JPS6388603A - 海中ロボツトの走行制御方法 - Google Patents
海中ロボツトの走行制御方法Info
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- JPS6388603A JPS6388603A JP61233259A JP23325986A JPS6388603A JP S6388603 A JPS6388603 A JP S6388603A JP 61233259 A JP61233259 A JP 61233259A JP 23325986 A JP23325986 A JP 23325986A JP S6388603 A JPS6388603 A JP S6388603A
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Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、海中並びに水中を3次元的に位置、姿勢保持
並びに走行するロボットの運動を制御する方法に関する
ものであり、更に詳細には潮流等によってロボットが受
ける影響を補償した制御方法に関するものである。
並びに走行するロボットの運動を制御する方法に関する
ものであり、更に詳細には潮流等によってロボットが受
ける影響を補償した制御方法に関するものである。
近年、各種の海洋開発、海洋石油生産プラットホーム等
の海中構造物、海中接地機器等の保守、点検、整備作業
等を従来のダイパーに代りロボットが行うようになり、
この手の海洋開発支援の海中ロボットは今後はますます
普及するものと考えられる。
の海中構造物、海中接地機器等の保守、点検、整備作業
等を従来のダイパーに代りロボットが行うようになり、
この手の海洋開発支援の海中ロボットは今後はますます
普及するものと考えられる。
これらのロボットには、軌道上を走行して移りJするも
の、海底を移動するもの等も使用されているが、今後、
ダイパーのように海中を自由に遊泳できるロボットがま
すます必要になることが予想され、各種のロボットの開
発が行われている。
の、海底を移動するもの等も使用されているが、今後、
ダイパーのように海中を自由に遊泳できるロボットがま
すます必要になることが予想され、各種のロボットの開
発が行われている。
海中を遊泳するロボットが作業する環境は、潮流等の流
れや海中建造物により生じるカルマン渦、その他各種の
水流の影響を受ける。一般にロボットの形状は、円板伏
等水の抵抗を受ける方向によって作用する力が著しく異
なる場合が多く、位置保持並びに走行制御中に、ロボッ
トの姿勢を変化させると前記のように水流から受ける力
が急変してバランスを失い目標(位置又は走行ルート)
を外れて流され、又場合によっては制御不能になる等の
問題がある。
れや海中建造物により生じるカルマン渦、その他各種の
水流の影響を受ける。一般にロボットの形状は、円板伏
等水の抵抗を受ける方向によって作用する力が著しく異
なる場合が多く、位置保持並びに走行制御中に、ロボッ
トの姿勢を変化させると前記のように水流から受ける力
が急変してバランスを失い目標(位置又は走行ルート)
を外れて流され、又場合によっては制御不能になる等の
問題がある。
したがって、従来からこの種のロボット走行、姿勢等の
制御方法については、潮流に対してロボットの姿勢を変
えない方法が採られていて、海中でのロボットの活動は
非常に制限されている。しかしながら潮流中で自動的に
位置・姿勢保持並びに走行し作業するロボットの好適な
制御方法は未だ得られていない。したがって、ダイパー
が潮流に流されたり、カルマン渦に巻き込まれる危険の
ある海域での作業をロボットに完全に置き換えるには至
っていない。
制御方法については、潮流に対してロボットの姿勢を変
えない方法が採られていて、海中でのロボットの活動は
非常に制限されている。しかしながら潮流中で自動的に
位置・姿勢保持並びに走行し作業するロボットの好適な
制御方法は未だ得られていない。したがって、ダイパー
が潮流に流されたり、カルマン渦に巻き込まれる危険の
ある海域での作業をロボットに完全に置き換えるには至
っていない。
本発明は、以上の問題点の解決のために成されたもので
、潮流等、水の流れのある作業環境中でロボットが位置
保持並びに走行制御中に自由に姿勢を変更してもロボッ
トがバランスを失う危険がなく、しかも安定した位置保
持並びに走行が可能な制御方法を提供することを目的と
している。
、潮流等、水の流れのある作業環境中でロボットが位置
保持並びに走行制御中に自由に姿勢を変更してもロボッ
トがバランスを失う危険がなく、しかも安定した位置保
持並びに走行が可能な制御方法を提供することを目的と
