JP6362663B2 - 移動体の群制御システム及び移動体の群制御プログラム - Google Patents
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Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Description
複数の移動体の群制御方法であって、
それぞれの前記移動体の状態を取得する状態取得工程と、
前記状態に基づいて、それぞれの前記移動体に関する物理量を算出する物理量算出工程と、
前記状態及び前記物理量に基づいて、それぞれの前記移動体の軌道変化を算出する軌道変化算出工程と、
前記軌道変化に基づいて、それぞれの前記移動体へと軌道の変更の指示を出す軌道変更指示工程と、を備え、
前記物理量算出工程が、前記移動体を系を構成する構成要素に見立て、前記物理量を、前記系における物理法則に基づいて、数値解析手法を用いて算出し、
前記物理量が、少なくとも、前記移動体とその近傍の他の移動体との間に生じる引力及び斥力を含むことを特徴とする。
前記物理量算出工程が、前記移動体の群を連続体に見立て、前記物理量を算出することを特徴とする。
このように、移動体群を連続体と見立て、弾塑性体・粘弾性体・超弾性体などの固体、完全流体・粘性流体・圧縮性流体・非圧縮性流体などの流体の現象を扱う連続体力学および数値解析手法に基づいて群内部の状態を把握し、群間の相互作用を算出することで、それぞれの群内部の移動体と群と群の相互作用を安定的に制御することができる。
前記物理量算出工程が、その移動体の物理量を自身と近傍の移動体の物理量からKernel関数を加味して算出することを特徴とする。
これにより、移動体群内部状態と群間の相互作用に基づいて、移動体および移動体群の群制御を行うことができる。ここで、粒子法とは、固体・流体・粉粒体などを、複数の粒子によって構成されているものと見立て、それらの粒子を用いたシミュレーションを行うことにより、系の時間変化のシミュレーションを行うものである。また、Kernel関数とは、距離に応じた重み付け関数であり、ガウス関数や多項式を用い、着目する移動体の位置で最大値をとり、その移動体から離れると値が漸減し、空間を積分すると1に正規化される関数である。
このように、粒子法を用いて物理量の算出を行うことにより、それぞれの移動体の周囲の複数の移動体に起因する物理量の算出を効率よく行うことができる。
前記状態が、前記移動体の所属する群の情報を含むことを特徴とする。
これにより、複数の移動体群の間の相互作用を安定的に制御することができる。
このように、移動体の固定を行うことで、壁などの障害物を想定した群制御を行うことができる。
図6は、SPH法による粒子の運動のシミュレーションに係る処理を示すフローチャートである。ここでは、n個の粒子の集合について、mタイムステップのシミュレーションを行う場合の処理を例示する。また、記号iはタイムステップ、j・kは粒子のIDを示す。また、粒子法では、固体や流体などの連続体を、複数の微小要素に分割する。粒子法では、それらの微小要素を粒子とみたて、その位置での物理量は影響半径r内にある近傍粒子の物理量にKernel関数を考慮して重ね合わせて表現する。
例えば、金属やゴムなどの固体であれば、粒子間の相対変位から歪を求め、構成方程式に従って弾性係数や降伏条件などを用いた歪から応力の計算、また、流体であれば、密度や内部エネルギー、温度から気体定数を用いた圧力の計算、また、隣接する粒子間の距離を用いた引力・斥力の計算などが挙げられる。
本実施形態では、以上に示した流体や固体などの連続体の変形・膨張・剛体運動を粒子の運動として表現したSPH法によるシミュレーションと同様の手順により、複数の移動体を粒子と見立てて群制御を行う。図1は、本実施形態に係る群制御システムの構成を示す図である。
図4は、本実施形態に係る群制御装置による群制御の処理を示すフローチャートである。これは、n台の移動体2によって構成される群について、mステップのシミュレーションを示す。なお、これは先に図6を用いて説明した、SPH法による粒子の移動のシミュレーション処理において、粒子を移動体2へと置き換えたものであると言える。
101 状態取得手段
102 物理量算出手段
103 軌道変化算出手段
104 軌道変更指示手段
2 移動体
201 状態送信手段
202 軌道変更指示受信手段
203 軌道制御手段
3 固定された移動体
NW ネットワーク
Claims (10)
- 複数の移動体の群制御を行う、群制御システムであって、
それぞれの前記移動体の状態を取得する状態取得手段と、
前記状態に基づいて、それぞれの前記移動体に関する、少なくとも前記移動体とその近傍の他の移動体との間に生じる引力及び斥力を含む物理量を算出する物理量算出手段と、
前記状態及び前記物理量に基づいて、それぞれの前記移動体の軌道変化を算出する軌道変化算出手段と、
前記軌道変化に基づいて、それぞれの前記移動体へと軌道の変更の指示を出す軌道変更指示手段と、を備え、
前記物理量算出手段が、前記移動体の群を、前記移動体を構成要素とする連続体に見立て、前記物理量を、連続体力学に基づき、粒子法を用いて算出するものであって、前記移動体の物理量を、該移動体と近傍の他の前記移動体の物理量に基づいてKernel関数によって算出することを特徴とする、移動体の群制御システム。 - 前記状態が、前記移動体の位置、速度、加速度、外力、操舵力のうち、少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項1に記載の移動体の群制御システム。
- 前記物理量が、連続体力学に基づいて仮想的に表現した密度、質量、圧力、温度、内部エネルギー、変位、歪、歪応力、接触圧の内、少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の移動体の群制御システム。
- 前記移動体が複数の群を構成し、
前記状態が、前記移動体の所属する群の情報を含むことを特徴とする、請求項1から請求項3の何れかに記載の移動体の群制御システム。 - 前記移動体の内の少なくとも1つの位置を固定して前記群制御を行うことを特徴とする、請求項1から請求項4の何れかに記載の移動体の群制御システム。
- 複数の移動体の群制御を行う、群制御プログラムであって、
コンピュータ装置を、
それぞれの前記移動体の状態を取得する状態取得手段と、
前記状態に基づいて、それぞれの前記移動体に関する、少なくとも前記移動体とその近傍の他の移動体との間に生じる引力及び斥力を含む物理量を算出する物理量算出手段と、
前記状態及び前記物理量に基づいて、それぞれの前記移動体の軌道変化を算出する軌道変化算出手段と、
前記軌道変化に基づいて、それぞれの前記移動体へと軌道の変更の指示を出す軌道変更指示手段と、として動作させるものであって、
前記物理量算出手段が、前記移動体の群を、前記移動体を構成要素とする連続体に見立て、前記物理量を、連続体力学に基づき、粒子法を用いて算出するものであって、前記移動体の物理量を、該移動体と近傍の他の前記移動体の物理量に基づいてKernel関数によって算出することを特徴とする、移動体の群制御プログラム。 - 前記状態が、前記移動体の位置、速度、加速度、外力、操舵力のうち、少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項6に記載の移動体の群制御プログラム。
- 前記物理量が、連続体力学に基づいて仮想的に表現した密度、質量、圧力、温度、内部エネルギー、変位、歪、歪応力、接触圧の内、少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項6又は請求項7に記載の移動体の群制御プログラム。
- 前記移動体が複数の群を構成し、
前記状態が、前記移動体の所属する群の情報を含むことを特徴とする、請求項6から請求項8の何れかに記載の移動体の群制御プログラム。 - 前記移動体の内の少なくとも1つの位置を固定して前記群制御を行うことを特徴とする、請求項6から請求項9の何れかに記載の移動体の群制御プログラム。
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