JP2018181166A - Mobile body control method and mobile body control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自律制御型の移動体に障害物回避を行わせるために用いる移動体の制御方法と該方法の実施に用いる移動体制御システムに関するものである。 The present invention relates to a method of controlling a moving body used to cause an autonomously controlled moving body to perform obstacle avoidance, and a moving body control system used to implement the method.
自律移動を行う移動体の一つとしては、AUV(Autonomous Underwater Vehicle)と呼ばれる無人の水中移動体が知られている。 An unmanned underwater vehicle called AUV (Autonomous Underwater Vehicle) is known as one of mobile vehicles performing autonomous movement.
この種の水中移動体は、海底資源探査、機雷の探査とその除去、海洋遭難者の探索(探査)などに利用することが考えられている。 This type of underwater vehicle is considered to be used for seabed resource exploration, exploration and removal of mines, exploration of ocean distressed persons (exploration) and the like.
このような水中移動体の運用を行う上で重要になる技術の一つが、他の移動体や岩礁などの障害物との衝突回避である。 One of the important techniques for operating such underwater vehicles is collision avoidance with other vehicles and obstacles such as reefs.
なお、移動体を自律制御して障害物回避を行わせる技術としては、たとえば、次のような車両の衝突回避制御に関する技術が従来提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 As a technology for autonomously controlling a mobile body to perform obstacle avoidance, for example, a technology related to the following collision avoidance control of a vehicle has been conventionally proposed (for example, see Patent Document 1).
これは、自車の走行状態に関するデータと、ターゲットと自車間の距離およびターゲットの相対速度に関するデータとから自車モデルおよびターゲットモデルを作成し、モデル予測制御によって、自車が衝突回避のための最適ルートを走行するためのアクチュエータに関する最適操作量を検索し、得られた最適操作量を自車のアクチュエータ、たとえば、ブレーキ、ステアリング、更にはアクセルに入力するという技術である。この衝突回避制御の技術によれば、車両が最適ルートを自動的に走行して衝突を回避させることができるとされている。 This creates a vehicle model and a target model from data on the traveling state of the vehicle and data on the distance between the target and the vehicle and the relative velocity of the target, and the model predictive control allows the vehicle to avoid collisions. This is a technique of searching for the optimum operation amount regarding the actuator for traveling the optimum route, and inputting the obtained optimum operation amount into the actuator of the own vehicle, for example, the brake, the steering, and the accelerator. According to this technology of collision avoidance control, it is supposed that the vehicle can automatically travel on the optimum route to avoid a collision.
ところで、車両は、車輪と、固定された地面との間の摩擦力を利用して推進力や旋回力を得るものである。そのため、堅固な地面を走行する車両では、ステアリングにより操作される操舵輪の切れ角(舵角)と、ブレーキやアクセルにより操作される駆動輪の回転数が決まれば、車両の向きの変化速度や変化量、移動速度や移動量は、ほぼ一意に定まる。 By the way, the vehicle obtains the propulsive force and the turning force using the frictional force between the wheels and the fixed ground. Therefore, in a vehicle traveling on a solid ground, if the angle of turn (steering angle) of the steered wheels operated by the steering and the number of rotations of the drive wheels operated by the brake or accelerator are determined, The amount of change, the moving speed, and the amount of movement are almost uniquely determined.
ところが、水中移動体は、自機の状態量を変化させる移動装置として、たとえば、プロペラのような推進手段と、舵のような操舵手段を備えた構成である場合、推進手段でプロペラの回転数を決めても、水中移動体の慣性の影響や、水中移動体の胴体、舵やプロペラに押された水が移動してしまうことの影響などに起因して、水中移動体の移動速度や移動量は一意には定まらない。 However, when the underwater moving body is configured to include, for example, a propulsion unit such as a propeller and a steering unit such as a rudder as a moving device for changing the state quantity of its own aircraft, the number of revolutions of the propeller by the propulsion unit The movement speed and movement of the underwater moving body are due to the influence of the inertia of the underwater moving body and the movement of the water pushed by the body of the underwater moving body, rudder and propeller, etc. The amount is not fixed uniquely.
また、操舵手段で舵の舵角を決めても、舵の利きは水中移動体の移動速度の影響を受けやすいため、水中移動体の方向の変化の速度や変化量は一意には定まらない。 In addition, even if the steering angle of the rudder is determined by the steering means, the speed of the change of the direction of the underwater moving body and the amount of change can not be uniquely determined because the rudder is easily influenced by the moving speed of the underwater moving body.
更に、水中移動体は、使用する環境に潮流などの外乱が存在している場合があり、その場合は、水中移動体の位置や姿勢、移動速度、姿勢変化に関する角速度といった状態量が、外乱の影響を受けて変化する。 Furthermore, in the underwater moving body, disturbances such as tidal current may exist in the environment to be used, in which case the state quantities such as the position and attitude of the underwater moving body, moving speed, and angular velocity related to attitude change are disturbances. Change under the influence.
しかも、水中移動体では、水面下を移動するときの自機の状態量の検出手段として慣性航法装置が用いられることが多いが、慣性航法装置は、水中移動体の使用時間が長くなるにしたがって誤差が蓄積するという特性を有している。そのため、水中移動体では、慣性航法装置で検出している自機の状態量の検出結果に誤差が含まれる可能性もある。 Moreover, in the underwater moving body, the inertial navigation system is often used as a means for detecting the state quantity of the own aircraft when moving under the water surface, but the inertial navigation system makes the use time of the underwater moving body longer. It has the characteristic that errors accumulate. Therefore, in the underwater moving body, an error may be included in the detection result of the state quantity of the own machine detected by the inertial navigation device.
したがって、水中移動体は、制御される状態量や検出される状態量が不確かさを含んでいるため、特許文献1に示された衝突回避制御の手法は、水中移動体の衝突回避に適用することはできない。
Therefore, since the underwater mobile body includes the uncertainty of the controlled state quantity and the detected state quantity, the collision avoidance control method disclosed in
なお、制御される状態量が不確かさを含み、しかも外乱を受ける移動体としては、水中移動体のほかに、潮流や風を外乱として受ける自律制御型の船舶や、ASVなどといわれる水上移動体、風を外乱として受ける自律制御型の航空機や、UAVなどといわれる無人航空機、太陽からの電磁波の放射圧を外乱として受ける宇宙機、更には、傾斜のある軟弱な地面を走行する自律制御型のクローラ型や車輪型の自律走行車もある。ここで、状態量に関する不確かさとは、移動体の位置や姿勢、移動速度、姿勢変化に関する角速度といった状態量を制御するときに、状態量検出手段の検出精度には限界があるため、真の状態量を検出できず、検出した値が、真の状態量に対してたとえば正規分布のような確率分布に従い、一意には定まらないことを意味している。 In addition to the underwater moving body, autonomous moving ships that receive tidal currents and wind as disturbances, floating moving bodies called ASV, etc., are the moving bodies that include uncertainty and the state quantity to be controlled includes uncertainty. , Autonomously controlled aircraft that receive wind as disturbance, unmanned aerial vehicles called UAV, etc., spacecraft that receives radiated pressure of electromagnetic waves from the sun as disturbance, and autonomous control type that travels on a soft and sloping ground There are also crawler-type and wheel-type autonomous vehicles. Here, the uncertainty related to the state quantity is a true state because the detection accuracy of the state quantity detection means is limited when controlling the state quantity such as the position and posture of the moving body, moving speed, and angular velocity related to posture change. It means that the quantity can not be detected and the detected value can not be determined uniquely according to a probability distribution such as a normal distribution, for example, with respect to the true state quantity.