している。
〔発明の構成テ
以上の目的を達成するための本発明の海中ロボットの3
次元制御方法の構成は、流れのある流体中を遊泳するた
めのロボットの制御においで、 (a)時刻kにおける制御入力u (k)と時刻に、
+ 1における目標値に対する偏差e (k+1>とを
変数とする2次形の性能評価関数Jを設定し、この性能
評価関数Jが極小となる制御ゲインGを決定し、このゲ
インGと状態推定値Xとから最適制御入力Uを式u=−
G=Xから求め、目標に対する偏差eにフィードバック
させて目標を達成する推力Tcを算出し、且つ、(b)
前記E1ポットが姿勢を変更した際、前記ロボットに対
する前記潮流の流速及び流向により1コボソトに作用す
る力を打ち消す推力■bを、予め前記ロボットの仰角α
と横滑り角βとの関数として準備した三次元流体抵抗及
びモメント係数テーブルから求める係数C1j(α、β
)と前記潮流の流速Vcから算出し、 (c)前記2つの推力のベクトル和T=Tb+Tcを前
記ロボットの推力として出力することを特徴としている
。
次元制御方法の構成は、流れのある流体中を遊泳するた
めのロボットの制御においで、 (a)時刻kにおける制御入力u (k)と時刻に、
+ 1における目標値に対する偏差e (k+1>とを
変数とする2次形の性能評価関数Jを設定し、この性能
評価関数Jが極小となる制御ゲインGを決定し、このゲ
インGと状態推定値Xとから最適制御入力Uを式u=−
G=Xから求め、目標に対する偏差eにフィードバック
させて目標を達成する推力Tcを算出し、且つ、(b)
前記E1ポットが姿勢を変更した際、前記ロボットに対
する前記潮流の流速及び流向により1コボソトに作用す
る力を打ち消す推力■bを、予め前記ロボットの仰角α
と横滑り角βとの関数として準備した三次元流体抵抗及
びモメント係数テーブルから求める係数C1j(α、β
)と前記潮流の流速Vcから算出し、 (c)前記2つの推力のベクトル和T=Tb+Tcを前
記ロボットの推力として出力することを特徴としている
。
本発明において、前記のGをゲインとする最適フィード
バック制御Uを求める演算は、ベルマ〕/の最適性の原
理に基づくダイナミックプログラミングン手法を利用し
て行われる。
バック制御Uを求める演算は、ベルマ〕/の最適性の原
理に基づくダイナミックプログラミングン手法を利用し
て行われる。
本発明を実施するに際し、前記推力Te(以下最適制御
推力という)を算出する際の前記の2次性能評価関数は
、例えば次の式 %式%))(1) 但し、(1)式においてw (w≧0)は重み係数を表
す。
推力という)を算出する際の前記の2次性能評価関数は
、例えば次の式 %式%))(1) 但し、(1)式においてw (w≧0)は重み係数を表
す。
そして、この最適制御推力を求める実際の手順を以下に
示す。なお説明の便宜のため位置P及び姿勢Oを目標値
とする場合について説明する。地面固定座標系(XE
YE ZE系)において、目標値Poと観測により達成
される推定値P等との偏差値を修正するに必要な推力]
゛C#づき状態推定値アルゴリズム(観測器)によりロ
ボットの状態推定値X(ロボットの位置、速度、加速度
、姿勢角、角速度、角加速度の推定値を示す。)を算出
し、更にこの推定値Xに対し、前記2次形の性能評価関
数Jを最小にする制御ゲインGを乗算した最適制御u=
−G−Xから演算される推力Tc’とから潮流等の影グ
で発生した偏差(ドリフト等)を補償する推力Tcを算
出する。
示す。なお説明の便宜のため位置P及び姿勢Oを目標値
とする場合について説明する。地面固定座標系(XE
YE ZE系)において、目標値Poと観測により達成
される推定値P等との偏差値を修正するに必要な推力]
゛C#づき状態推定値アルゴリズム(観測器)によりロ
ボットの状態推定値X(ロボットの位置、速度、加速度
、姿勢角、角速度、角加速度の推定値を示す。)を算出
し、更にこの推定値Xに対し、前記2次形の性能評価関
数Jを最小にする制御ゲインGを乗算した最適制御u=
−G−Xから演算される推力Tc’とから潮流等の影グ
で発生した偏差(ドリフト等)を補償する推力Tcを算
出する。
前記推力TCの算出手段は任意であるが、CPUによる
制御装置では、例えば、最適制御推力TcをTc’−T
c’として算出し、更にこのTcを実測に基づく現在位
置、姿勢の推定値度計算し、この結果をロボットに出力
するようにすることができる。この最適制御推力Tcに
よるロボットの制御動作を繰り返すことにより目標値か
らの偏差値が逐次ゼロとなるように修正される。
制御装置では、例えば、最適制御推力TcをTc’−T
c’として算出し、更にこのTcを実測に基づく現在位
置、姿勢の推定値度計算し、この結果をロボットに出力
