大連海事大学、宜昌試験研究院、ネバダ大学リノ校の共同研究チームは、今年のICRA会議で「Model Predictive Control for an Autonomous Underwater Robot with Fully Vectored Propulsion」と題する論文を発表した。
この論文では、8つの分散型スラスタを備えた完全ベクトル推進システムを備えた自律型水中ロボットを設計・製造している。また、自律型水中制御に必要なハードウェアプラットフォームとソフトウェアアーキテクチャについても述べている。著者らは、モデル予測制御（MPC）に基づいてロボットの制御システムを開発した。シミュレーションと実環境での実験結果から、このロボットが正確な移動能力を持つことが実証され、海洋作業への応用の可能性が強調された。
背景
海洋産業において、潜水作業はダイバーに健康リスクをもたらす。1990年代、ROV（Remotely Operated Vehicle）の登場は、水中作業における人間の労働力を代替し、コストの削減と安全性の向上を実現した。しかし、ROVの操作には、熟練したオペレーター、母船からのサポート、テザーケーブルが必要であり、操作範囲や適用範囲が制限されている。そのため、制御機能を備えた自律型水中ロボットの開発は、実用上重要な意味を持つ。
研究ハイライト
1.本論文の著者らは、スラスタ効率を向上させ、水中でのロボットの柔軟性と敏捷性を高める完全ベクトル推進自律型水中ロボットを提案した。搭載されたエッジコンピューティングデバイス、センサー、アクチュエーターを統合することで、ロボットは自律的に動作することができる。
本稿で紹介するロボットの主な構成要素
2.ロボットのソフトウェアアーキテクチャはROSに基づいて構築され、知覚、計画、制御モジュール間の効率的な情報伝達を保証する。
論文で紹介された水中ロボットのソフトウェアとハードウェアのフレームワーク
3. 理論的モデリングとパラメータ同定を行い、物理的制約に基づくモデル予測制御法を用いて、完全ベクトルロボットの状態をリアルタイムに予測・最適化し、自律制御を実現した。
筆者らの知る限り、このような完全ベクタ式の自律型水中ロボットは現在のところ存在しない。
検証実験
1. 数値シミュレーション実験
提案したMPCコントローラの有効性を実証し、このようなコントローラを完全ベクトル型水中ロボットに適用することの実現可能性を確認した。
2. 実環境実験：
実海域実験は、5m×3m×1.5mの屋内長方形水槽で実施した。NOKOVモーションキャプチャシステムの6台の水中カメラが水槽の周囲に設置され、100Hzのサンプリングレートでサブミリメートルの精度で位置と速度のデータを記録した。姿勢データもAHRSに基づいて収集された。
水槽内ロボットのテスト環境：(a)NOKOVモーションキャプチャシステムを搭載した長方形の水槽、(b)ロボットのプロトタイプ、(c)プール内のロボット。{Xw, Yw, Z}と{Xt, Yt, Z}はそれぞれAHRS座標系と水槽座標系を表す。
最終的に、ロボットを用いたポイントツーポイントの移動実験により、ロボットのシステム設計の実現可能性とMPCコントローラの有効性が実証された。
NOKOVモーションキャプチャシステムの水中カメラは、ロボットのサブミリレベルの位置と速度のデータを提供し、ロボットのシステム設計の実現可能性とMPCコントローラの有効性を検証するのに役立った。
著者紹介
高天铸 Gao Tianzhu
大連海事大学情報科学技術学院、遼寧省水中ロボット工学研究センター博士課程在籍。研究テーマ：水中ロボット、モデル予測制御。
骆煜东 Luo Yudong
大連海事大学情報科学技術学院、遼寧省水中ロボット工学研究センター准教授。研究テーマ：インテリジェント無人システム、ロボット自律性、水中ロボット。
吕超 Lü Chao
リュ・チャオは大連海事大学情報科学技術学院、遼寧省水中ロボット工学研究センターの修士課程に在籍。研究テーマ：水中ロボット、行動意思決定、運動計画。
罗伟荣 Luo Weirong
羅偉栄は大連海事大学海洋工程学院、メカトロニクス研究室の修士課程に在籍。研究テーマ：大スパンのケーブル駆動パラレルロボットの運動制御。
付先平 Fu Xianping
傅賢平は遼寧省水中ロボット工学研究センター主任、大連海事大学情報科学技術学院博士課程指導教員。研究テーマ：水中ロボット、コンピュータビジョン。
赵娜 Zhao Na
大連海事大学情報科学技術学院講師、修士課程指導教官。研究テーマ：インテリジェント無人システム、マルチモーダルロボット、ロボットダイナミクスと制御。
骆曦 Luo Xi
羅錫は宜昌テスト技術研究所のチーフデザイナー兼シニアエンジニア。研究テーマ：水中無人機推進、マルチソースフュージョン状況認識。
Yantao Shen ネバダ大学リノ校教授。研究分野 バイオミメティック・ロボット、センサー、計器。
ここでごニーズを出ること
-
もっと多い情報に関して、メッセージをしたりしてください。
-
- 確認