魚ロボットの群形成制御

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本研究は魚ロボット等のノンホロノミック水中移動体の群形成制御に関するものである。水中移動体は海中移動手段として使われ、さらに先端にマニピュレータを取り付ければ、資源探査、海底物構築作業、海中レジャー、人命救助などに使われる。人類の未来を考えると、宇宙より海上、あるいは、海底に人類の発展の場所を見つけて行く方が安価であると考えられ、そのような場合に重要な移動や作業の手段となる。本研究が目指すのは、進行方向に自由度が不足している魚ロボット等の劣駆動水中移動体である。このような水中移動体は垂直方向・水平方向に駆動力を持たないため、2階のノンホロノミック制御系として記述され、その位置決めや姿勢の制御はPIDなどの簡単な制御則では対応できない。よって、群形成制御にも特別な工夫が必要である。本研究は平成14年度に得られた航空機の群形成制御則を応用し、この制御則を開発し、シミュレーションにてその有効性を確かめた。以下の手順で、研究をおこなった。1.リアプノフの直接法、および、バックステッピング法により、水中移動体の非線形トラッキング問題、群形成制御問題を解いた。2.上で求めた制御則を一般化し、これを、航空機や車両の群形成問題にも応用し、動的フィードバックによる群形成制御の一般論を導いた。3.高次元スライデング制御により水中移動体のロバスト群形成制御問題を解いた。4.微分幾何学の観点から、Differential flatnessの性質を用い、水中移動体や他の劣駆動移動体に関して衝突回避が可能な位置決め制御則を導出した。5.Differential flatnessの観点からの劣駆動移動体の軌道追従制御則、運動制御則を導いた。6.水中移動体を含む劣駆動移動体のモーションコントロールに関して、遺伝子的アルゴリズム(GA)を用いた、繰り返し学習制御則を導き、ノンホロノミック制御系の難点を克服した。