するようにすることができる。この最適制御推力Tcに
よるロボットの制御動作を繰り返すことにより目標値か
らの偏差値が逐次ゼロとなるように修正される。
下ダイナミックバランス推力という)を算出するには、
まず前記の流体抵抗及びモメント係数C1j(α、β)
を3次元流体抵抗及びモメント係数テーブルから求める
必要がある。その方法は、ロボットの対水速度■とロボ
ットの状態推定アルゴリズムより推定したロボットの絶
対速度V′より潮流方向α、β及び潮流速度Vcを求め
る。この潮流方向α、βにより、前記テーブルからC1
j(α、β)を検索する。
まず前記の流体抵抗及びモメント係数C1j(α、β)
を3次元流体抵抗及びモメント係数テーブルから求める
必要がある。その方法は、ロボットの対水速度■とロボ
ットの状態推定アルゴリズムより推定したロボットの絶
対速度V′より潮流方向α、β及び潮流速度Vcを求め
る。この潮流方向α、βにより、前記テーブルからC1
j(α、β)を検索する。
前記テーブルは、例えば、当該ロボットを水槽に入れて
一定方向からの水流に対し種々の姿勢としたときに受け
る力を実測して求めることができる。このようにして求
めた流体抵抗及びモメント係数は、前もって制御装置内
に記憶される。そして、前記グイナミソクバランス推力
は、機体固定座標系(XIRYRZR系)において3次
元のx、y、z軸に対する分力と、各軸の回りのモメン
ト(φ、θ、ψでそれぞれX。
一定方向からの水流に対し種々の姿勢としたときに受け
る力を実測して求めることができる。このようにして求
めた流体抵抗及びモメント係数は、前もって制御装置内
に記憶される。そして、前記グイナミソクバランス推力
は、機体固定座標系(XIRYRZR系)において3次
元のx、y、z軸に対する分力と、各軸の回りのモメン
ト(φ、θ、ψでそれぞれX。
y、z各軸面りを表現する)をそれぞれTbx。
ると、
・ρ・■C2・Vb(21
・ρ・V e 2− V b (3)但し、式中Vc
は流速、vbは無次元化基準体勢 積、vbは無次元化基準面積をそれぞれ表す。
は流速、vbは無次元化基準体勢 積、vbは無次元化基準面積をそれぞれ表す。
なお、前記係数C1j(α、β)は、ロボットの潮流に
対する相対的角度である仰角α、横滑り角βによって表
現することにより絶対的姿勢を考慮することなくTbを
もとめることが可能である。
対する相対的角度である仰角α、横滑り角βによって表
現することにより絶対的姿勢を考慮することなくTbを
もとめることが可能である。
以下図面を′対照して一実施例により本発明のロボット
制御方法を説明する。
制御方法を説明する。
第1図は、本実施例の対象とするロボットに搭載された
制御装置の制御演算処理の内容を示すブロック図であり
、図の点線内はコンピュータからなるTb及びTc演算
の制御ブロックを示しており、第2図は制御のソフトウ
ェアの全体的構成を示すブロック図である。゛ 本実施例に使用のロボットは3つの制御モードに従って
操作されるように構成されている。
制御装置の制御演算処理の内容を示すブロック図であり
、図の点線内はコンピュータからなるTb及びTc演算
の制御ブロックを示しており、第2図は制御のソフトウ
ェアの全体的構成を示すブロック図である。゛ 本実施例に使用のロボットは3つの制御モードに従って
操作されるように構成されている。
即ち、第1図に示すように位置、姿勢制御モードによる
制御手段1、定速度ルートトラッキング制御モードによ
る制御手段2及び壁面フォロー制御モードによる制御手
段3の各動作を選択することができる。そして、これら
の各制御モードを、オペレータは切換操作手段4によっ
て作業手順に従い適宜選択する。この切換操作手段4は
、遠隔操作によって作業中随時切換可能である。したが
って、この選択操作によってロボットに設けられた制御
装置に予め入力されたプログラムから当該作業手順のプ
ログラムが実行される。
制御手段1、定速度ルートトラッキング制御モードによ
る制御手段2及び壁面フォロー制御モードによる制御手
段3の各動作を選択することができる。そして、これら
の各制御モードを、オペレータは切換操作手段4によっ
て作業手順に従い適宜選択する。この切換操作手段4は
、遠隔操作によって作業中随時切換可能である。したが
って、この選択操作によってロボットに設けられた制御
装置に予め入力されたプログラムから当該作業手順のプ
ログラムが実行される。
なお、前記位置、姿勢制御モードは、地面固定座標系(
XE YE Zrs系)においてロボットの現在位置、
姿勢状態によりオペレータが新たに設定した海中位置及
び姿勢にロボットを移動させるための制御モードであり
、ロボットが辿り着くべき位置P (3次元の位置:x
、y、z)及びロボットの方位、即ち姿勢O(海中に固