そこで、本発明は、自機の状態量の制御に不確かさを有する移動体について、外乱が存在する環境下で障害物回避を行わせることができる移動体の制御方法および移動体制御システムを提供しようとするものである。 Therefore, the present invention provides a control method and a mobile object control system of a mobile object capable of performing obstacle avoidance in an environment where there is a disturbance for a mobile object having uncertainty in control of the state quantity of the own aircraft. It is something to try.
本発明は、前記課題を解決するために、状態量検出部と、障害物検知部と、移動装置とを備えた移動体の制御を行う移動体の制御方法であって、前記状態量検出部が前記移動体の現在の状態量を検出する処理と、前記障害物検知部が障害物を検知する処理と、を行い、更に、計算部は、前記障害物検知部で検知された前記障害物の位置の情報に基づいて、前記移動体が前記障害物に衝突しない条件として障害物回避制約関数を算出する処理と、前記移動体の状態遷移方程式に対する前記移動体の状態量の不確かさと、前記移動体に働く外乱を基にマージン関数を算出する処理と、前記マージン関数を前記障害物回避制約関数に加えた関数を制約として、モデル予測制御を行って、前記移動装置の最適制御量を求める処理と、前記求められた最適制御量を、前記移動装置へ、該移動装置の制御量の目標値として与える処理と、を行うようにする移動体の制御方法とする。 The present invention is a control method of a movable body that controls a movable body including a state quantity detection unit, an obstacle detection unit, and a movement device in order to solve the above-mentioned problem, wherein the state quantity detection unit Performs the process of detecting the current amount of state of the moving object, and the process of detecting the obstacle by the obstacle detection unit, and the calculation unit further detects the obstacle detected by the obstacle detection unit. A process of calculating an obstacle avoidance constraint function as a condition that the mobile does not collide with the obstacle based on the information on the position of the vehicle, the uncertainty of the state quantity of the mobile with respect to the state transition equation of the mobile, and A process of calculating a margin function based on a disturbance acting on a mobile object, and a function obtained by adding the margin function to the obstacle avoidance constraint function as a constraint, model prediction control is performed to determine an optimal control amount of the mobile device Processing and the above determined A control amount, to the mobile device, a control method for a moving body to perform the a process of giving a target value of the control amount of the mobile device.
前記移動体は、水中移動体とし、前記水中移動体に働く外乱は潮流とする方法としてある。 The moving body is an underwater moving body, and a disturbance acting on the underwater moving body is a current flow.
また、移動体に設けられた状態量検出部、障害物検知部および移動装置と、計算部とを有し、前記計算部は、前記状態量検出部が検出した前記移動体の現在の状態量と、前記障害物検知部が検知した障害物の情報を受け取る機能と、前記障害物検知部で検知された前記障害物の位置の情報に基づいて、前記移動体が前記障害物に衝突しない条件として障害物回避制約関数を算出する機能と、前記移動体の状態遷移方程式に対する前記移動体の状態量の不確かさと、前記移動体に働く外乱を基にマージン関数を算出する機能と、前記マージン関数を前記障害物回避制約関数に加えた関数を制約として、モデル予測制御を行って、前記移動装置の最適制御量を求める機能と、前記求められた最適制御量を、前記移動装置へ、該移動装置の制御量の目標値として与える機能と、を備える構成を有する移動体制御システムとする。 The mobile device further includes a state amount detection unit, an obstacle detection unit, a movement device, and a calculation unit provided in the mobile object, and the calculation unit may calculate the current state amount of the mobile object detected by the state amount detection unit. And the condition that the moving object does not collide with the obstacle based on the function of receiving the information of the obstacle detected by the obstacle detection unit and the information of the position of the obstacle detected by the obstacle detection unit. The function of calculating an obstacle avoidance constraint function, the function of calculating a margin function based on the uncertainty of the amount of state of the moving body with respect to the state transition equation of the moving body, and the disturbance acting on the moving body, and the margin function A function of adding the obstacle avoidance constraint function to the function to perform model predictive control to obtain an optimal control amount of the mobile device, and the obtained optimal control amount for the mobile device to the mobile device Control of the device The mobile control system having a structure comprising a function of giving a target value.
本発明の移動体の制御方法および移動体制御システムによれば、自機の状態量の制御に不確かさを有する移動体について、外乱が存在する環境下で障害物回避を行わせることができる。 According to the mobile object control method and mobile object control system of the present invention, obstacle avoidance can be performed in an environment where there is a disturbance, for a mobile object having uncertainty in the control of the state quantity of the mobile object.
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1乃至図3は、移動体の制御方法および移動体制御システムの第1実施形態として、本発明を、移動体としての水中移動体に適用した例を示すものである。また本実施形態では、移動体に働く外乱は、水中移動体に働く潮流とした例を示すものである。本実施形態では、水平方向の2次元座標の空間内で、水中移動体に障害物回避を行わせる場合について説明する。
First Embodiment
FIGS. 1 to 3 show an example in which the present invention is applied to an underwater mobile body as a mobile body as a first embodiment of a mobile body control method and a mobile body control system. Further, in the present embodiment, the disturbance acting on the moving body is an example of the tidal current acting on the underwater moving body. In the present embodiment, a case in which the underwater moving body performs obstacle avoidance in the space of two-dimensional coordinates in the horizontal direction will be described.
