Development of a Coordinate Control Scheme for an Automatic Inspection System with Different Types of Autonomous Marine Robots

本研究課題では、海中・海面ロボットから構成される船舶・海洋構造物の自動点検システムの実現に必要不可欠である海中・海面ロボットの協調動作制御法の開発を目指している。第一年度には、海中ロボットと海面ロボットの間に結合されたケーブルを多関節剛体リンクサブシステムとみなした海中・海面ロボットシステムの数学モデルを導出した。しかし第二年度前期において、より詳細な数値計算・解析を実施したところ、良好な近似性能を得るためにケーブルサブシステムを高自由度（多リンク・多関節）に拡張した場合には、その数学モデルは格段に複雑な構造を有するものとなり、それを用いた協調動作コントローラのリアルタイム実装は困難であることが予想された。そこで第二年度中期では、ケーブルサブシステムの数学モデルに依存しないコントローラの設計を試みた。まず海面ロボットに対しては、ケーブル張力が計測可能である点に着目し、その張力を直接補償する動作制御法を開発した。つぎに海中ロボットに対しては、張力計測が容易でないことを想定し、ケーブルの影響のために動作制御結果が芳しくないことを前提とした。そして、報告者が提案しているロボット本体の制御性能に関係なく良好な性能が得られる海中マニピュレータ（腕・手）動作制御法を応用することを着想した。具体的には、ケーブルに接続された部分（本来のロボット本体）と、点検用カメラを搭載した部分（マニピュレータ部分）から構成される海中ロボットに対し、前述の動作制御法を用いることにより、ケーブルの影響を受けずに安定した海中点検を実現する手法である。なお、その成果の一部を国際会議において公表した。さらに第二年度中・後期では、当初の計画通り、第三年度における実験解析に向けて、ロボット部品を購入し、実験準備に着手した。

本研究課題では、海中・海面ロボットから構成される船舶・海洋構造物の自動点検システムの実現に必要不可欠である海中・海面ロボットの協調動作制御法の開発を目指している。第一年度には、海中ロボットと海面ロボットの間に結合されたケーブルを多関節剛体リンクサブシステムとみなした海中・海面ロボットシステムの数学モデルを導出した。しかし第二年度前期において、より詳細な数値計算・解析を実施したところ、良好な近似性能を得るためにケーブルサブシステムを高自由度（多リンク・多関節）に拡張した場合には、その数学モデルは格段に複雑な構造を有するものとなり、それを用いた協調動作コントローラのリアルタイム実装は困難であることが予想された。そこで第二年度中期では、ケーブルサブシステムの数学モデルに依存しないコントローラの設計を試みた。まず海面ロボットに対しては、ケーブル張力が計測可能である点に着目し、その張力を直接補償する動作制御法を開発した。つぎに海中ロボットに対しては、張力計測が容易でないことを想定し、ケーブルの影響のために動作制御結果が芳しくないことを前提とした。そして、報告者が提案しているロボット本体の制御性能に関係なく良好な性能が得られる海中マニピュレータ（腕・手）動作制御法を応用することを着想した。具体的には、ケーブルに接続された部分（本来のロボット本体）と、点検用カメラを搭載した部分（マニピュレータ部分）から構成される海中ロボットに対し、前述の動作制御法を用いることにより、ケーブルの影響を受けずに安定した海中点検を実現する手法である。なお、その成果の一部を国際会議において公表した。さらに第二年度中・後期では、当初の計画通り、第三年度における実験解析に向けて、ロボット部品を購入し、実験準備に着手した。