定された3次元座標の各軸に対する角度:φ、θ。
XE YE Zrs系)においてロボットの現在位置、
姿勢状態によりオペレータが新たに設定した海中位置及
び姿勢にロボットを移動させるための制御モードであり
、ロボットが辿り着くべき位置P (3次元の位置:x
、y、z)及びロボットの方位、即ち姿勢O(海中に固
定された3次元座標の各軸に対する角度:φ、θ。
ψ)を指定するものである。本実施例におけるこのモー
ドで制御するだめの指定は、位ip及び姿勢Oについて
最終的に制御したい値を指定し、移り1速度Uは指定j
2なかった。
ドで制御するだめの指定は、位ip及び姿勢Oについて
最終的に制御したい値を指定し、移り1速度Uは指定j
2なかった。
定速度ルート・1ラソキ〉′グ制御モードば、ま■(”
第一にロボン1〜を構造物目標位置へオペレータが遠隔
操作により海中空間内に設定したルーI4こ沿、って誘
導し、第二に対象物の近傍に遠隔て設定された目標ルー
l−1から対象物を観察するために、目標ルー川・上を
定速度で走行する制御モー・ドであり、畑面固定座標系
(XFYEZE系)?、における前記位置Po、姿勢O
o及びルー ト方向の移動速度tJを順次、プログラム
によzつ指定するものである。
第一にロボン1〜を構造物目標位置へオペレータが遠隔
操作により海中空間内に設定したルーI4こ沿、って誘
導し、第二に対象物の近傍に遠隔て設定された目標ルー
l−1から対象物を観察するために、目標ルー川・上を
定速度で走行する制御モー・ドであり、畑面固定座標系
(XFYEZE系)?、における前記位置Po、姿勢O
o及びルー ト方向の移動速度tJを順次、プログラム
によzつ指定するものである。
iii前記前記壁面フロー制御モードは、曲面構造物に
対向し、構造物との距離を一定に保ち、その周囲を定速
移に+3 !、、、、なから対象を観察する作業を行う
ための制御モードであり、対壁面姿勢O、ルート515
向の移動速度Uの外?:、壁面からの保つべき距離■、
を指定するものである。
対向し、構造物との距離を一定に保ち、その周囲を定速
移に+3 !、、、、なから対象を観察する作業を行う
ための制御モードであり、対壁面姿勢O、ルート515
向の移動速度Uの外?:、壁面からの保つべき距離■、
を指定するものである。
なお、第2図は、前記3つの制御モードの内の位置、姿
勢制御モード1が選択された場合について図示されてい
るが、他のモードが選択された場合も他は全く同様の構
成であることは明らかである。そL2て、本発明に係る
演算手段は第2図の点線で囲んだ目標偏差値演算手段5
1及び推力演算手段52であり、その他は従来のこの種
のロボットの制御に用いられる手段によって構成されて
いるものである。
勢制御モード1が選択された場合について図示されてい
るが、他のモードが選択された場合も他は全く同様の構
成であることは明らかである。そL2て、本発明に係る
演算手段は第2図の点線で囲んだ目標偏差値演算手段5
1及び推力演算手段52であり、その他は従来のこの種
のロボットの制御に用いられる手段によって構成されて
いるものである。
本発明に係る前記演算手段51及び52に与えるデータ
は、プログラムに基づきロボットが取るべき位置Po
(3次元的)の目標値、ロボットが向くべき方位、即
ち姿勢Oo 、ロボット状態推定の結果得られるXの中
でロボットの絶対速度の推定値v′であり、説明の順序
としてこの演算手段4及び5にデータを与える各構成か
ら説明することにする。
は、プログラムに基づきロボットが取るべき位置Po
(3次元的)の目標値、ロボットが向くべき方位、即
ち姿勢Oo 、ロボット状態推定の結果得られるXの中
でロボットの絶対速度の推定値v′であり、説明の順序
としてこの演算手段4及び5にデータを与える各構成か
ら説明することにする。
まず本実施例の制御装置には、前記各モードによる制御
が、作業ルートの障害物により作業不能とならないため
の障害物回避径路演算手段6が備えられており、これに
よって作業中の各制御手段による制御演算結果に適宜修
正が加えられるようになっている。この障害物回避径路
演算手段6に回避すべき障害物として与えられるデ・−
夕としては、予めインプットできる障害に対するモデル
6、とロボットが行動中に装備されている各種センサに
よる障害物検知手段63で検出された検出データ及び潮
流である。
が、作業ルートの障害物により作業不能とならないため
の障害物回避径路演算手段6が備えられており、これに
よって作業中の各制御手段による制御演算結果に適宜修
正が加えられるようになっている。この障害物回避径路
演算手段6に回避すべき障害物として与えられるデ・−
夕としては、予めインプットできる障害に対するモデル
