線で表されるもので多項式空間の考え方が適用しやすいものについては、効果的な制御が可能になるという特徴がある。
As described above, as described in each embodiment, the method for controlling the feature amount without extracting it based on the image information is not limited to the polynomial space, but a matrix that is a vector space in which the sum of the matrix and the scalar multiplication are defined. This also applies to space. The matrix space is one of the Hilbert spaces similarly to the polynomial space, and can be controlled as one point in the matrix space in the same manner as the method of controlling the image information as one point in the polynomial space. The method of controlling image information by interpreting it as one point in polynomial space or one point in matrix space is to find a specific feature amount such as the centroid position for each object to be controlled, and control the feature amount. Compared to conventional methods that do not become necessary, it is considered that the method is effective in that it can provide a method that can be controlled universally based on image information regardless of the object to be controlled.
Note that the concept of the matrix space is characterized by the fact that the control target is not limited at all and can be used universally for any control target. The feature quantity is not extracted at all, so the image processing / control system design stage is not trial and error. is there. The concept of the polynomial space is characterized in that effective control is possible when the object to be controlled is represented by a curve like the water surface of a water tank and the concept of the polynomial space is easy to apply.

10 水槽
12 モータ
14 カメラ
16 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Water tank 12 Motor 14 Camera 16 Control part

Claims (5)

制御対象物である移動体と、
移動体を駆動する駆動部と、
前記移動体の動きにともなって変動する検知対象を視認する視認部と、
前記視認部による画像情報に基づき、前記駆動部を介して前記移動体の動きを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記視認部から所定周期にしたがって順次取り込まれる個々の画像情報を、数ベクトル空間を除くヒルベルト空間における1点と解釈して、安定化制御方法により、前記検知対象を目標状態に導くことを特徴とする移動体の動作制御装置。
A moving object that is a control object;
A drive unit for driving the moving body;
A visual recognition unit for visually recognizing a detection target that fluctuates with the movement of the moving body;
A control unit that controls movement of the moving body via the driving unit based on image information by the visual recognition unit;
The control unit interprets each piece of image information sequentially taken from the visual recognition unit according to a predetermined cycle as one point in the Hilbert space excluding a number vector space, and sets the detection target to a target state by a stabilization control method. An apparatus for controlling an operation of a moving body, characterized by being guided.
前記安定化制御方法として、LQG制御方法を利用することを特徴とする請求項1記載の移動体の動作制御装置。   2. The moving body motion control apparatus according to claim 1, wherein an LQG control method is used as the stabilization control method. 前記移動体が水を収容した水槽、前記駆動部が前記水槽を一方向に往復動させる駆動部、前記視認部が前記水槽を視認するカメラであり、前記制御部が前記カメラにより取得された画像情報に基づき前記駆動部により前記移動体を制御して前記水槽内の水を揺動状態から静止状態へ整定するスロッシング制御装置であって、
前記制御部は、前記カメラから所定周期にしたがって順次取り込まれる水槽中の水の画像情報を、数ベクトル空間を除くヒルベルト空間における1点と解釈して、安定化制御方法により、前記水槽内の水を揺動状態から静止状態へ整定するように前記駆動部を制御することを特徴とするスロッシング制御装置。
The movable body is a water tank containing water, the drive unit is a drive unit that reciprocates the water tank in one direction, the visual recognition unit is a camera that visually recognizes the water tank, and the control unit is an image acquired by the camera. A sloshing control device for controlling the moving body by the driving unit based on information to set the water in the water tank from a rocking state to a stationary state,
The control unit interprets the image information of the water in the aquarium sequentially taken from the camera according to a predetermined cycle as one point in the Hilbert space excluding the number vector space, and uses a stabilization control method to determine the water in the aquarium. A sloshing control device, characterized in that the drive unit is controlled so as to set the motor from a swinging state to a stationary state.
前記制御部においては、水槽中の水の画像情報から多項式空間の1点を抽出し、その1点を監視して制御する方法により、前記水槽内の水を揺動状態から静止状態へ整定することを特徴とする請求項3記載のスロッシング制御装置。   In the control unit, one point in the polynomial space is extracted from the image information of the water in the aquarium, and the water in the aquarium is set from the swinging state to the stationary state by monitoring and controlling the one point. The sloshing control device according to claim 3 characterized by things. 前記制御部においては、水槽中の水の画像情報から行列空間の1点を抽出し、その1点を監視して制御する方法により、前記水槽内の水を揺動状態から静止状態へ整定することを特徴とする請求項3記載のスロッシング制御装置。




In the control unit, one point in the matrix space is extracted from the image information of the water in the aquarium, and the water in the aquarium is set from the swinging state to the stationary state by a method of monitoring and controlling the one point. The sloshing control device according to claim 3 characterized by things.




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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0689103A (en) * 1992-09-08 1994-03-29 Toshiba Corp Multivariable controller
JPH0910924A (en) * 1995-06-26 1997-01-14 Towa Kiko Kk Method for pouring molten metal
JP2004264925A (en) * 2003-02-28 2004-09-24 Sony Corp Image processor and processing method, storage medium, and program

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0689103A (en) * 1992-09-08 1994-03-29 Toshiba Corp Multivariable controller
JPH0910924A (en) * 1995-06-26 1997-01-14 Towa Kiko Kk Method for pouring molten metal
JP2004264925A (en) * 2003-02-28 2004-09-24 Sony Corp Image processor and processing method, storage medium, and program

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6016017253; 佐藤正和,酒井悟: 'ビジュアル・カルマンフィルタに基づく水面形制御に関する基礎的研究' 「運動と振動の制御」シンポジウム講演論文集 , 20110629, p.673-678, 一般社団法人日本機械学会 *

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