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kasawaki b

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kasawaki b

  1. 1. 時間制約付き飛行プランに基づく 屋内飛行船ロボットの制御 Control of Indoor Balloon Robot with Time Constraints 複雑系工学講座 調和系工学研究室 4年 笠脇 裕人
  2. 2. 屋内飛行船ロボット[角田 2005] •カメラセンサ(画像:160×144[pixel],カラー:RGB16bit) •T-Engineシステム(CPU:216Mhz,RAM:16MB) •プロペラ・モータユニット (プロペラ:各軸に2組ずつ6組,推力調整:0.3[sec]間に30回) 高さ80[cm],直径94[cm]の円柱形バルーン プロペラ・モータユニット θ Y X 0.75[cm] 300[cm] -150[cm] 150[cm] 実験環境
  3. 3. エンタテインメントロボット 3次元移動可能な 屋内飛行船ロボット[Minagawa 2007]を用いたエンタテインメント シンクロナイズド飛行 (※シンクロナイズ:時間的に行動を一致させること)  屋内飛行船ロボットの問題点 空調や慣性抵抗の影響を受けるため,任意の速度になるまでに時間遅れが生じる 指定した時刻に,指定した位置へ飛行することは 実現されていない  音楽にあわせて飛行する  複数の飛行船の行動を一致させる
  4. 4. 目的 指定した時刻に,指定した位置へ飛行する 屋内飛行船ロボットの実現
  5. 5. 時間制約付き飛行プラン : [sec] : [ ] : [ ] : [ ] : [ ] : ( 1) 到着時刻 ヨー角の目的地 座標の目的地 座標の目的地 座標の目的地 目的地番号 n T o rad oz Z cm oy Y cm ox X cm n n    飛行プラン 300[cm]  指定した時刻に到着する  目的地での誤差を小さくする  等速直線飛行  等角速度飛行 n番目の目的地を と表す ただし出発地は とする ( , , , , ) n n n n n n g  ox oy oz o T ( , , , , ) 0 0 0 0 0 0 g  ox oy oz o T ( , , , ,60) 3 3 3 3 3 g  ox oy oz o ( , , , ,40) 2 2 2 2 2 g  ox oy oz o ( , , , ,30) 1 1 1 1 1 g  ox oy oz o ( , , , ,0) 0 0 0 0 0 g  ox oy oz o 出発地と複数の目的地から構成
  6. 6. t T Ta x Ta T T ox ox ev t n t n n n n x                  ( ) ( ) ( ) 1 1 1 目標速度の計算方法 0.3[sec]毎に現在の位置と目標位置から目標速度を計算する  目標速度 X軸 : ev (t) : x : t x Ta : 目標速度[cm/sec] 時刻 t[sec] における飛行船の位置[cm] 定数( = 3.0[sec]) t[sec] X[cm] n ox n1 ox n1 T n 0 t T Ta t Ta t Ta t Ta
  7. 7. PID制御(フィードバック制御) Z Y                                 T d t d t T m t KP d t KI d t KD T d t d t T m t KP d t KI d t KD T d t d t T m t KP d t KI d t KD T d t d t T m t KP d t KI d t KD z z z z z z z z y y y y y y y y x x x x x x x x ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )         : ( 0.3[sec]) : ( ) ( ), :   サンプリング時間 目標速度との偏差 プロペラ推力 ΔT d(t) v t ev t m(t) :Derivativegain : Integral gain : Propotionalgain KD KI KP X軸 : Y軸 : Z軸 : Θ : ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 3 1 m t m t m t m t m t m t y y       ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 4 2 m t m t m t m t m t m t x x       ( ) ( ) ( ) ( ) 6 5 m t m t m t m t z z   X Y x y 1 2 3 4 5 6 Y軸,Z軸,及びヨー角θもX軸と同様に設定する
  8. 8. 実験概要 (0,200,200, ,150) (0,200,200, ,120) ( 110,260,250, 3 / 4,100) ( 110,260,250, / 2,90) ( 110,260,250, / 4,80) ( 110,260,250, ,70) ( 110,260,250, / 4,60) (150,30,150, / 4,0) 7 6 5 4 3 2 1 0                        g g g g g g g g  飛行プラン 指定した時刻に,指定した位置へ飛行しているか ベンチマークを用いて検証する ベンチマークには,屋内飛行船で考えられる 直線,回転,及び定位置保持飛行が含まれている (1) (2) (3) (4) (1) を固定しながら直線飛行 (2)位置を固定しながら 回転飛行 (3) を 回転させながら直線飛行 (4) を固定しながら定位置保持飛行    3 [rad]  / 4[rad]
  9. 9. 実験結果  X座標の時間推移 (1) (2) (3) (4) t[sec] X[cm] 指定した時刻における, 飛行船の位置と 目的地との誤差 目的地 X[cm] (1) -3.1 (2) -7.4 (3) -3.0 (4) 3.2 等速直線飛行の 軌跡 飛行船の位置 最大7.4[cm]の誤差
  10. 10. 実験結果 (1) (2) (3) (4) t[sec] Y[cm]  Y座標の時間推移 指定した時刻における, 飛行船の位置と 目的地との誤差 目的地 Y[cm] (1) 7.7 (2) -0.2 (3) -5.8 (4) -4.5 等速直線飛行の 軌跡 飛行船の位置 最大7.7[cm]の誤差
  11. 11. 実験結果 (1) (2) (3) (4) t[sec] Z[cm]  Z座標の時間推移 指定した時刻における, 飛行船の位置と 目的地との誤差 目的地 Z[cm] (1) 1.5 (2) 14.7 (3) -22.4 (4) -10.3 等速直線飛行の 軌跡 飛行船の位置 最大-22.4[cm]の誤差
  12. 12. 実験結果 t[sec] θ[rad]  ヨー角θの時間推移 (1) (2) (3) 指定した時刻における, 飛行船の位置と 目的地との誤差 目的地 θ[rad] (1) -0.05 (2) -0.10 (3) 0.26 (4) -0.03 等角速度飛行の 軌跡 飛行船の位置 (4) 最大15度の誤差
  13. 13. 実験結果  指定した時刻における,飛行船の位置と目的地との 誤差の絶対値の平均,標準偏差  0.3[sec]毎における,飛行船の位置と等速飛行の軌跡との 誤差の絶対値の平均,標準偏差 5回のベンチマーク実験から,時間制約付き飛行プランに基づく 屋内飛行船ロボットの制御手法を検証する X[cm] Y[cm] Z[cm] Θ[rad] 平均 4.1 5.1 11.1 0.13 標準偏差 2.9 3.4 8.1 0.09 X[cm] Y[cm] Z[cm] Θ[rad] 平均 5.8 5.3 10.7 0.15 標準偏差 5.5 4.6 8.9 0.14 指定した時刻に,等速飛行で目的地に到着できた x,y軸は機体に対して 6%の誤差 z軸は機体に対して 14%の誤差 ヨー角θは9度の誤差
  14. 14. まとめ 時間制約つき飛行プランを提案した ベンチマークから時間制約付き飛行プランに基づく 屋内飛行船ロボットの制御を行うことができた 今後の課題 速度,直線飛行,回転飛行,及び定位置保持飛行 に応じて,Taの設定が必要
  15. 15. それぞれの機体を独立に制御している

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