6、とロボットが行動中に装備されている各種センサに
よる障害物検知手段63で検出された検出データ及び潮
流である。
即ち、前記のデータに基づき該障害物回避径路演算手段
6は、第1図に示したように(第2図はこの部分を省略
記載している)修正のための演算を行い、選択されてい
る制御モードによりそれぞれの前記各制御手段1.2及
び3による演算結果と前記演算手段6による演算結果に
より修正を加える目標修正手段7、ルート修正手段8及
びフォロールート修正手段9を備えている。前記のルー
ト修正手段8及びフォロールート修正手段9による演算
では、ルートに沿う速度Uをロボットの絶対速度Vo
’に、又、対象物と■ロボットとの相対的距離i、をロ
ボットの絶対的位置Po’に変換する演算も含まれてい
る。
6は、第1図に示したように(第2図はこの部分を省略
記載している)修正のための演算を行い、選択されてい
る制御モードによりそれぞれの前記各制御手段1.2及
び3による演算結果と前記演算手段6による演算結果に
より修正を加える目標修正手段7、ルート修正手段8及
びフォロールート修正手段9を備えている。前記のルー
ト修正手段8及びフォロールート修正手段9による演算
では、ルートに沿う速度Uをロボットの絶対速度Vo
’に、又、対象物と■ロボットとの相対的距離i、をロ
ボットの絶対的位置Po’に変換する演算も含まれてい
る。
そし7て、前記の各指示値の修正値、p o/。
Oo’、Vo’ (これらは何れもベクトル値)は、
前述したように目標偏差値演算手段5.に与えられる。
前述したように目標偏差値演算手段5.に与えられる。
を説明する。ロボット本体には、現在位置の検出手段と
して、慣性航法装置(慣性p) 又は音響測定装置(音
響p )と、ロボットが向いている方位、叩ちロボット
の姿勢を検知するためのジャイロコンパス(ジャイロ0
)と、船速■(対水相対速度)の検出手段として三軸対
水速度計等を備えており、常時、ロボットの位置、姿勢
、速度を検出している。これらの検出値は、周知のよう
に検出器ドリフトと測定のノイズとを含み、そのままデ
ータとして制御装置に入力すると誤動作を生じるので、
測定ノイズについては、従来から行われているようにカ
ルマンフィルタによるノイズフィルタ処理、又ドリフト
については、視覚測位を利用したパターン・マソチング
により定期的にドリフト補償する測定ノイズフィルタ及
びドリフト補償手段11によVが前記演算手段5.及び
52に与えられる。
して、慣性航法装置(慣性p) 又は音響測定装置(音
響p )と、ロボットが向いている方位、叩ちロボット
の姿勢を検知するためのジャイロコンパス(ジャイロ0
)と、船速■(対水相対速度)の検出手段として三軸対
水速度計等を備えており、常時、ロボットの位置、姿勢
、速度を検出している。これらの検出値は、周知のよう
に検出器ドリフトと測定のノイズとを含み、そのままデ
ータとして制御装置に入力すると誤動作を生じるので、
測定ノイズについては、従来から行われているようにカ
ルマンフィルタによるノイズフィルタ処理、又ドリフト
については、視覚測位を利用したパターン・マソチング
により定期的にドリフト補償する測定ノイズフィルタ及
びドリフト補償手段11によVが前記演算手段5.及び
52に与えられる。
又、ロボットの速度は状態推定手段13によって得たX
の中でIロボットの速度の推定値V′が前記演算手段5
1及び5.に与えられる。なお第2図の視覚測位はドリ
フト補償のために行うもので、洋」二の母船に設けられ
たプロセッサが行う。ヌ、フィルタ及びドリフト補償手
段11は、母船に設けられたプロセッサで処理され、こ
れらの結果の各推定値p、o、vはロボットに送られ制
御装置に入力される。
の中でIロボットの速度の推定値V′が前記演算手段5
1及び5.に与えられる。なお第2図の視覚測位はドリ
フト補償のために行うもので、洋」二の母船に設けられ
たプロセッサが行う。ヌ、フィルタ及びドリフト補償手
段11は、母船に設けられたプロセッサで処理され、こ
れらの結果の各推定値p、o、vはロボットに送られ制
御装置に入力される。
さて次に本実施例におけるダイナミックバランス推力T
b及び最適制御推力Teとを求める演算を第1図に基づ
き説明する。
b及び最適制御推力Teとを求める演算を第1図に基づ
き説明する。
ロボットは選択された各モードに基づき与えられる前記
指示値(Po’、Oo’、Vo’の一部又は全部)に到
達するために必要さする堆力Tc(ベクトル)を演算す
るにあたり、本実施例では、前記目標偏差値演算手段5
1、推力変換演算手段12、状態推定手段13.、多変
数制御ゲイン及び推力変換演算1.段14及び加算演算
手段15の各演算〕1゛段を実行することによってり、
えられる。即ち、目標偏差値演算手段5゜においで指示