図1は、移動体制御システムの第1実施形態を示す概要図である。図2は、移動体の制御方法により設定される障害物回避のための移動経路を示すもので、図2(a)は、本実施形態により設定される移動経路を示す概要図、図2(b)は、比較例として、外乱の方向を考慮しない場合に設定される移動経路を示す概要図である。図3は、潮流の方位角度の設定方法を説明するための概要図である。 FIG. 1 is a schematic view showing a first embodiment of a mobile control system. FIG. 2 shows a moving route for obstacle avoidance set by the control method of the moving object, and FIG. 2 (a) is a schematic view showing the moving route set according to the present embodiment, FIG. b) is a schematic view showing a movement route set when the direction of disturbance is not considered as a comparative example. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the setting method of the azimuth angle of the tidal current.
本実施形態の移動体制御システムは、図1に示すもので、水中移動体1に搭載された状態量検出部2と、障害物検知部3と、移動装置4と、計算部5と、記憶部6とを備えた構成とされている。
The mobile control system according to the present embodiment is shown in FIG. 1 and includes a state
状態量検出部2は、水中移動体1の自機の位置と、移動する速度と、自機が向いている方位を含む姿勢と、自機の向く方位の変化に関する角速度とを、状態量として検出する機能を備えている。この機能を実現する状態量検出部2の構成例としては、たとえば、慣性航法装置を備えた構成や、慣性航法装置とドップラー式超音波速度計とを備えた構成とすればよい。
The state
状態量検出部2は、水中移動体1の自機の位置や姿勢は、地球表面に固定された二次元の座標系における座標として検出するようにすればよい。なお、この二次元の直交座標系としては、緯度と経度とによる座標系を用いることが好適であるが、それに限定されるものではない。
The state
なお、状態量検出部2は、前記状態量の検出機能を実現することができれば、前記した以外の任意の機器構成を採用してもよいことは勿論である。
Of course, the state
状態量検出部2は、状態量の検出を行うと、その検出結果を計算部5へ送るようにしてある。
When the state
障害物検知部3は、水中移動体1が移動するときに、図2(a)に示すように自機の進行方向の前方に位置していて、自機の移動の障害となる障害物7を検知する機能を備えている。また、水中移動体1がウェイポイント制御のように設定された移動経路に沿い移動する場合は、障害物検知部3は、移動経路における水中移動体1が現在位置している地点よりも下流側の移動経路上に存在する障害物7を検知する機能を備えている。これらの機能を実現する障害物検知部3の具体的な構成例としては、たとえば、音響ソナーを備えた構成とすればよい。なお、障害物検知部3は、前記のような障害物7の検知機能を備えていれば、音響ソナーと他の検知手段(センサ)とを組み合わせて備えた構成としてもよいし、音響ソナー以外の検知手段を備えた構成としてもよい。
The
障害物検知部3は、障害物7の検知を行うと、検知された障害物7の情報を、計算部5へ送る機能を備えている。なお、この際、障害物検知部3は、障害物7について、自機の現在位置を基準とする相対位置の情報を計算部5へ送るようにすればよい。この場合、計算部5では、障害物検知部3より送られる障害物7の情報と、状態量検出部2より送られる自機の位置と姿勢の情報とを基に、地球表面に固定された二次元の座標系における障害物7の位置座標を計算により求めることができる。なお、この計算の機能を障害物検知部3が備えて、計算により求めた障害物7の位置座標の情報を、計算部5に送るようにしてもよい。
The
移動装置4は、水中移動体1に備えたスラスタや舵などのアクチュエータであり、この移動装置4の制御出力により、前記した水中移動体1の位置、速度、姿勢、角速度の状態量が変化する。
The moving
移動装置4は、計算部5より指令(制御入力)を受け取ると、その指令に従って運転、動作する機能を備えている。
The
なお、移動装置4は、水中移動体1の前記状態量を変化させることができれば、移動装置の形式や、水中移動体1における配置、数などは任意の構成としてもよいことは勿論である。
Of course, as long as the moving
記憶部6は、水中移動体1の自機の移動経路を記憶する機能と、移動経路が設定された環境に存在する潮流T(図2(a)参照)の方向に関するデータ(以下、潮流方向データという)を記憶する機能とを備えている。
The
水中移動体1の移動の制御を、たとえば、ウェイポイント方式で行う場合は、記憶部6は、移動経路をウェイポイントファイルで記憶するようにすればよい。なお、記憶部6で水中移動体1の移動経路を記憶する形式は、ウェイポイントファイルに限られるものではなく、水中移動体1の移動を制御する方式に合わせて適宜変更してよいことは勿論である。
When control of the movement of the underwater moving
記憶部6が記憶する潮流方向データは、たとえば、海上保安庁のデータベースなどで海域ごとに公開されている潮流Tに関する情報から取得することが好適であるが、水中移動体1の移動経路が設定された環境についての潮流方向データであれば、他の情報源によるものであってもよい。
It is preferable to acquire the tidal current direction data stored in the
計算部5は、状態量検出部2から水中移動体1の状態量の検出結果を受け取ると共に、障害物検知部3で検知された障害物7の情報を障害物検知部3から受け取ると、以下の処理により移動装置4へ指令を与える機能を備えている。
When the
計算部5には、事前に求められた水中移動体1の状態遷移方程式が、(1)式として与えられる。
The state transition equation of the
xi+1=f(xi,ui) ・・・(1)
ただし、xiは水中移動体の状態量、uiは制御量(移動装置4の制御出力)、iは離散時間
x i + 1 = f (x i , u i ) (1)
Where x i is the amount of state of the underwater moving object, u i is the amount of control (control output of moving device 4), i is discrete time
この状態で、計算部5は、状態量検出部2から水中移動体1の自機の現在の状態量の検出結果を受け取ると、現在の状態量をx1とする。
In this state, when the
また、計算部5は、障害物検知部3より障害物7の情報を受け取ると、検知された障害物7の位置とサイズを基に、障害物7の中心位置をo1、サイズを半径DMaxの球または円で近似する。
Further, when the
更に、計算部5は、記憶部6より、図2(a)に示すように、水中移動体1の現在位置からの移動目標となる目標位置8に関する情報を取得して、水中移動体1が目標位置8に存在するときの状態量である目標状態量xdを得る。
Furthermore, as shown in FIG. 2A, the
更にまた、計算部5は、記憶部6より、水中移動体1の現在位置に関する潮流方向データを取得して、図3に示すように、水中移動体1の現在位置での潮流方向角度φを得る。図3では、潮流方向角度φは、たとえば、状態量検出部2で用いるのと同じ地球表面に固定された二次元の座標系にて、潮流Tの方向が、基準(0度)とするX軸の正方向から、反時計回り方向に傾斜する角度で設定してある。なお、潮流方向角度φは、状態量検出部2で用いるのと同じ地球表面に固定された二次元の座標系で、水中移動体1に作用する方向を明確に定義することができれば、任意の方向を基準に設定してもよいことは勿論である。
Furthermore, the
次に、計算部5は、前記の各情報を基に制御量の計算を行う。
Next, the
計算部5における制御量の算出には、モデル予測制御を利用する。モデル予測制御では、以下の(2)式に示す最適化問題を解くことで、次の移動装置4の最適制御量行列uを得る。
Model predictive control is used to calculate the control amount in the
なお、最適化問題の解法は、ニュートン法など、従来一般的に用いられている解法を用いればよい。 Note that the solution to the optimization problem may be a solution generally used conventionally, such as the Newton method.