値PO′ (以下指示値は「位置」によるものとして説
明する)と実際の到達推定値Pとの偏差値ΔPを演算し
、次いで11↑力変換演算手段12においてこのΔPを
ゼロとするために必要とする推力Tc#を演算する1、
な、お、第2図L;−示した前記111[力演算−1′
−段52は第1図に示す12〜・19の各手段をN←め
て省略記載したものである。
指示値(Po’、Oo’、Vo’の一部又は全部)に到
達するために必要さする堆力Tc(ベクトル)を演算す
るにあたり、本実施例では、前記目標偏差値演算手段5
1、推力変換演算手段12、状態推定手段13.、多変
数制御ゲイン及び推力変換演算1.段14及び加算演算
手段15の各演算〕1゛段を実行することによってり、
えられる。即ち、目標偏差値演算手段5゜においで指示
値PO′ (以下指示値は「位置」によるものとして説
明する)と実際の到達推定値Pとの偏差値ΔPを演算し
、次いで11↑力変換演算手段12においてこのΔPを
ゼロとするために必要とする推力Tc#を演算する1、
な、お、第2図L;−示した前記111[力演算−1′
−段52は第1図に示す12〜・19の各手段をN←め
て省略記載したものである。
前記演算と平行して前記推定値P、 Oと加減演算手
段15によって得られているTcO値とを状態推定手段
13に与え、ロボッ1−の運動状態を示すXを推定する
。Xの構成は、位置移動に関しては、位置P′、速度v
′、加速度A′、回転運動に関しては、姿勢角0′、角
速度OV′角加速度′6A’である。そしてこの値に基
づき多変数制御ゲイン及び推力変換演算手段14により
前記偏差ΔP、Δ0(制御モードによってはΔ■を含む
)を最適値に修正する修正推力Tcを算出し加算演算手
段15で演算Tc″+Tcを演算し、その結果のTcを
実測に基づく現在位置、姿勢の推定値p、 oと共に再
度状態推定手段13に与え前記演算を繰り返し偏差を最
適番こ修正する。
段15によって得られているTcO値とを状態推定手段
13に与え、ロボッ1−の運動状態を示すXを推定する
。Xの構成は、位置移動に関しては、位置P′、速度v
′、加速度A′、回転運動に関しては、姿勢角0′、角
速度OV′角加速度′6A’である。そしてこの値に基
づき多変数制御ゲイン及び推力変換演算手段14により
前記偏差ΔP、Δ0(制御モードによってはΔ■を含む
)を最適値に修正する修正推力Tcを算出し加算演算手
段15で演算Tc″+Tcを演算し、その結果のTcを
実測に基づく現在位置、姿勢の推定値p、 oと共に再
度状態推定手段13に与え前記演算を繰り返し偏差を最
適番こ修正する。
次に、ダイナミックバランス推力Tbの演算手段につい
て説明する。この演算は、潮流流入角及び流速演算手段
17、ダイナミックバランス推力演算手段18及び三次
元流体抵抗及びモメント係数テーブル参照手段19の各
演算を実施することによって達成される。
て説明する。この演算は、潮流流入角及び流速演算手段
17、ダイナミックバランス推力演算手段18及び三次
元流体抵抗及びモメント係数テーブル参照手段19の各
演算を実施することによって達成される。
速度推定値V′とが潮流流入角及び流速演算手段17に
与えられ、ここで、潮流に対するDボッ(・の相対的姿
勢を表す角度、叩ち、ロボットの正面直立方向との成す
角、叩も(m角α及び正面構方向の成す角、即ぢ横滑り
角β及び潮流の絶対流速Vcが算出され、このα及びβ
の値に該当する前記流体抵抗係数C1j(α、β)を三
次元流体抵抗及びモメント係数テーブル参照手段19に
おいて求め、前記VcとC1j(α、β)をダイナミッ
クバランス推力演算手段18に与えて前記式(2)及び
(3)からT bを算出し7、加算演算手段16におい
こiテわれる演算、即ち前記1゛bと前記加算演算’F
)115xこおいて最終的に求められたTcどの和(T
=’rb+”l”C)がロボソ]・に実際にtjえる推
力1゛となる。
与えられ、ここで、潮流に対するDボッ(・の相対的姿
勢を表す角度、叩ち、ロボットの正面直立方向との成す
角、叩も(m角α及び正面構方向の成す角、即ぢ横滑り
角β及び潮流の絶対流速Vcが算出され、このα及びβ
の値に該当する前記流体抵抗係数C1j(α、β)を三
次元流体抵抗及びモメント係数テーブル参照手段19に
おいて求め、前記VcとC1j(α、β)をダイナミッ
クバランス推力演算手段18に与えて前記式(2)及び
(3)からT bを算出し7、加算演算手段16におい
こiテわれる演算、即ち前記1゛bと前記加算演算’F
)115xこおいて最終的に求められたTcどの和(T
=’rb+”l”C)がロボソ]・に実際にtjえる推
力1゛となる。
このようにして得られた値′rは、Iツボ1,1・のプ
ログラムに基づき指示される姿勢、移・肋等の動作をす
る際に出力する推力が、潮流から受ける外力の変化とロ
ボットの■標点からのずれとを?lIi償したものとな
っているので、潮流によりバランスを崩したり、1」標
点から遠ざかったりすることのない制御を行うことがで
きる。
ログラムに基づき指示される姿勢、移・肋等の動作をす
る際に出力する推力が、潮流から受ける外力の変化とロ
ボットの■標点からのずれとを?lIi償したものとな
っているので、潮流によりバランスを崩したり、1」標
点から遠ざかったりすることのない制御を行うことがで
きる。
この推力Tは、iI力配分手段20により、■]ロボッ
ト取り付けられている複数の推進器の各々を駆υJする
1111力乙こ分配するJA算処理を行い、ロボットに
出力する。なお、第2図の記号′■゛′F/Bは推力T
cが正確にスラスタを駆動して4゜いるか否かをチェッ
クするだめのフィードパ7り出力を示している。
ト取り付けられている複数の推進器の各々を駆υJする
1111力乙こ分配するJA算処理を行い、ロボットに
出力する。なお、第2図の記号′■゛′F/Bは推力T
cが正確にスラスタを駆動して4゜いるか否かをチェッ
クするだめのフィードパ7り出力を示している。
以上説明したとおり、本発明の水中ロボットの3次元制
御方法の構成は、目標値に対する偏差と制御入力とを変
数とする2次形の性能評価関数を最小とする制御ゲイン
による推力と、ロボットが姿勢を変更し7たために受け
る外力を打ち消す推力を予め作成したテーブルを参照し
て求め、前記2つの推力のヘクトル和によりロボットを
推進させる構成としたために、潮流等の流体の流れが存
在する中でロボットを位置保持並びに走行操作する際に
、姿勢変更による流体から受ける外力のバランスの崩れ
を補償した推力によってロボットを操作することができ
るので、ロボットの移動、姿勢維持等の動作を安定して
制御することが可能となり、ロボットによる流体中の作
業の円滑化が得られるという効果を奏することができる
。
御方法の構成は、目標値に対する偏差と制御入力とを変
数とする2次形の性能評価関数を最小とする制御ゲイン
による推力と、ロボットが姿勢を変更し7たために受け
る外力を打ち消す推力を予め作成したテーブルを参照し
て求め、前記2つの推力のヘクトル和によりロボットを
推進させる構成としたために、潮流等の流体の流れが存
在する中でロボットを位置保持並びに走行操作する際に
、姿勢変更による流体から受ける外力のバランスの崩れ
を補償した推力によってロボットを操作することができ
るので、ロボットの移動、姿勢維持等の動作を安定して
制御することが可能となり、ロボットによる流体中の作
業の円滑化が得られるという効果を奏することができる
。
第1図は一実施例による制御装置の制御演算処理の内容
を示すプロ・ツク図、第2図は第1図に示す制御ブロッ
クのラフ1−ウェアの全体的構成を示すブロック図であ
る。 51・・・目標偏差値演算手段、12・・・推力変換演
算手段、13・・・状態推定演算手段、14・−・多変
数制御ゲイン及び(11力変化演算手段、15゜16・
・・加算演算手段、17・・・潮流流入角及び流速演算
手段、18・・・ダイナミックバランス推力演算手段、
19・・・三次元流体抵抗及びモメント係数テーブル参
照手段、R・・・ロボット本体。
を示すプロ・ツク図、第2図は第1図に示す制御ブロッ
クのラフ1−ウェアの全体的構成を示すブロック図であ
る。 51・・・目標偏差値演算手段、12・・・推力変換演
算手段、13・・・状態推定演算手段、14・−・多変
数制御ゲイン及び(11力変化演算手段、15゜16・
・・加算演算手段、17・・・潮流流入角及び流速演算
手段、18・・・ダイナミックバランス推力演算手段、
19・・・三次元流体抵抗及びモメント係数テーブル参
照手段、R・・・ロボット本体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 海洋における潮流等流れのある流体中を遊泳するための
ロボットの制御において、 (a)時刻kにおける制御入力u(k)と時刻k+1に
おける目標値に対する偏差e(k+1)とを変数とする
2次形の性能評価関数Jを設定し、この性能評価関数J
が極小となる制御ゲインGを決定し、このゲインGとそ
のときの制御入力と実測に基づく前記ロボットの現在位
置、姿勢の推定値とによって得られる状態推定値■とか
ら最適制御入力uを式u=−G・■から求め、目標に対
する偏差eにフィードバックさせて目標を達成する推力
Tcを算出し、且つ、(b)前記ロボットが姿勢を変更
した際、前記ロボットに対する潮流の流速及び流向によ
りロボットに作用する潮流力を打ち消す推力■bを、予
め前記ロボットの対潮流仰角αと横滑り角βとの関数と