前記(2)式におけるJ(u)は、評価関数、hi(u)は衝突回避制約関数であり、それぞれ以下の(3)式、(4)式で記述される。 J (u) in the above equation (2) is an evaluation function, and h i (u) is a collision avoidance constraint function, which are respectively described by the following equations (3) and (4).
Diは、iステップ目の水中移動体1の位置と障害物7の中心位置o1との間の距離である。iステップ目の水中移動体1の位置の座標を(Xi,Yi)とし、障害物7の中心位置o1の座標を(Xo,Yo)とすると、Diは、以下の式で記述される。
D i is a distance between the position of the i-th
なお、前記(3)式で示した評価関数は、一例であり、この形式以外にも、モデル予測制御で一般的に使用される他の評価関数を採用してもよい。また、前記した障害物回避制約関数は、水中移動体1が障害物7に衝突しない条件の一例であり、障害物7のサイズを近似する形状が球や円以外の場合は、その形状に応じて、iステップ目の水中移動体1の位置が障害物7と干渉しない条件を表す関数を適宜採用すればよい。
In addition, the evaluation function shown by said Formula (3) is an example, You may employ | adopt other evaluation functions generally used by model predictive control besides this format. Further, the obstacle avoidance constraint function described above is an example of a condition under which the underwater moving
水中移動体1の状態量xiは、前記(1)式で示した状態遷移方程式と、状態量検出部2で検出した現在の状態値x1と、最適制御量行列uとから求める。
The state quantity x i of the underwater
更に、前記(4)式におけるσiは、水中移動体1の状態量の不確かさに応じて算出されるマージン関数(マージン項)である。
Further, σ i in the equation (4) is a margin function (margin term) calculated according to the uncertainty of the amount of state of the underwater
次に、σiの導出方法について説明する。 Next, a method of deriving σ i will be described.
σiは、障害物回避制約関数の偏微分行列Bi(i=0…Np)と、水中移動体1の誤差分散行列CovXi(i=0…Np)とから求めることができる。 sigma i can be obtained from a partial derivative matrix B i of the obstacle avoidance constraint function (i = 0 ... N p) , and the error variance matrix CovX i of the underwater vehicle 1 (i = 0 ... N p ).
障害物回避制約関数の偏微分行列Bi(i=0…Np)は、次の(5)式で示される。 The partial differential matrix B i (i = 0... N p ) of the obstacle avoidance constraint function is expressed by the following equation (5).
また、水中移動体1の誤差分散行列CovXi(i=0…Np)は、次の(6)式で示される。
Further, the error dispersion matrix CovX i (i = 0... N p ) of the underwater
ここで、前記(6)式のdτは、1ホライズン当たりの時間である。また、Aiは、前記(1)式の偏微分行列であり、以下の(7)式で与えられる。 Here, dτ in the equation (6) is a time per one horizon. Moreover, Ai is a partial differential matrix of said Formula (1), and is given by the following (7) Formula.
前記(6)式のNprocは、水中移動体1のプロセスノイズであり、カルマンフィルタなどの一般的な状態推定手法で設定されるプロセスノイズと同じ値でよい。 N proc in the equation (6) is the process noise of the underwater mobile 1 and may have the same value as the process noise set by a general state estimation method such as a Kalman filter.
前記(6)式のR(φ)は、回転行列であり、以下の式(8)で表される。 R (φ) in the equation (6) is a rotation matrix, and is expressed by the following equation (8).
前記(6)式のNfは、潮流に関するプロセスノイズである。Nfは、たとえば、想定される潮流速度をvfとして、以下の(9)式で与えられる。 N f in the equation (6) is a process noise related to the current. N f is given, for example, by the following equation (9), where an assumed flow velocity is v f .
なお、vfは、水中移動体1を移動させる領域についての潮流速度が得られれば、それに応じて値を適宜変化させることができるため、制御性能の向上化につながる。しかし、水中移動体1を移動させる領域についての潮流速度は、未知な状態であっても構わない。このように潮流速度が未知の場合は、設定値の指針として、vfは実際の潮流速度よりも大きな値に設定しておけば、水中移動体1が障害物7と衝突する可能性の低減化を図ることができる。したがって、外乱としての潮流Tは、潮流方向角度φが一定方向に定まっていれば、潮流速度は一定であってもよいし、たとえば波の影響などにより、周期的な変化を生じていてもよい。更には、潮流速度の周期的な変化としては、潮流方向角度φが一定で、強度がプラス方向からマイナス方向に変化するようなものを含んでいてもよい。
The value of v f can be appropriately changed according to the flow velocity of the region in which the underwater moving
また、前記式(9)におけるαは、図2(a)に破線で示す楕円の長軸と短軸との比率を意味するパラメータであり、範囲は、0<α<1である。したがって、αが小さいほど短軸に対して長軸が長くなる。 Further, α in the equation (9) is a parameter that means the ratio of the major axis to the minor axis of the ellipse shown by the broken line in FIG. 2A, and the range is 0 <α <1. Therefore, the smaller the α, the longer the major axis with respect to the minor axis.
前記(5)式から(9)式を基に、σiは、以下の(10)式で定義することができる。 Based on the equations (5) to (9), σ i can be defined by the following equation (10).
このように、本実施形態では、σiを前記(10)式で定義することにより、水中移動体1の状態量の不確かさに応じた適切なマージンを設定することができる。
As described above, in the present embodiment, by defining σ i by the equation (10), it is possible to set an appropriate margin in accordance with the uncertainty of the state quantity of the underwater
計算部5は、以上の計算に基づいて、前記(2)式に示した最適化問題を解いて移動装置4の最適制御量行列uが求まると、その第1成分u1を、移動装置4の制御量の目標値として移動装置4へ与える処理を行う機能を備えている。
When the
なお、前記においては、xiは位置・姿勢、速度、角速度の6変数を状態量としたが、これは一例であり、本実施形態では、状態量は、変数の数には依存しない。 In the above, xi has six variables of position / posture, velocity, and angular velocity as state quantities, but this is an example, and in the present embodiment, the state quantities do not depend on the number of variables.
以上の構成としてある本実施形態の移動体制御システムを用いて水中移動体1の制御方法を実施すると、水中移動体1は、図2(a)に示すように、目標位置8に向かう移動経路の移動中に、障害物検知部3(図1参照)によって進行方向の前方に存在している障害物7を検知すると、計算部5が前記した処理を行い、その結果得られた移動装置4の最適制御量行列uの第1成分u1を、移動装置4の制御量の目標値として移動装置4へ与える。
When the control method of the underwater moving
したがって、移動装置4は、計算部5より受け取った制御量の目標値に応じて運転や動作が制御される。
Therefore, the operation and operation of the
これにより、図2(a)に示すように、iステップ目の水中移動体1の位置pi(i=0…Np)については、それぞれ図2(a)に破線の楕円で示すような状態量の不確かさを考慮し、更に潮流に関するプロセスノイズを考慮した移動範囲9が設定され、この移動範囲9が、障害物7に重ならない移動経路を予測して設定することができる。
Thus, as shown in FIG. 2 (a), for the location p i of the
したがって、本実施形態の移動体の制御方法および移動体制御システムによれば、自機の状態量の制御に不確かさを有する水中移動体1について、外乱が存在する環境下で障害物7の回避を行わせることができる。
Therefore, according to the mobile object control method and mobile object control system of the present embodiment, for the underwater
なお、図2(b)は、比較として、潮流に関するプロセスノイズNfについて、潮流方向角度φに基づく調整を行わない場合、すなわち、潮流に関するプロセスノイズNfを全方位に考慮した場合のもので、この場合、iステップ目の水中移動体1の位置pi(i=0…Np)について状態量の不確かさを考慮した移動範囲9aは、図2(b)に破線で示すように円になる。これは、潮流方向と直交する方向にも移動範囲9aを拡大していて、不要な領域にまでプロセスノイズを見積もっていることを示しており、状態量の不確かさを過剰に見積もっていることになる。その結果、移動範囲9aが、障害物7に重ならないように設定される移動経路は、障害物7をより大きく迂回するものとなり、図2(b)に示すように、障害物7と目標位置8との距離によっては、水中移動体1が目標位置8に到達する移動経路を設定することが困難になる可能性もある。
Incidentally, FIG. 2 (b), as a comparison, the process noise N f about trends, without any adjustment based on the flow direction angle phi, i.e., those in the case of considering the process noise N f about trends in all directions In this case, the
これに対し、本実施形態では、図2(a)に示すように、潮流に関するプロセスノイズを考慮した移動範囲9が、潮流方向に沿う方向にのみ範囲を広げた楕円形になる。したがって、本実施形態では、水中移動体1の移動経路は、潮流方向と直交する方向に関しては、より障害物7に接近した配置で設定することができる。このため、本実施形態では、障害物7との衝突回避のために迂回する距離の短縮化を図ることができる。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 2A, the moving
また、本実施形態によれば、得られる情報からの状態量の不確かさの見積もりを、より小さく抑えることができるため、ロバスト性能と制御性能の両立を図ることができる。 Further, according to the present embodiment, since estimation of the uncertainty of the state quantity from the obtained information can be suppressed to a smaller value, it is possible to achieve both of the robust performance and the control performance.
なお、本実施形態では、水平方向の2次元座標の空間内で、水中移動体1に障害物7の回避を行わせる場合について説明したが、本実施形態の移動体の制御方法および移動体制御システムは、3次元座標の空間内で、水中移動体1に障害物7の回避を行わせる場合に適用してもよい。
In the present embodiment, the underwater moving
この場合は、水中移動体1の状態遷移方程式を、3次元座標空間についての状態遷移方程式として設定すると共に、障害物7を、中心位置をo1、サイズを半径DMaxの球で近似するようにすればよい。更に、潮流方向角度φは、3次元座標空間で設定するようにすればよい。
In this case, the state transition equation of the underwater moving
また、本実施形態では、潮流方向角度φを、記憶部6に記憶した潮流方向データから求めるものとして説明したが、水中移動体1の対地速度と対水速度との差や、その他、従来採用あるいは提案されている潮流の推定手法を用いて、潮流方向角度φを推定するようにしてもよい。
In the present embodiment, the tidal flow direction angle φ is described as being obtained from tidal flow direction data stored in the
[第1実施形態の変形例]
図4は、第1実施形態の変形例として、移動体制御システムの別の構成を示す概要図である。
Modified Example of First Embodiment
FIG. 4 is a schematic view showing another configuration of the mobile control system as a modification of the first embodiment.
なお、図4において、第1実施形態と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。 In FIG. 4, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
本変形例の移動体制御システムは、図4に示すように、第1実施形態の移動体制御システムと同様の構成において、水中移動体1に計算部5と記憶部6を備える構成に代えて、計算部5および記憶部6を、水中移動体1の外部の管制局10に備える構成としたものである。
The mobile control system of the present modification, as shown in FIG. 4, has the same configuration as the mobile control system of the first embodiment except that the underwater mobile 1 is provided with the
管制局10は、たとえば、船舶や水上移動体に備える水上局や、地上局である。
The
更に、水中移動体1と管制局10は、相互通信を行うための通信機11、通信機12を備えた構成とされている。
Furthermore, the underwater moving
通信機11と通信機12との通信方式は、超音波などの音響信号による音響通信であってもよいし、光ファイバを介した光信号や電線を介した電気信号による有線通信であってもよいし、その他任意の通信方式を採用してもよいことは勿論である。
The communication method between the
更に、管制局10が地上局の場合は、音響通信や有線通信で水中移動体1と直接通信を行うことは困難なため、この場合は、管制局10と水中移動体1との間の通信を、船舶や水上移動体に備えた中継器で中継させるようにすればよい。
Furthermore, when the
本変形例の移動体制御システムでは、水中移動体1は、状態量検出部2による状態量の検出結果、および、障害物検知部3により検知された障害物7の情報を、通信機11と通信機12を介して、管制局10の計算部5へ送る。
In the mobile control system of the present modification, the underwater mobile 1 transmits the detection result of the state quantity by the state
管制局10の計算部5は、水中移動体1から状態量の検出結果、および、障害物7の情報を受け取ると、記憶部6より水中移動体1の現在位置に関する潮流方向データを取得して、第1実施形態における計算部5の処理と同様の処理を実行する。
When the
その後、管制局10は、計算部5の処理の結果得られた移動装置4の最適制御量行列uの第1成分u1を、移動装置4の制御量の目標値として、通信機12と通信機11を介して水中移動体1へ送る。
Thereafter, the
水中移動体1では、管制局10より受け取った移動装置4の制御量の目標値を、移動装置4へ与える。
In the underwater moving
これにより、本変形例によっても、第1実施形態の移動体制御システムと同様に使用して同様の効果を得ることができる。 Thereby, according to this modification as well, similar effects can be obtained using the same control system as the mobile unit control system of the first embodiment.
[第1実施形態の第1応用例]
前記第1実施形態では、障害物7は位置が固定されているものとして説明した。
First Application Example of First Embodiment
In the first embodiment, the
これに対し、障害物7は、たとえば、同時に運用されている別の水中移動体などの移動する障害物7であってもよい。
On the other hand, the
この場合は、計算部5にて、iステップ目の水中移動体1の位置と障害物の中心位置o1との間の距離Diを求める際に、iステップ目の障害物7の中心位置o1のX座標の値と、Y座標の値を、障害物7の運動方程式に基づいて設定するようにすればよい。
In this case, when calculating the distance D i between the position of the
たとえば、障害物7が別の水中移動体である場合は、その別の水中移動体の現在位置の情報を得ると共に、その現在位置と1ステップ前の時点での位置との差から、障害物7となる別の水中移動体の速度の情報を得る。次いで、得られた位置情報と速度情報とを、前記(1)式と同様の状態遷移方程式に代入することで、障害物7となる別の水中移動体のiステップ目の位置の情報を得るようにすればよい。
For example, when the
別の手法としては、障害物7となる別の水中移動体と通信を行って、その別の水中移動体の位置、速度、姿勢、角速度の情報を取得し、それらの情報から、障害物7となる別の水中移動体のiステップ目の位置の情報を得るようにしてもよい。
As another method, communication is performed with another underwater mobile that becomes the
また、障害物7の運動方程式が明らかでない場合は、障害物検知部3による過去の複数のステップで検知された障害物7の位置の情報を基に、障害物7が等速直線運動を行うものと仮定して運動方程式を立て、その運動方程式に基づいて、障害物7のiステップ目の時点での中心位置o1の座標を求めるようにすればよい。
In addition, when the equation of motion of the
本応用例によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができることに加えて、自機の状態量の制御に不確かさを有する水中移動体1について、外乱が存在する環境下で、移動する障害物7の回避を行わせることができる。
According to this application example, in addition to the same effects as in the first embodiment can be obtained, the underwater
[第1実施形態の第2応用例]
前記第1実施形態では、水中移動体1の状態遷移方程式として、水中移動体の状態量であるxiと、制御量であるuiとを変数とする前記(1)式を示した。また、潮流の影響は、前記(6)式に、潮流に関するプロセスノイズNfを導入することで考慮するものとした。
Second Application Example of First Embodiment
In the first embodiment, as the state transition equation of the underwater moving
これに対し、水中移動体1の状態遷移方程式は、以下の(1A)式のように、水中移動体1に加えて、水中移動体1の現在位置に存在する潮流の潮流方向角度φと潮流速度vfの影響を受けることを考慮して拡張させた状態遷移方程式として設定するようにしてもよい。
On the other hand, the state transition equation of the underwater moving
xi+1=f(xi,ui,vf,φ) ・・・(1A) x i + 1 = f (x i , u i , v f , φ) (1A)
この場合は、計算部5では、第1実施形態と同様の処理を行う際に、水中移動体1の誤差分散行列CovXi(i=0…Np)を示す(6)式を、Nfを省いた式として処理を行うようにすればよい。
In this case, when performing the same processing as that of the first embodiment, the
本応用例によれば、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to this application example, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
[第1実施形態の第3応用例]
前記第1実施形態では、図2(a)に示したように、iステップ目の水中移動体1の位置pi(i=0…Np)は、水中移動体1の状態量の不確かさと潮流に関するプロセスノイズを考慮した移動範囲9の楕円の中心を通るように設定されるものとした。
Third Application Example of First Embodiment
In the first embodiment, as shown in FIG. 2A, the position p i (i = 0... N p ) of the underwater
これに対し、iステップ目の水中移動体1の位置pi(i=0…Np)は、前記移動範囲9の中心からずれた位置を通るように設定してもよい。
On the other hand, the position p i (i = 0... N p ) of the i-th step underwater moving
この場合は、潮流方向角度φと潮流速度vfによって水中移動体が潮流Tの下流側へ移動させられると想定される量を、シフト量(Xs,Ys)として設定し、iステップ目の水中移動体1の位置と障害物の中心位置o1との間の距離Diを求める式に対し、以下のような補正を加えるようにすればよい。 In this case, the amount assumed that the underwater mobile is moved downstream of the tidal current T by the tidal direction angle φ and the tidal velocity v f is set as the shift amount (Xs, Ys), and the i th step underwater The following correction may be made to the equation for obtaining the distance D i between the position of the mobile unit 1 and the center position o 1 of the obstacle.
本応用例によれば、第1実施形態と同様の効果に加えて、水中移動体1は、潮流Tが存在する環境下では、潮流Tの下流側となる方向へ移動する可能性が、潮流Tの上流側となる方向へ移動する可能性よりも高いという点を考慮して、水中移動体1の障害物7を回避する移動経路を設定することができる。
According to this application example, in addition to the same effect as the first embodiment, the underwater moving
[他の移動体へ応用]
前記第1実施形態とその変形例および応用例では、本発明の移動体の制御方法および移動体制御システムを、潮流が存在する環境下で移動する水中移動体に適用した例を示した。
[Application to other mobiles]
In the first embodiment and its modification and application example, the control method of the moving body and the moving body control system of the present invention are applied to the underwater moving body moving in the environment where the tidal current exists.
これに対し、本発明の移動体の制御方法および移動体制御システムは、制御される状態量が不確かさを含み、しかも作用する力の方向が一定となる外乱を受ける移動体であれば、以下のように、水中移動体1以外の移動体に適用してもよい。
On the other hand, in the method of controlling the mobile unit and the mobile unit control system according to the present invention, if the mobile unit is subjected to a disturbance in which the controlled state quantity includes uncertainty and the direction of the acting force becomes constant. As in the above, the present invention may be applied to moving bodies other than the underwater moving
本発明の移動体の制御方法および移動体制御システムは、潮流や風を外乱として受ける自律制御型の水上移動体に適用してもよい。なお、水上移動体は、自動操縦を行う船舶を含むものとする。 The control method and mobile control system of a mobile according to the present invention may be applied to an autonomously controlled floating mobile on the water which receives a current or wind as a disturbance. In addition, a mobile body on water includes a ship that performs automatic piloting.
この場合は、前記第1実施形態とその変形例および応用例に示したと同様の構成において、潮流方向角度φを、潮流と風による外乱が水上移動体に働く方向に置き換えるようにすればよい。 In this case, in the same configuration as shown in the first embodiment and its modification and application example, the tidal flow direction angle φ may be replaced with the direction in which the disturbance due to the tidal current and the wind acts on the water moving body.
なお、水上移動体に備える状態量検出部は、全地球航法衛星システム(GNSS)の受信部を含んだ構成としてよい。また、水上移動体に備える障害物検知部および移動装置は、従来水上移動体に採用されているか、あるいは、採用することが提案されている障害物検知部および移動装置を適宜選定すればよいことは勿論である。 Note that the state quantity detection unit provided in the waterborne vehicle may be configured to include the reception unit of the Global Navigation Satellite System (GNSS). In addition, the obstacle detection unit and the moving device provided in the water moving body may be appropriately selected as the obstacle detecting unit and the moving device which are conventionally adopted in the water moving body or are proposed to be adopted. Of course.
これにより、自機の状態量の制御に不確かさを有する水上移動体について、作用する力の方向が一定となる外乱が存在する環境下で障害物回避を行わせることができる。 As a result, the obstacle avoidance can be performed in the environment where there is a disturbance in which the direction of the acting force becomes constant with respect to the mobile object on the water having uncertainty in control of the state quantity of the own aircraft.
本発明の移動体の制御方法および移動体制御システムは、風を外乱として受ける自律制御型の航空機に適用してもよい。なお、航空機は、自動操縦を行う有人の航空機、および無人航空機のいずれであってもよい。 The control method and mobile control system of a mobile according to the present invention may be applied to an autonomously controlled aircraft that receives wind as a disturbance. The aircraft may be either a manned aircraft that performs autopilot or an unmanned aircraft.
この場合は、前記第1実施形態とその変形例および応用例に示したと同様の構成において、潮流方向角度φを、風による外乱が航空機に働く方向に置き換えるようにすればよい。 In this case, in the same configuration as shown in the first embodiment and its modification and application example, the tidal flow direction angle φ may be replaced with the direction in which the disturbance by the wind acts on the aircraft.
なお、航空機に備える状態量検出部は、全地球航法衛星システム(GNSS)の受信部を含んだ構成としてよい。また、航空機に備える障害物検知部および移動装置は、従来航空機に採用されているか、あるいは、採用することが提案されている障害物検知部および移動装置を適宜選定すればよいことは勿論である。 The state quantity detection unit provided in the aircraft may be configured to include the reception unit of the Global Navigation Satellite System (GNSS). Also, the obstacle detection unit and the moving device provided in the aircraft may be appropriately selected as appropriate from the obstacle detection unit and the moving device which are conventionally adopted in the aircraft or have been proposed to be adopted. .
これにより、自機の状態量の制御に不確かさを有する航空機について、作用する力の方向が一定となる外乱が存在する環境下で障害物回避を行わせることができる。 As a result, for an aircraft having uncertainty in control of the state quantity of its own aircraft, obstacle avoidance can be performed in an environment where there is a disturbance in which the direction of the acting force becomes constant.
本発明の移動体の制御方法および移動体制御システムは、太陽などからの電磁波の放射圧を外乱として受ける宇宙機に適用してもよい。 The control method of a mobile body and the mobile body control system of the present invention may be applied to a spacecraft which receives the radiation pressure of electromagnetic waves from the sun or the like as a disturbance.
この場合は、前記第1実施形態とその変形例および応用例に示したと同様の構成において、潮流方向角度φを、電磁波の放射圧よる外乱が宇宙機に働く方向に置き換えるようにすればよい。 In this case, in the same configuration as shown in the first embodiment and its modification and application example, the tidal flow direction angle φ may be replaced with the direction in which the disturbance due to the radiation pressure of the electromagnetic wave acts on the spacecraft.
なお、宇宙機に備える状態量検出部、障害物検知部および移動装置は、従来宇宙機に採用されているか、あるいは、採用することが提案されている状態量検出部、障害物検知部および移動装置を適宜選定すればよいことは勿論である。 Note that the state quantity detection unit, the obstacle detection unit, and the moving device provided in the spacecraft are conventionally adopted in the space machine, or the state quantity detection unit, the obstacle detection unit, and the movement that are proposed to be adopted. Of course, the device may be selected appropriately.
これにより、自機の状態量の制御に不確かさを有する宇宙機について、作用する力の方向が一定となる外乱が存在する環境下で障害物回避を行わせることができる。 As a result, for a spacecraft having uncertainty in control of its own state quantity, obstacle avoidance can be performed in an environment where there is a disturbance in which the direction of the acting force becomes constant.
本発明の移動体の制御方法および移動体制御システムは、傾斜のある軟弱な地面を走行する自律制御型のクローラ型や車輪型の自律走行車に適用してもよい。なお、自律走行車は、自動操縦を行う有人の自律走行車、および無人の自律走行車のいずれであってもよい。 The control method and mobile control system of a mobile according to the present invention may be applied to an autonomously controlled crawler-type or wheel-type autonomous mobile vehicle traveling on a soft ground with a slope. The autonomous traveling vehicle may be either a manned autonomous traveling vehicle that performs automatic steering or an unmanned autonomous traveling vehicle.
この場合は、前記第1実施形態とその変形例および応用例に示したと同様の構成において、潮流方向角度φを、自律走行車が位置している地面の下向きの傾斜角度が最大となる方位に置き換えるようにすればよい。 In this case, in the same configuration as shown in the first embodiment and its modification and application example, the tidal flow direction angle φ is set to a direction at which the downward inclination angle of the ground on which the autonomous traveling vehicle is located becomes maximum. You just have to replace it.
なお、自律走行車に備える状態量検出部、障害物検知部および移動装置は、従来自律走行車に採用されているか、あるいは、採用することが提案されている状態量検出部、障害物検知部および移動装置を適宜選定すればよいことは勿論である。 In addition, the state quantity detection unit, the obstacle detection unit, and the moving device provided in the autonomous traveling vehicle are conventionally adopted for the autonomous traveling vehicle, or the state quantity detection unit and the obstacle detection unit proposed to be adopted. Of course, the moving device may be selected appropriately.
これにより、走行時に軟弱な地面とクローラや車輪との間で滑りを生じると共に、地面の傾斜に従って滑り落ちる現象が生じるために、自機の状態量の制御に不確かさを有する自律走行車について、障害物回避を行わせることができる。 As a result, slippage occurs between the soft ground and the crawler and wheels during traveling, and the phenomenon of sliding down according to the slope of the ground occurs, so an obstacle occurs in an autonomous vehicle having uncertainty in the control of its own state quantity. Object avoidance can be performed.
なお、本発明は前記実施形態とその変形例と応用例にのみ限定されるものではない。 The present invention is not limited to only the above embodiment and its modifications and applications.
本発明の移動体の制御方法および移動体制御システムは、制御される状態量が不確かさを含み、しかも作用する力の方向が一定となる外乱を受ける移動体であれば、前記した以外のいかなる移動体に適用してもよい。 The control method of the moving body and the moving body control system according to the present invention is any moving body other than those described above as long as the moving body is subjected to a disturbance in which the controlled state quantity includes uncertainty and the direction of the acting force becomes constant. It may be applied to mobiles.
たとえば、移動体に備えた状態量検出部における検出精度があまり高くないことに起因して、制御される状態量が不確かさを含むような移動体に適用してもよい。 For example, the present invention may be applied to a mobile body in which the controlled state quantity includes uncertainty due to the low detection accuracy in the state quantity detection unit provided in the mobile body.
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。 Of course, various changes can be made without departing from the scope of the present invention.
1 水中移動体(移動体)、2 状態量検出部、3 障害物検知部、4 移動装置、5 計算部、7 障害物 1 underwater moving body (moving body), 2 state quantity detecting unit, 3 obstacle detecting unit, 4 moving device, 5 computing unit, 7 obstacle
Claims (3)
前記状態量検出部が前記移動体の現在の状態量を検出する処理と、
前記障害物検知部が障害物を検知する処理と、を行い、
更に、計算部は、
前記障害物検知部で検知された前記障害物の位置の情報に基づいて、前記移動体が前記障害物に衝突しない条件として障害物回避制約関数を算出する処理と、
前記移動体の状態遷移方程式に対する前記移動体の状態量の不確かさと、前記移動体に働く外乱を基にマージン関数を算出する処理と、
前記マージン関数を前記障害物回避制約関数に加えた関数を制約として、モデル予測制御を行って、前記移動装置の最適制御量を求める処理と、
前記求められた最適制御量を、前記移動装置へ、該移動装置の制御量の目標値として与える処理と、を行うこと
を特徴とする移動体の制御方法。 It is a control method of a mobile that controls a mobile including a state quantity detection unit, an obstacle detection unit, and a mobile device,
A process in which the state quantity detection unit detects a current state quantity of the mobile object;
The obstacle detection unit performs a process of detecting an obstacle;
Furthermore, the calculation unit
A process of calculating an obstacle avoidance constraint function as a condition that the moving object does not collide with the obstacle based on the information of the position of the obstacle detected by the obstacle detection unit;
A process of calculating a margin function based on the uncertainty of the state quantity of the moving body with respect to the state transition equation of the moving body, and the disturbance acting on the moving body;
A process of performing model predictive control with a function obtained by adding the margin function to the obstacle avoidance constraint function as a constraint to obtain an optimal control amount of the mobile device;
Performing a process of giving the determined optimum control amount to the moving device as a target value of the control amount of the moving device.
請求項1記載の移動体の制御方法。 The method according to claim 1, wherein the moving body is an underwater moving body, and a disturbance acting on the underwater moving body is a tidal current.
計算部とを有し、
前記計算部は、
前記状態量検出部が検出した前記移動体の現在の状態量と、前記障害物検知部が検知した障害物の情報を受け取る機能と、
前記障害物検知部で検知された前記障害物の位置の情報に基づいて、前記移動体が前記障害物に衝突しない条件として障害物回避制約関数を算出する機能と、
前記移動体の状態遷移方程式に対する前記移動体の状態量の不確かさと、前記移動体に働く外乱を基にマージン関数を算出する機能と、
前記マージン関数を前記障害物回避制約関数に加えた関数を制約として、モデル予測制御を行って、前記移動装置の最適制御量を求める機能と、
前記求められた最適制御量を、前記移動装置へ、該移動装置の制御量の目標値として与える機能と、を備えること
を特徴とする移動体制御システム。 A state quantity detecting unit, an obstacle detecting unit, and a moving device provided on the moving body;
And a calculation unit,
The calculation unit
A function of receiving information on a current state amount of the mobile detected by the state amount detection unit and an obstacle detected by the obstacle detection unit;
A function of calculating an obstacle avoidance constraint function as a condition that the moving object does not collide with the obstacle, based on the information of the position of the obstacle detected by the obstacle detection unit;
A function of calculating a margin function based on the uncertainty of the state quantity of the moving body with respect to the state transition equation of the moving body, and the disturbance acting on the moving body;
A function of performing model predictive control with a function obtained by adding the margin function to the obstacle avoidance constraint function as a constraint to obtain an optimal control amount of the mobile device;
A function of providing the determined optimum control amount as a target value of the control amount of the movement device to the movement device.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112666972A (en) * | 2020-12-15 | 2021-04-16 | 西北工业大学 | Autonomous underwater vehicle obstacle avoidance method based on distance and angle weighting |
CN114227686A (en) * | 2021-12-28 | 2022-03-25 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | Robot obstacle avoidance control method and device, terminal equipment and storage medium |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002222500A (en) * | 2001-01-25 | 2002-08-09 | Univ Nihon | System for avoiding collision of ship by means of genetic algorithm |
JP2008052473A (en) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Operation control method and device for underwater robot, program and its recording medium |
JP2009184497A (en) * | 2008-02-06 | 2009-08-20 | Nissan Motor Co Ltd | Driving operation assistant device for vehicle |
JP2013108865A (en) * | 2011-11-22 | 2013-06-06 | Seiko Epson Corp | Inertial navigation operation method and inertia navigation operation device |
-
2017
- 2017-04-20 JP JP2017083335A patent/JP6953773B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002222500A (en) * | 2001-01-25 | 2002-08-09 | Univ Nihon | System for avoiding collision of ship by means of genetic algorithm |
JP2008052473A (en) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Operation control method and device for underwater robot, program and its recording medium |
JP2009184497A (en) * | 2008-02-06 | 2009-08-20 | Nissan Motor Co Ltd | Driving operation assistant device for vehicle |
JP2013108865A (en) * | 2011-11-22 | 2013-06-06 | Seiko Epson Corp | Inertial navigation operation method and inertia navigation operation device |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112666972A (en) * | 2020-12-15 | 2021-04-16 | 西北工业大学 | Autonomous underwater vehicle obstacle avoidance method based on distance and angle weighting |
CN112666972B (en) * | 2020-12-15 | 2022-07-05 | 西北工业大学 | Autonomous underwater vehicle obstacle avoidance method based on distance and angle weighting |
CN114227686A (en) * | 2021-12-28 | 2022-03-25 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | Robot obstacle avoidance control method and device, terminal equipment and storage medium |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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