して準備した三次元流体抵抗及びモメント係数テーブル
から求める係数■ij(α、β)と潮流の流速Vcから
算出し、 (c)前記2つの推力のベクトル和T=Tb+Tcを前
記ロボットの推力として出力することを特徴とする海中
ロボットの走行制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61233259A JPS6388603A (ja) | 1986-10-02 | 1986-10-02 | 海中ロボツトの走行制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61233259A JPS6388603A (ja) | 1986-10-02 | 1986-10-02 | 海中ロボツトの走行制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6388603A true JPS6388603A (ja) | 1988-04-19 |
JPH0562764B2 JPH0562764B2 (ja) | 1993-09-09 |
Family
ID=16952273
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61233259A Granted JPS6388603A (ja) | 1986-10-02 | 1986-10-02 | 海中ロボツトの走行制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6388603A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02106492A (ja) * | 1988-10-14 | 1990-04-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 制御推力配分装置 |
JP2008052473A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 水中ロボットの動作制御方法、装置、プログラム及びその記録媒体 |
CN106371434A (zh) * | 2015-07-23 | 2017-02-01 | 联想(北京)有限公司 | 一种用于控制移动装置保持平衡的方法及移动装置 |
WO2020040105A1 (ja) * | 2018-08-22 | 2020-02-27 | 日本電気株式会社 | 選定装置、選定方法及び選定プログラム |
CN111208841A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-05-29 | 中国科学院自动化研究所 | 基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置 |
-
1986
- 1986-10-02 JP JP61233259A patent/JPS6388603A/ja active Granted
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02106492A (ja) * | 1988-10-14 | 1990-04-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 制御推力配分装置 |
JP2008052473A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 水中ロボットの動作制御方法、装置、プログラム及びその記録媒体 |
CN106371434A (zh) * | 2015-07-23 | 2017-02-01 | 联想(北京)有限公司 | 一种用于控制移动装置保持平衡的方法及移动装置 |
CN106371434B (zh) * | 2015-07-23 | 2020-06-23 | 联想(北京)有限公司 | 一种用于控制移动装置保持平衡的方法及移动装置 |
WO2020040105A1 (ja) * | 2018-08-22 | 2020-02-27 | 日本電気株式会社 | 選定装置、選定方法及び選定プログラム |
CN111208841A (zh) * | 2020-02-27 | 2020-05-29 | 中国科学院自动化研究所 | 基于反作用轮的仿生机器鱼姿态稳定装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0562764B2 (ja) | 1993-09-09 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |