JPWO2021070239A1 - Autonomous distributed control system - Google Patents
Autonomous distributed control system Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2021070239A1 JPWO2021070239A1 JP2020515788A JP2020515788A JPWO2021070239A1 JP WO2021070239 A1 JPWO2021070239 A1 JP WO2021070239A1 JP 2020515788 A JP2020515788 A JP 2020515788A JP 2020515788 A JP2020515788 A JP 2020515788A JP WO2021070239 A1 JPWO2021070239 A1 JP WO2021070239A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- covering
- moving body
- mobile
- control system
- boundary
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 116
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 26
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 18
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 45
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 32
- 230000008859 change Effects 0.000 description 20
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 14
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
Abstract
自律分散制御システムにおいて、被覆領域が動的に変化しても大域的な収束安定性を満たすことが可能な技術を提供することを目的とする。第1移動体は、被覆境界に関して第1移動体と反対側に仮想移動体を生成する写像を行う被覆境界取得部と、第1移動体と、複数の第2移動体と、仮想移動体とがネットワークによって結合されていると仮定して、第1移動体の制御を示す指令値を生成する被覆制御演算部と、指令値に基づいて第1移動体の移動を制御する移動体制御部とを備える。 An object of the present invention is to provide a technology capable of satisfying global convergence stability even if the covering region changes dynamically in an autonomous distributed control system. The first moving body includes a covering boundary acquisition unit that performs a mapping to generate a virtual moving body on the opposite side of the covering boundary from the first moving body, a first moving body, a plurality of second moving bodies, and a virtual moving body. A covering control calculation unit that generates a command value indicating control of the first moving body, and a moving body control unit that controls the movement of the first moving body based on the command value, assuming that is connected by a network. To be equipped.
Description
本発明は、複数の移動体が自律的かつ分散的な制御によって予め定められた被覆領域を被覆する自律分散制御システムに関する。 The present invention relates to an autonomous distributed control system in which a plurality of mobile bodies cover a predetermined covering region by autonomous and distributed control.
近年、複数の移動する物体(以下、それぞれを「移動体」と記す)が編隊を組んで、一定の目的を達成する制御技術が提案されており、その制御技術によって、人が社会性をもって解決してきた問題を解決することが期待されている。 In recent years, a control technology has been proposed in which a plurality of moving objects (hereinafter, each of which is referred to as a "moving body") form a formation to achieve a certain purpose, and the control technology solves the problem with sociality. It is expected to solve the problems that have been solved.
例えば、空間を自在に移動できるドローンが、人の代わりに広い範囲を定期的に探索する業務を行うことが期待されている。また、例えば、自律走行が可能な搬送車両が、人の代わりに工場や物流倉庫の物資を搬送することが実現されつつある。さらに、人の手を介在しない高度自動運転が可能な自動運転車両が、渋滞緩和化のために車間距離を縮めた隊列走行を行うことなどが期待されている。 For example, a drone that can move freely in space is expected to perform the task of regularly exploring a wide area on behalf of a person. Further, for example, it is being realized that a transport vehicle capable of autonomous driving transports goods in a factory or a distribution warehouse instead of a person. Furthermore, it is expected that autonomous vehicles capable of highly autonomous driving without human intervention will perform platooning with a reduced inter-vehicle distance in order to alleviate traffic congestion.
しかしながら上記技術では、複数の移動体に対して密集して行動することや互いの動きを同期させることが要求されるため、移動体群の制御が不安定であると大きな不具合が生じてしまう可能性がある。そのため、各移動体が各自の情報を使用していた従来の制御システムを、複数の移動体が移動体群として機能するように、複数の移動体が複数の移動体全体の情報を使用する新しい制御システムが提案されている。 However, in the above technology, it is required to act densely with respect to a plurality of moving bodies and to synchronize their movements with each other. Therefore, if the control of the moving body group is unstable, a big problem may occur. There is sex. Therefore, the conventional control system in which each moving body uses its own information is replaced with a new control system in which a plurality of moving bodies use the information of a plurality of moving bodies as a whole so that a plurality of moving bodies function as a moving body group. A control system has been proposed.
複数の移動体が移動体群として機能する制御システムは、移動体群全体の情報を中央管理装置などで中央集権的に処理するものと、ある移動体が観測した局所的な情報を近くの別の移動体との間で受け渡して分散的に処理するものと、に分けられる。ここで、前者の制御システムは、制御の収束時間やエネルギーの最適化などの観点から制御効率に優れた手法であるが、情報集中による通信の混雑化や空間の拡大による収束時間の遅延化などの物理的な制約を受けるため、大規模なシステムには適さない。一方、後者の制御システム(以下「自律分散制御システム」と記す)は、各移動体が自律的かつ分散的な制御によって行動する。この自律分散制御システムは、各移動体が局所的な情報しか処理しないため、収束性や安定性には多少の課題がある。しかしながら、小規模に情報を処理する集団が互いに連携して全体の制御システムの機能を実現するため、大規模なシステムに適している。 A control system in which multiple moving bodies function as a moving body group is one in which information on the entire moving body group is centrally processed by a central management device or the like, and one in which local information observed by a certain moving body is processed nearby. It is divided into those that are delivered to and from the moving body of the vehicle and processed in a decentralized manner. Here, the former control system is a method with excellent control efficiency from the viewpoint of control convergence time and energy optimization, but communication congestion due to information concentration and delay of convergence time due to space expansion, etc. Not suitable for large-scale systems due to physical constraints. On the other hand, in the latter control system (hereinafter referred to as "autonomous distributed control system"), each moving body acts by autonomous and decentralized control. In this autonomous distributed control system, since each moving body processes only local information, there are some problems in convergence and stability. However, it is suitable for a large-scale system because a group that processes information on a small scale cooperates with each other to realize the function of the entire control system.
自律分散制御システムは、移動体群内の複数の移動体を所望の位置に配置すること(合意)と、移動体群内の複数の移動体を空間に効率的に配置すること(被覆)と、のいずれかを行う。なお、一般的に、自律分散制御システムは、合意と被覆とを同一のスキームで扱えないとされている。 The autonomous distributed control system is to arrange a plurality of moving objects in a moving body group at a desired position (agreement) and to efficiently arrange a plurality of moving objects in the moving body group in a space (covering). Do one of the above. It should be noted that, in general, an autonomous distributed control system cannot handle consensus and cover in the same scheme.
合意を扱う自律分散制御システムは、比較的小規模なシステムにおいて効果が発揮されやすい。一方、被覆を扱う自律分散制御システムは、比較的大規模なシステムに適用されることが期待されている。例えば、被覆を扱う自律分散制御システムは、費用、解像度、及び、時間に制約が大きい衛星または航空機による広範囲の観測または監視を、ドローン群またはそれに類する安価な移動体群で置き換えることができる。このため、安価で更新頻度及び利便性が高いサービスの構築が期待されている。また、被覆を扱う自律分散制御システムは、交通、電力インフラ及びショッピングモールでの配送システム、またはそれらに限らない100以上の移動体で構成されるシステムにおいて、移動体の整流化による効率化、またはそれらに類する効率化が期待されている。 Autonomous distributed control systems that handle consensus tend to be effective in relatively small systems. On the other hand, autonomous distributed control systems that handle coverings are expected to be applied to relatively large-scale systems. For example, autonomous distributed control systems dealing with coverings can replace a wide range of cost, resolution, and time-constrained satellite or aircraft observations or surveillance with drones or similar inexpensive mobiles. Therefore, it is expected to build a service that is inexpensive, has a high update frequency, and is highly convenient. In addition, an autonomous distributed control system that handles coverings is a delivery system in transportation, electric power infrastructure, and shopping malls, or a system composed of 100 or more mobile bodies, which is not limited to these, to improve efficiency by rectifying the mobile body, or to improve efficiency. It is expected that efficiency will be similar to those.
しかしながら、自律分散制御システムは、局所的な情報で移動体群の全体を制御するため、大域的な収束安定性が課題とされている。特に、被覆を扱う自律分散制御システムは大規模なシステムとなることが想定されるため、制御則の収束安定性を高めることは、信頼性及び安全性にとって必要不可欠である。また、近年普及しつつある機械学習、またはそれらに類するヒューリスティックな制御手法は、自律分散制御システムにおける収束安定性の改善には適さない。 However, since the autonomous distributed control system controls the entire mobile group with local information, global convergence stability is an issue. In particular, since the autonomous distributed control system that handles the covering is expected to be a large-scale system, it is indispensable for reliability and safety to improve the convergence stability of the control law. In addition, machine learning, which has become widespread in recent years, or similar heuristic control methods, are not suitable for improving convergence stability in autonomous distributed control systems.
以上のような問題に対して、これまでに自律分散制御システムにおいて、大域的な収束安定性を改善するための設計方法がいくつか提案されている。 In response to the above problems, several design methods for improving global convergence stability have been proposed in autonomous distributed control systems.
例えば、非特許文献1には、複数の移動体の間で情報を繋ぐネットワークが形成されている状態で、その数理的な構造から、大域的な収束安定性を判定すること、及び、ボロノイ領域を定義して、当該ボロノイ領域の重心に基づく指令値を求めることが提案されている。例えば、非特許文献2には、勾配関数の停留点を制御の指令値とすることが、大域的な収束安定性を満たす制御指令値の必要十分条件であると提案されている。なお、勾配関数には、ネットワークを構成し、互いに情報をやりとりする任意の2つの移動体を含む移動体の集合を要素とする関数の線形和で表される関数を用いることが提案されている。例えば、特許文献1には、上空から地上を監視する飛行装置とセンタ装置とから構成される監視システムが提案されている。
For example, in Non-Patent
しかしながら、ボロノイ領域を定義する従来の被覆制御では、制御対象とする全ての移動体が、被覆領域に関する情報を共有しなければならない。具体的には、各移動体は、ボロノイ領域を計算するために、被覆領域を閉包する被覆境界の情報を互いに共有しなければならない。もし、各移動体が有する被覆境界の情報が異なる場合、移動体ごとに算出されるボロノイ領域が異なることになるため、自律分散制御は大域的な収束安定性を満たすことができなくなるという問題がある。 However, in the conventional covering control that defines the Voronoi region, all the moving objects to be controlled must share the information about the covering region. Specifically, each mobile must share information about the covering boundary that closes the covering region with each other in order to calculate the Voronoi region. If the information on the covering boundary of each moving body is different, the Voronoi region calculated for each moving body will be different, so that the autonomous distributed control cannot satisfy the global convergence stability. be.
被覆領域に関する情報を共有しなければならないという以上のような制約により、従来の被覆制御は、被覆境界の一部を動的に変化させることが困難であり、被覆領域を静的に扱わなければならないという問題があった。この結果、従来の被覆制御では、被覆領域の一部を変形する、2つの被覆領域を1つに結合する、1つの被覆領域を2つ以上に分割する、またはそれらに類する被覆領域の動的な変化を扱うことが難しいため、実環境への適用が困難であるという問題があった。 Due to the above constraints of having to share information about the covering area, it is difficult for conventional covering control to dynamically change a part of the covering boundary, and the covering area must be treated statically. There was a problem that it did not become. As a result, in conventional coating control, a part of the coating region is deformed, two coating regions are combined into one, one coating region is divided into two or more, or a similar coating region is dynamically dynamic. There was a problem that it was difficult to apply it to the actual environment because it was difficult to handle such changes.
そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、自律分散制御システムにおいて、被覆領域が動的に変化しても大域的な収束安定性を満たすことが可能な技術を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and is a technique capable of satisfying global convergence stability even if the covering region changes dynamically in an autonomous distributed control system. The purpose is to provide.
本発明に係る自律分散制御システムは、情報を繋ぐネットワークで結合された第1移動体及び複数の第2移動体が、予め定められた被覆領域を、自律的かつ分散的な制御によって被覆する自律分散制御システムであって、前記第1移動体は、前記被覆領域を閉包する被覆境界に関して前記第1移動体と反対側に仮想移動体を生成する写像を行う被覆境界取得部と、前記第1移動体と、前記第1移動体と前記ネットワークによって結合された前記複数の第2移動体と、前記被覆境界取得部で生成された前記仮想移動体とが、前記ネットワークによって結合されていると仮定して、前記第1移動体の制御を示す指令値を生成する被覆制御演算部と、前記被覆制御演算部で生成された前記指令値に基づいて前記第1移動体の移動を制御する移動体制御部とを備える。 In the autonomous distributed control system according to the present invention, a first mobile body and a plurality of second mobile bodies connected by a network connecting information cover a predetermined covering region by autonomous and decentralized control. In a distributed control system, the first moving body includes a covering boundary acquisition unit that performs a mapping to generate a virtual moving body on the opposite side of the covering boundary that closes the covering region to the first moving body, and the first moving body. It is assumed that the moving body, the plurality of second moving bodies connected by the first moving body and the network, and the virtual moving body generated by the covering boundary acquisition unit are connected by the network. Then, a covering control calculation unit that generates a command value indicating control of the first moving body and a moving body that controls the movement of the first moving body based on the command value generated by the covering control calculation unit. It is equipped with a control unit.
本発明によれば、被覆領域を閉包する被覆境界に関して第1移動体と反対側に仮想移動体を生成する写像を行い、第1移動体と、複数の第2移動体と、仮想移動体とがネットワークによって結合されていると仮定して、第1移動体の制御を示す指令値を生成し、当該指令値に基づいて第1移動体の移動を制御する。このような構成によれば、自律分散制御システムにおいて、被覆領域が動的に変化しても大域的な収束安定性を満たすことができる。 According to the present invention, a mapping is performed to generate a virtual moving body on the side opposite to the first moving body with respect to the covering boundary confining the covering region, and the first moving body, a plurality of second moving bodies, and the virtual moving body are used. Is connected by a network, a command value indicating control of the first mobile body is generated, and the movement of the first mobile body is controlled based on the command value. According to such a configuration, in the autonomous distributed control system, it is possible to satisfy the global convergence stability even if the covering region changes dynamically.
本発明の目的、特徴、態様及び利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。 The objects, features, embodiments and advantages of the present invention will be made clearer by the following detailed description and accompanying drawings.
<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係る自律分散制御システムの構成を模式的に示す図である。まず、本実施の形態1に係る自律分散制御システムの概要、及び、その説明に用いられる用語について説明する。<
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an autonomous distributed control system according to a first embodiment of the present invention. First, an outline of the autonomous distributed control system according to the first embodiment and terms used in the explanation will be described.
本実施の形態1に係る自律分散制御システムは、移動体群を備えており、移動体群は、第1移動体1と、複数の第2移動体2と、複数の第3移動体3とを含んでいる。第1移動体1、複数の第2移動体2、及び、複数の第3移動体3のそれぞれ、つまり各移動体は、自律分散的に編隊行動を指示された場合に、自律的に移動する機能を有する複数の機械の集団を成す移動体である。各移動体は、例えば、ドローン、自動運転車両などであるが、これに限ったものではない。
The autonomous distributed control system according to the first embodiment includes a moving body group, and the moving body group includes a first moving
第1移動体1及び複数の第2移動体2は、情報を繋ぐネットワーク4で結合されている。この場合、第1移動体1及び複数の第2移動体2を、ネットワーク4の「節点」と呼ぶことができる。また、移動体同士がネットワークの結合によって情報の繋がりを持つことを、「隣接する」と呼ぶことができ、情報の繋がりを持つ状態(隣接状態)を、ネットワーク4の「枝」と呼ぶことができる。
The first
ここで、第1移動体1は、移動体群のうちの任意の1つの移動体である。
Here, the first moving
第2移動体2は、移動体群のうち、第1移動体1と情報の繋がりを持つ移動体である。第2移動体2は、他の第2移動体2との通信を介さずに第1移動体1と情報の繋がりを持つ移動体であってもよいし、他の第2移動体2との通信を介して第1移動体1と情報の繋がりを持つ移動体であってもよい。
The second moving
第3移動体3は、移動体群のうち、第1移動体1と情報の繋がりを持たない移動体である。
The third moving
ネットワーク4で接合された第1移動体1及び複数の第2移動体2は、予め定められた被覆領域5を、自律的かつ分散的な制御によって被覆する。被覆領域5とは、例えば面や線などの被覆境界6で閉包された領域であり、具体的には、曲面で閉包された空間の占める範囲、または、曲線で閉包された平面の占める範囲である。第1移動体1に認識される被覆境界6は1つであってもよいし、複数であってもよい。なお、特に記載がない限り、移動体群は同一の被覆領域5を被覆することを目的としているものとする。
The first
被覆領域5が可視である場合、第1移動体1は、いずれも図示しない通信装置、センサ及び演算装置と協働する制御器を備える。これにより、第1移動体1は、ネットワーク4から第2移動体2の状態量を取得して被覆領域5を被覆すること、つまり被覆領域5の被覆の達成が可能である。この際、第1移動体1の制御器は、第1移動体1周囲の第2移動体2の観測結果からボロノイ領域の重心を演算して、被覆領域5を被覆するための第1移動体1の制御を示す指令値である制御指令値を生成する。つまり、第1移動体1は、被覆領域5を閉包する全ての被覆境界6と、第1移動体1の位置と、第2移動体2の位置とに基づいてボロノイ領域を演算し、第1移動体1が含まれるボロノイ領域の重心に基づく制御指令値を生成する。
When the
第2移動体2または第3移動体3も、第1移動体1と同様に構成され、第2移動体2または第3移動体3が含まれるボロノイ領域の重心に基づく制御指令値を生成する。移動体群の各移動体は、各制御指令値が示すボロノイ領域の重心に向かって移動することで、大域的な収束安定性が満たされた被覆を行うことができる。
The second
上記被覆制御による収束安定性では、第1移動体1、第2移動体2及び第3移動体3の各々が同じ被覆領域5ひいては被覆境界6を共有することを必要要件とする。このため、被覆領域5が変化する場合、各移動体はその変化をネットワーク4で共有する必要がある。しかしながら、ネットワークを構成する手段に高い性能が要求されるため、移動体の数が多い大規模な移動体群に適したシステムを構成することは困難である。
In the convergence stability by the coating control, it is a necessary requirement that each of the first moving
このことに鑑みて、第1移動体1は、上記構成に加えて、被覆境界6を認識する検出器と、被覆境界6を状態量とする演算装置とを備える。そして、図2に示すように、第1移動体1は、被覆領域5を閉包する被覆境界6に関して第1移動体1と反対側に仮想移動体7を生成する写像を行う。第1移動体1は、被覆境界6の幾何形状と、第1移動体1で取得された第1移動体1の状態量とに基づいて上記写像を行うことにより、仮想移動体7の状態量を生成する。
In view of this, in addition to the above configuration, the first moving
この際、第1移動体1と仮想移動体7とは隣接するものとして扱う。すなわち、第1移動体1と、第1移動体1とネットワーク4によって結合された複数の第2移動体2と、仮想移動体7とがネットワーク4によって結合されていると仮定する。第1移動体1は、この仮定下で、例えばボロノイ領域の重心の演算などを行うことによって、第1移動体1の制御を示す制御指令値を生成する。
At this time, the first moving
以上の構成によれば、第1移動体1は、被覆境界6の情報を局所的に取得し、当該被覆境界6の情報を仮想移動体7として扱って制御指令値を生成する。これにより、自律分散制御システムにおける第1移動体1などの移動体は、被覆領域5が動的に変化しても、被覆領域5の情報の変化をネットワーク4から仮想移動体7の状態量の変化として取得できるため、大域的な収束安定性を満たすことができる。
According to the above configuration, the first moving
以上により、被覆領域5が動的に変化しても、移動体群は、大域的な収束安定性を満たす被覆を実現することができる。このとき、各移動体は、局所的な情報のみで制御指令値を生成するため、ネットワーク4を構成する手段を簡素な仕組みで構築できる。したがって、比較的簡素でかつ比較的小型の機器によって、上記システムを実現することができる。
As described above, even if the
次に、本実施の形態1に係る自律分散制御システムの詳細について説明する。図3は、本実施の形態1に係る第1移動体1の機能構成を示すブロック図である。なお、第2移動体2及び第3移動体3の機能構成も、第1移動体1の機能構成と同様であってもよい。
Next, the details of the autonomous distributed control system according to the first embodiment will be described. FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the first
図3に示される第1移動体1の機能構成について説明する前に、第1移動体1のハードウェア構成について説明する。第1移動体1は、第1移動体1が自律的に移動するように、現在の位置と目標の位置との経路を演算し、経路にそって第1移動体1の駆動源を制御する制御器と、第2移動体2とネットワーク4を形成する通信装置及び検出器のいずれか及び演算装置と、被覆境界6を検出する検出器と、を備える。
Before explaining the functional configuration of the first
第1移動体1が自律的に移動するための制御を行う上記制御器は、第1移動体1の状態量を観測する手段を含む。第1移動体1の状態量を観測する手段は、例えば、第1移動体1の速度ベクトルを検出する速度計である。第1移動体1の状態量を観測する手段は、速度計による速度ベクトルの検出に限定されず、例えば、撮像による位置推定、照射体(レーダー、レーザー、超音波)による測位、加速度計や角加速度計による積分、GPS(Global Positioning System)に類する絶対位置の測位などの、移動体の運動を計測する手段であればよい。なお、第1移動体1は、観測された第1移動体1の状態量を格納する記憶装置を備えていてもよい。
The controller that controls the movement of the first
上記手段により観測される第1移動体1の状態量は、第1移動体1が自律的に移動するための情報である。第1移動体1の状態量は、例えば、所定の空間における第1移動体1の速度ベクトルである。なお、第1移動体1の状態量は、速度ベクトルに限定されず、例えば、所定の空間における位置ベクトルや加速度ベクトル、角速度ベクトル、姿勢角、またはそれらに類する運動に係るその他の状態量であってもよい。
The state quantity of the first
第1移動体1は、上記ハードウェアの機能に加えて、図3に示される機能構成を備える。図3に示される第1移動体1の機能構成について説明する。図3の第1移動体1は、情報取得部81と、被覆境界取得部である被覆境界検出部82と、ネットワーク演算部83と、グラフ演算部84と、被覆制御演算部85と、移動体制御部86とを備える。
The first
<情報取得部81>
情報取得部81は、複数の第2移動体2の状態量を取得する。情報取得部81は、例えば、第2移動体2とネットワーク4を形成する通信装置及び検出器のいずれかと演算装置とによって構成される。<
The
情報取得部81は、第1移動体1の状態量を第2移動体2に送信し、第2移動体2の状態量を第2移動体2から受信する送受信器からなる送受信部81aを備える。
The
送受信部81aは、例えば、電波を用いる通信手段である。なお、送受信部81aは、電波を用いる通信手段に限定されず、例えば、光や音、それらに類する搬送波に情報を付与する通信手段であってもよい。また、送受信部81aは、画像出力装置や照明装置またはそれに類する装置で情報を光量の分布に変換し、撮像機器により光量の分布から情報を復元する通信手段であってもよい。なお、送受信部81aは、情報を送信および受信する手段であれば、どのような種類の手段であってもよい。
The transmission /
送受信部81aは、複数の第2移動体2の1つの第2移動体2から状態量が一定時間取得できなかった場合、または、複数の第2移動体2のうちの移動体が自律分散制御システムの機能を満たさないと判定した場合には、当該1つの第2移動体2を、第2移動体2としてではなく第3移動体3として扱ってもよい。つまり、第1移動体1と上記1つの第2移動体とがネットワークによって結合されていないとしてもよい。
In the transmission /
一方、送受信部81aは、当初の時点では第3移動体3であったが、その後、第3移動体3から状態量を取得することができた場合などには、当該第3移動体3を第2移動体2として扱ってもよい。
On the other hand, the transmission /
情報取得部81は、第2移動体2の状態量を観測する測定部81bを備える。
The
測定部81bは、例えば、ステレオカメラなどの検出器と、検出器の検出結果から第2移動体2の相対位置を観測する演算装置とからなる距離方位測定手段である。なお、測定部81bは、ステレオカメラを用いる距離方位測定手段に限定されず、例えば、電磁波や超音波またはそれに類する搬送波を第2移動体2や周囲に放出し、その反射波を計測する距離方位測定手段であってもよい。なお、測定部81bは、状態量を観測する手段であれば、どのような種類の手段であってもよい。
The measuring
なお、図3の情報取得部81は、第2移動体2の状態量を取得可能な送受信部81aと、第2移動体2の状態量を取得可能な測定部81bとの両方を備えているが、情報取得部81の構成はこれに限定されない。例えば、情報取得部81は、送受信部81aから制御指令値の生成に必要な第2移動体2の状態量を取得できる場合には、測定部81bを備えなくてもよいし、測定部81bから制御指令値の生成に必要な第2移動体2の状態量を取得できる場合には、送受信部81aを備えなくてもよい。
The
なお本実施の形態1では、複数の第2移動体2の状態量は、被覆領域5を基準とする複数の第2移動体2の位置及び速度、並びに、複数の第2移動体2を結合しているネットワーク4の情報を含んでもよい。そして、情報取得部81は、第1移動体1に対する第2移動体2の相対位置及び相対速度を検出し、当該相対位置及び当該相対速度に基づいて、第2移動体2の状態量に含まれる第2移動体2の位置及び速度を推定すること、及び、第2移動体2からネットワーク4を介して第2移動体2の状態量に含まれる第2移動体2の位置及び速度を受信すること、の少なくともいずれか一方を行ってもよい。
In the first embodiment, the state quantities of the plurality of second
<被覆境界検出部82>
被覆境界検出部82は、被覆領域5を閉包する被覆境界6を検出し、当該被覆領域5に関して第1移動体1と反対側に仮想移動体7を生成する写像を行う。被覆境界検出部82は、例えば、被覆境界6の幾何形状と、第1移動体1で取得された第1移動体1の状態量とに基づいて写像を行うことにより、仮想移動体7の状態量を生成する。なお、被覆境界検出部82は、例えば、第1移動体1が自律的に移動するための装置に含まれる。<Covering
The covering
被覆境界6は、例えば、壁等に類する障害物であってもよい。被覆境界検出部82は、例えば、同一面に対する距離方位測定手段であり、測定した障害物の幾何形状を被覆境界6の幾何形状として検出する。なお、被覆境界検出部82は、障害物の距離方位を測定する手段に限定されず、例えば、測距による状態推定によって被覆境界6の幾何形状を推定するものであってもよい。
The covering
また被覆境界6は、例えば、白線等に類する標識であってもよい。被覆境界検出部82は、例えば、撮像等によって得られた環境情報に含まれる標識を抽出し、標識の幾何形状を被覆境界の幾何形状として検出する。なお、被覆境界検出部82は、撮像により標識を抽出する手段に限定されず、環境に掲示された標識に基づく状態推定によって被覆境界6の幾何形状を推定するものであってもよい。
Further, the covering
被覆境界検出部82は、例えば、被覆境界6の幾何形状を区分してなる複数の線分要素を対称軸として、第1移動体1と線対称となる仮想移動体7を上記写像によって生成する。線分要素は、例えば、予め規定された論理式を用いた演算を被覆境界6に行うことにより導出される。被覆境界検出部82は、第1移動体1の状態量から第1移動体1が被覆領域5の内外のいずれに位置するかを判定してもよい。なお、この判定は、被覆境界検出部82で行われてなくてもよい。例えば、第1移動体1とは別に設置された、移動体群を管理する装置が、第1移動体1を検出して被覆領域5の内外のいずれに位置するかを判定し、その結果を第1移動体1の送受信部81aまたは測定部81bに送信してもよい。
The covering
仮想移動体7の状態量が、被覆境界6の線分要素を対称軸として第1移動体1の状態量と線対称となるように生成される場合、第1移動体1と仮想移動体7との垂直二等分線は、当該線分要素と一致する。
When the state quantity of the virtual moving
<ネットワーク演算部83>
ネットワーク演算部83は、第1移動体1で取得された第1移動体1の状態量と、情報取得部81で取得された複数の第2移動体2の状態量と、被覆境界検出部82で生成された仮想移動体7の状態量とを受け取る。ネットワーク演算部83は、例えば、第1移動体1が自律的に移動するための装置に含まれる。なお、ネットワーク演算部83は、受け取った状態量を格納する記憶装置を備えてもよい。<
The
ネットワーク演算部83は、第1移動体1の状態量と、複数の第2移動体2の状態量と、仮想移動体7の状態量とに基づいて、第1移動体1と、複数の第2移動体2と、仮想移動体7とを結合するネットワークを求める。つまり、ネットワーク演算部83は、仮想移動体7が第1移動体1及び複数の第2移動体2と情報の繋がりを有して隣接するものとして、第1移動体1のネットワークに含める。
The
ネットワーク演算部83は、例えば、第1移動体1の状態量に含まれる位置情報と、仮想ではない1つの移動体の状態量に含まれる位置情報とに基づいて、当該1つの移動体が第1移動体1の状態量を取得しているか否かを推定する。そして、ネットワーク演算部83は、当該1つの移動体が第1移動体1の状態量を取得していると推定した場合に、当該移動体を、第1移動体1と情報の繋がりを有する第2移動体2であると判定する。
In the
また、ネットワーク演算部83は、例えば、第2移動体2の状態量に含まれる識別子から、第1移動体1、第2移動体2及び第3移動体3を含む移動体群のネットワークの一部を推定して、移動体群に含まれる局所的な移動体の集合におけるネットワークの構造を推定する。なお、ネットワークの構造は、情報の繋がりを有する複数の移動体(節点)と、移動体の間の情報の繋がりの状態である隣接状態(枝)との集合によって表される。同様に、ネットワーク演算部83は、第1移動体1のネットワークの構造に、仮想移動体7をさらに含める。
Further, the
また、ネットワーク演算部83は、例えば、第1移動体1のネットワークの情報を特定のバッファに格納し、第1移動体1の状態量に含める。このとき、ネットワーク演算部83は、第1移動体1のネットワークの情報に、仮想移動体7の状態量を含めてもよい。
Further, the
また、ネットワーク演算部83は、例えば、送受信部81aが第2移動体2のネットワークの情報を取得した場合、第1移動体1のネットワークと第2移動体2のネットワークとを重ね合わせる演算を行う。この演算により、ネットワーク演算部83は、移動体群のうち情報の繋がりを有するいくつかの移動体の集合、つまり局所的な隣接状態の移動体の集合からなるネットワークを求めることができる。
Further, for example, when the transmission /
<グラフ演算部84>
グラフ演算部84は、ネットワーク演算部83で求められたネットワークから、制御指令値を生成するための制御グラフを生成する。なお、制御グラフなどのグラフは、ネットワークを表す複数の節点及び複数の枝の集合要素であり、節点(頂点)と、枝(辺)とを組み合わせた図形である。グラフ演算部84は、例えば、第1移動体1が自律的に移動するための制御器に含まれる。グラフ演算部84は、各々のグラフに対してグラフ理論に基づいて属性情報を分類し、グラフの情報として保持する。<Graph
The
グラフ演算部84は、例えば、ネットワーク演算部83で求められたネットワークから、任意の2つ移動体が互いに情報の繋がりを有して隣接する節点及び枝の組み合わせの集合を、完全グラフとして求める。なお、グラフ演算部84は、節点及び枝を網羅的に組み合わせることにより、完全グラフのグラフ集合として複数の完全グラフを求める。グラフ演算部84は、完全グラフの節点の数(以下「位数」と記すこともある)によって複数の完全グラフを分類し、分類された複数の完全グラフから被覆制御の制御指令値を生成するための制御グラフを選別する。
For example, the
グラフ演算部84が、ネットワーク演算部83で求められたネットワークに基づいて、ドロネー(Delaunay)グラフの演算を用いたドロネー三角形分割を行うことによって、制御グラフを生成する例について以下説明する。
An example in which the
まず、グラフ演算部84は、ネットワーク演算部83で求められたネットワークに基づいて、第1移動体1、複数の第2移動体2、及び、仮想移動体7から、第1移動体1を含み、位数が3である複数の三角形状の完全グラフを求める。すなわち、グラフ演算部84は、第1移動体1を含み、任意の2つの移動体が情報の繋がりを有する3つの移動体を3つの節点として有する完全グラフの集合を求める。
First, the
そして、グラフ演算部84は、求めた複数の三角形状の完全グラフから制御グラフを選別する。例えば、グラフ演算部84は、三角形状の完全グラフの外接円の内部に他の完全グラフの節点が含まれないか判定し、他の完全グラフの節点が外接円に含まれた完全グラフを複数の完全グラフから取除き、残った完全グラフを制御グラフとして選別する。これにより複数の制御グラフが選別された場合、複数の制御グラフは、それらの枝が互いに交わらない三角形状のグラフとなる。
Then, the
図4は、上述の演算で得られる制御グラフ8を示す図である。図4には、制御グラフ8の一例として、第1移動体1と、第2移動体23と、仮想移動体7とを含む制御グラフ8などが図示されている。なお、上述の例で得られる制御グラフ8は、第1移動体1、複数の第2移動体2、及び、仮想移動体7に関して上記ドロネーグラフと等価である。複数の第2移動体2に含まれるすべての移動体が、第1移動体1に対して第3移動体3よりも近いとき、上述の例で得られる制御グラフは、第1移動体1、複数の第2移動体2及び仮想移動体7だけでなく、第3移動体3に関しても上記ドロネーグラフと等価となる。
FIG. 4 is a diagram showing a
<被覆制御演算部85>
被覆制御演算部85は、グラフ演算部84で生成された制御グラフに基づいて制御指令値を生成する。この結果、被覆制御演算部85は、第1移動体1と、複数の第2移動体2と、仮想移動体7とがネットワークによって結合されていると仮定して、第1移動体1の制御を示す制御指令値を生成することが可能となっている。なお、被覆制御演算部85は、例えば、第1移動体1が自律的に移動するための装置に含まれる。<Cover
The cover
まず、被覆制御演算部85が、第1移動体1と複数の第2移動体2とを含むが仮想移動体7を含まない制御グラフ8から、第1移動体1の制御を示す制御指令値を生成する場合について説明する。この場合、被覆制御演算部85は、例えば、第1移動体1の状態量と複数の第2移動体2の状態量とを含む勾配関数を用いて制御指令値を求める。
First, from the
勾配関数には、例えば次式(1)に示すように、第1移動体1と複数の第2移動体2とに基づいて規定される閉領域に関して、第1移動体1と、複数の第2移動体2より第1移動体1に近い位置にある任意の点とのユークリッドノルムの2乗の集合和の関数が用いられる。
The gradient function includes, for example, as shown in the following equation (1), with respect to the closed region defined based on the first moving
勾配関数は、第1移動体1と複数の第2移動体2とに基づく閉領域上の点が、第1移動体1または複数の第2移動体2のいずれに近いかを判定可能な関数である。第1移動体1は、勾配関数の極値点である停留点に向かって移動することで、複数の第2移動体2のいずれとも衝突することなく被覆することが可能である。
The gradient function is a function capable of determining whether a point on a closed region based on the first
以下、第1移動体1と複数の第2移動体2とに基づく閉領域のうち、1つの制御グラフ8を構成する第1移動体1と2つの第2移動体2とに基づく領域を「部分閉領域」と記す。被覆制御演算部85は、例えば、制御グラフ8の三角形状の外心と第1移動体1とを頂点として有する多角形の領域を、部分閉領域として制御グラフ8ごとに決定する。
Hereinafter, among the closed regions based on the first
この例の場合、被覆制御演算部85は、制御グラフ8の節点から、第1移動体1と、第1移動体1と第2移動体21との間の中点と、第1移動体1と第2移動体22との間の中点と、三角形状の制御グラフ8の外心と、で囲われる部分閉領域を、制御グラフ8ごとに決定することになる。また、この例の場合、部分閉領域に含まれる点は、第1移動体1と2つの第2移動体2とを節点とする位数が3である三角形状の制御グラフ8において、第1移動体1を含む2つの辺と、当該2つの辺の2つの垂直二等分線とで囲われる領域に含まれる点と等価である。そして、被覆制御演算部85は、複数の制御グラフ8の部分閉領域に含まれる任意の点のユークリッドノルムの2乗の集合和を示す勾配関数から、当該勾配関数の停留点を求める。
In the case of this example, the covering
以上のように、被覆制御演算部85が、情報の繋がりを有して隣接する複数の第2移動体2を含む制御グラフ8の集合を要素とする関数の総和である勾配関数から、当該勾配関数の停留点を求める場合には、大域的に収束安定な被覆を実現することができる。
As described above, from the gradient function, which is the sum of the functions whose elements are the set of the
ここで、複数の部分閉領域からなる閉領域において任意の点のユークリッドノルムの2乗の集合和とする関数を勾配関数とするとき、勾配関数の停留点は、当該閉領域の重心と等価である。このため、被覆制御演算部85は、制御グラフ8ごとに得られる上記部分閉領域の重心gi kと、上記部分閉領域の面積Si kとを、次式(2)に適用することによって、閉領域全体の重心cent(Ci(x))、つまり勾配関数の停留点を求めることができる。Here, when the gradient function is a function that is the sum of the squares of the Euclidean norms of arbitrary points in a closed region consisting of a plurality of partially closed regions, the stop point of the gradient function is equivalent to the center of gravity of the closed region. be. Accordingly, coating
被覆制御演算部85は、閉領域全体の重心、つまり勾配関数の停留点に、次式(3)を適用することによって制御指令値を求める。なお、次式(3)のuiは、第1移動体1の制御を示す制御入力であり、第1移動体1を式(2)で表される重心の位置の方向に動かすための制御指令値に相当する。また、次式(3)のmassは、閉領域を剛体と仮定したときの質量に相当する。次式(3)で表される制御指令値により、第1移動体1は閉領域を均等に被覆する。The covering
第1移動体1の被覆境界は、勾配関数の閉領域の境界と等価であり、制御グラフ8が三角形状である場合には、第1移動体1の被覆領域はボロノイ領域と等価であり、第1移動体1の被覆境界は、ボロノイ領域の境界と等価である。
The covering boundary of the first moving
なお、勾配関数は、例えば、ユークリッドノルムに重みを乗じた関数であってもよい。具体的には、被覆制御演算部85は、制御グラフ8ごとに得られる上記部分閉領域の重心gi kと、上記部分閉領域の面積Si kと、上記部分閉領域に割り当てられた重みNiとを、次式(4)に適用することによって、勾配関数の停留点を求めてもよい。なお、このときの制御指令値は、上式(3)と同様に表される。The gradient function may be, for example, a function obtained by multiplying the Euclidean norm by a weight. Weights Specifically, the coating
以上、被覆制御演算部85が、第1移動体1と複数の第2移動体2とを含むが仮想移動体7を含まない制御グラフ8から、第1移動体1の制御を示す制御指令値を生成する場合について説明した。被覆制御演算部85が、第1移動体1と、複数の第2移動体2と、仮想移動体7とを含む制御グラフ8から、第1移動体1の制御を示す制御指令値を生成する場合には、仮想移動体7を、上記複数の第2移動体2のいずれか1つと同様に扱えばよい。制御グラフ8に仮想移動体7が含まれる場合、上述の閉領域の境界は、第1移動体1と仮想移動体7との垂直二等分線と一致する。
As described above, the control command value indicating the control of the first moving
<移動体制御部86>
移動体制御部86は、被覆制御演算部85で生成された制御指令値に基づいて第1移動体1の移動を制御する。移動体制御部86は、例えば、第1移動体1が自律的に移動するための装置に含まれる。移動体制御部86は、例えば、第1移動体1の駆動源に対するフィードバック制御系である。なお、移動体制御部86は、被覆制御演算部85の制御指令値を目標として第1移動体1の運動制御を行う制御系であれば、どのような種類のものであってもよい。<
The moving
<実施の形態1のまとめ>
実施の形態1に係る自律分散制御システムによれば、第1移動体1について第2移動体2が動的に変化しても、大域的な収束安定性を満たすことが保障される条件下で、被覆境界検出部82で生成された仮想移動体7と、第2移動体2とを等価として扱う。このため、第1移動体1は、被覆境界6の動的な変化を、第2移動体2と等価である仮想移動体7の状態量の変化として扱うことができるので、大域的な収束安定性を満たすことができる。すなわち、本実施の形態1に係る移動体の自律分散制御システムは、被覆領域5が動的に変化しても大域的な収束安定性を満たすことができる。<Summary of
According to the autonomous distributed control system according to the first embodiment, even if the second
また、本実施の形態1に係る移動体の自律分散制御システムは、図4に示すネットワーク4を構成する手段を簡素な仕組みで構築できる。したがって、比較的簡素な機器によって、上記効果が得られる自律分散制御システムを実現することができる。
Further, in the mobile autonomous distributed control system according to the first embodiment, the means for forming the
また、本実施の形態1に係る移動体の自律分散制御システムは、ネットワークから制御グラフを生成するグラフ演算部84を備えているため、非特許文献2に記載されているように、大域的な収束安定性を満たす制御指令値の必要十分条件を満たすことができる。
Further, since the mobile autonomous distributed control system according to the first embodiment includes a
なお、被覆制御演算部85の勾配関数は、制御グラフを基底とする関数の総和であれば、上式(2)で表される関数に限らない。被覆制御演算部85の勾配関数は、例えば、制御グラフに含まれる閉領域に関して、第1移動体1と、複数の第2移動体2より第1移動体1に近い位置にある任意の点とのユークリッドノルムの集合和であってもよい。また、被覆制御演算部85で用いる勾配関数が、ユークリッドノルムに重みを乗じた関数である場合には、移動体群の分布を任意に設計できるため、ある位置に局所的に移動体群を集中させるなど、均等分布以外に様々な状況に適合した分布で被覆を行うことができる。
The gradient function of the cover
次に、本実施の形態1に係る自律分散制御システムの社会的意義について述べる。移動体群による被覆は、例えば、空間をセンシングする用途に用いられる。様々なテロ事件に対する街中や屋内の人や物を監視する用途のため、センシングの需要、及び、被覆率の向上は高まっている。 Next, the social significance of the autonomous distributed control system according to the first embodiment will be described. Covering with a group of mobiles is used, for example, in space sensing applications. Demand for sensing and improvements in coverage are increasing due to the use of monitoring people and objects in the city and indoors against various terrorist attacks.
一方、ロボットの自律走行技術や自動車の自動運転技術の高まりにより、自律制御された移動体が世間に普及しつつある。従来、移動体は目的ごとに独立した自律制御を備えていたが、適用される領域が拡大するに伴い、協調作業またはそれに類する高度な作業の需要が増えている。 On the other hand, autonomously controlled mobile bodies are becoming widespread due to the rise in autonomous driving technology for robots and automatic driving technology for automobiles. Traditionally, mobiles have been equipped with independent autonomous controls for each purpose, but as the area of application expands, the demand for collaborative work or similar advanced work is increasing.
以上のことから、移動体群による被覆は、社会的な需要と技術的な需要とが一致する重要な技術である。しかしながら、従来の移動体群の被覆は、被覆領域を動的に変化させずに大域的な収束安定性を満たすか、収束安定性を満たさないけれども被覆領域の動的な変化に対して被覆の制御指令値の演算と独立した演算を行うことで補正用の指令を与える制御を局所的に行うか、のいずれかの方法が選択されていた。 From the above, the covering by the mobile group is an important technique in which the social demand and the technical demand match. However, the coating of a conventional mobile group satisfies the global convergence stability without dynamically changing the covering region, or the coating does not satisfy the convergence stability but is subject to a dynamic change in the covering region. Either the method of locally performing the control of giving the command for correction by performing the operation independent of the operation of the control command value was selected.
しかしながら、被覆領域が静的に扱われると、移動体群の被覆のロバスト性が損なわれた低性能のシステムとなる。一方、被覆の制御指令値の演算と独立した従来の演算では、大域的な収束安定性を満たさないと大きな不具合が生じる可能性がある。このため、従来の移動体群の被覆は、被覆領域の動的な変化に対するロバスト性と大域的な収束安定性とのいずれかしか満たさないため、広く実用化することが困難であった。これに対して本実施の形態1に係る自律分散制御システムは、被覆境界の動的な変化に対するロバスト性と大域的な収束安定性との両方を満たすことができるため、広く社会に貢献することができる。 However, when the covering area is treated statically, it becomes a low-performance system in which the robustness of the covering of the mobile group is impaired. On the other hand, in the conventional calculation independent of the calculation of the control command value of the coating, a big problem may occur if the global convergence stability is not satisfied. For this reason, it has been difficult to put the conventional mobile group covering into practical use widely because it satisfies only either robustness against dynamic change of the covering region and global convergence stability. On the other hand, the autonomous distributed control system according to the first embodiment can satisfy both robustness against dynamic changes in the covering boundary and global convergence stability, and thus contributes widely to society. Can be done.
<実施の形態2>
図5は、本発明の実施の形態2に係る自律分散制御システムの構成を模式的に示す図である。以下、本実施の形態2に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じまたは類似する参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。<
FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of an autonomous distributed control system according to a second embodiment of the present invention. Hereinafter, among the components according to the second embodiment, the components that are the same as or similar to the above-mentioned components are designated by the same or similar reference numerals, and different components will be mainly described.
本実施の形態2に係る自律分散制御システムの構成は、実施の形態1に係る自律分散制御システム(図1)の構成に、被覆境界制御部10が追加された構成と同様である。この被覆境界制御部10は、大域的な収束安定性を保ちながら、被覆境界6の幾何形状を仮想的に変更し、変更情報を第1移動体1に送信する。なお、図5では、被覆境界制御部10は、第1移動体1の外部に設けられているが、これに限定されるものではない。
The configuration of the autonomous distributed control system according to the second embodiment is the same as the configuration in which the covering
本実施の形態2に係る被覆境界検出部82は、被覆境界制御部10によって変更された被覆境界6に関して実施の形態1で説明した写像を行うことによって仮想移動体7を更新する。ここでいう更新とは、仮想移動体7を削除すること、及び、仮想移動体7を新たに生成すること、の少なくともいずれか1つを含む。ネットワーク演算部83、グラフ演算部84、被覆制御演算部85及び移動体制御部86は、新たに生成された仮想移動体7に関して実施の形態1で説明した動作を行う。
The covering
次に、本実施の形態2に係る自律分散制御システムの詳細について説明する。図6は、本実施の形態2に係る第1移動体1の機能構成を示すブロック図である。図6に示すように、図5の被覆境界制御部10は、第1移動体1の被覆境界検出部82へ被覆境界6の変更情報を送信する。
Next, the details of the autonomous distributed control system according to the second embodiment will be described. FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of the first
第1移動体1の機能構成について説明する前に、上記において簡単に説明した被覆境界制御部10について詳細に説明する。
Before explaining the functional configuration of the first moving
被覆境界制御部10は、例えば、移動体群の被覆領域5を管理する演算装置に備えられる。被覆境界制御部10は、例えば、被覆領域5を仮想的に変更するための演算部と、変更された被覆領域5の被覆境界6の近傍に位置する移動体を第1移動体1として、当該第1移動体1の被覆境界検出部82に被覆境界6の変更情報を送信する通信部とを有する。なお、被覆境界制御部10の演算部及び通信部の少なくとも一部が、第1移動体1の内部に設けられてもよい。
The covering
被覆境界制御部10の通信部は、例えば、交通標識などを撮像などによって被覆境界6として認識する標識認識装置を用いて、被覆境界6に対する変更操作に係る情報を検出し、当該情報に基づいて被覆境界6の変更情報を取得してもよい。また、被覆境界制御部10の通信部は、例えば、事前に規定された論理式を用いた内部処理の判定により、被覆境界6に対する変更操作に係る情報を検出し、当該情報に基づいて被覆境界6の変更情報を取得してもよい。
The communication unit of the covering
被覆境界制御部10の演算部は、例えば、一部の被覆境界6の法線方向に第1移動体1を平行移動させる操作を与えるために、被覆境界6の一部を法線方向に平行移動させた仮想的な被覆要素を、第1移動体1の被覆境界検出部82に与える。
The calculation unit of the covering
図7は、被覆境界制御部10により一部の被覆境界6の法線方向に第1移動体1を平行移動させる操作を与える原理を示す図である。被覆境界検出部82は、例えば、被覆境界制御部10よって与えられる仮想的な被覆要素、つまり被覆境界6の変更情報から、被覆境界6の一部である線分要素の仮想的な平行移動を求める。このような被覆境界検出部82の動作により、被覆境界制御部10は、実質的に、被覆境界6の幾何形状の一部である線分要素を被覆領域5の内側または外側に移動することによって、被覆境界6の幾何形状を変更可能となっている。
FIG. 7 is a diagram showing a principle of giving an operation of translating the first moving
以下、仮想的な移動前の被覆境界6の一部である線分要素を、仮想移動前の線分要素16aと記し、仮想的な移動後の被覆境界6の一部である線分要素を、仮想移動後の線分要素16bと記す。なお、図7には、仮想移動前の線分要素16aと第1移動体1の状態量とに基づいて生成された仮想移動体7aが図示されている。
Hereinafter, the line segment element that is a part of the covering
被覆境界制御部10は、被覆境界6の変更情報を取得すると、第1移動体1と仮想移動体7aとの内分点または外分点の位置に新たな仮想移動体7bを生成するように、第1移動体1の被覆境界検出部82へ指示を与える。
When the covering
被覆境界検出部82は被覆境界制御部10から指示を受けると、仮想移動体7aを取り除き、仮想移動後の線分要素16bと第1移動体1の状態量とに基づいて写像を行うことにより、新たな仮想移動体7bの状態量を生成する。この際、被覆境界検出部82は、第1移動体1と、仮想移動体7bの垂直二等分線が、仮想移動後の被覆境界6(線分要素16b)と一致するように、仮想移動体7bの位置(上記内分点または外分点の位置)を算出する。
Upon receiving an instruction from the covering
被覆境界制御部10は、被覆境界6を検出する全ての移動体に対して、以上の動作と同様の動作を実施する。第1移動体1は、第1移動体1の被覆境界検出部82への入力を第1移動体1の状態量としてバッファに保持してもよいし、第2移動体2へ送信してもよい。
The covering
以上により、被覆境界6を検出する全ての移動体は、被覆境界6を仮想移動後の被覆境界6と認識して被覆を行う。ここで、被覆境界6を検出しない移動体は、被覆境界制御部10の指令を受けない、または指令を受けてもその影響が及ばないため、大域的な収束安定性は満たされる。
As described above, all the moving bodies that detect the covering
以上、被覆境界制御部10が、実質的に、被覆境界6の幾何形状の一部である線分要素を被覆領域5の内側または外側に移動する構成について説明した。なお、被覆境界制御部10は、例えば、被覆境界6近傍で移動体が避ける必要がある障害が発生した場合にその障害を避けるように被覆領域5の被覆境界6を増やしたり減らしたりする操作を与えてもよい。以下、この場合について説明する。
The configuration in which the covering
被覆境界制御部10は、例えば、被覆境界6に追加すべき線分要素、または、被覆境界6から削除すべき線分要素の情報を被覆境界検出部82に送信する。つまり、被覆境界制御部10は、被覆境界6の幾何形状を区分してなる複数の線分要素を追加または削除することによって、被覆境界6の幾何形状を変更する。被覆境界検出部82は、被覆境界制御部10から送信された情報に基づいて、被覆境界制御部10によって変更された被覆境界6に関して写像を行うことによって仮想移動体7を更新する。これにより、第1移動体1は新たな被覆境界6を認識する。
The covering
図8は、被覆領域5の被覆境界6を増やす操作を与える原理を示す図である。第1移動体1aは、第1移動体1bからみれば第2移動体2に相当し、第1移動体1bは、第1移動体1aからみれば第2移動体2に相当する。第1移動体1aは被覆境界6に関して仮想移動体7cを生成し、第1移動体1bは被覆境界6に関して仮想移動体7dを生成している。
FIG. 8 is a diagram showing a principle of giving an operation of increasing the covering
被覆境界制御部10は、ある障害を回避するために、一部の被覆境界6を辺とし障害を囲む三角形を新たに構成する。図8の例では、この三角形として、二点鎖線と、線分要素として追加される被覆境界6a,6bとからなる三角形が示されている。なお、第1移動体1aは被覆境界6aに近接し、第1移動体1bは被覆境界6bに近接している。
In order to avoid a certain obstacle, the covering
被覆境界制御部10は、第1移動体1aの被覆境界検出部82に対して、第1移動体1aに近接する線分要素である被覆境界6aの情報を送信する。第1移動体1aの被覆境界検出部82は、被覆境界6aから仮想移動体7eを新たに生成する。第1移動体1aは、仮想移動体7cの基準となる二点鎖線を除く被覆境界6と、仮想移動体7eの基準となる被覆境界6aとで囲まれる領域の内部に留まるため、第1移動体1aは二点鎖線を除く被覆境界6と被覆境界6aとを境界とする新たな被覆領域5を被覆する。
The covering
同様に、被覆境界制御部10は、第1移動体1bの被覆境界検出部82に対して、第1移動体1bに近接する線分要素である被覆境界6bの情報を送信する。第1移動体1aの被覆境界検出部82は、被覆境界6aから仮想移動体7eを新たに生成する。第1移動体1bは、仮想移動体7dの基準となる二点鎖線を除く被覆境界6と、仮想移動体7eの基準となる被覆境界6bとで囲まれる領域の内部に留まるため、第1移動体1bは二点鎖線を除く被覆境界6と被覆境界6bとを境界とする新たな被覆領域5を被覆する。
Similarly, the covering
第1移動体1aは、第1移動体1bとの垂直二等分線と、被覆境界6と、被覆境界6aとにより囲まれるため、障害を囲む三角形の内側に侵入することはない。同様に、第1移動体1bは、第1移動体1aとの垂直二等分線と、被覆境界6と、被覆境界6bとにより囲まれるため、障害を囲む三角形の内側に侵入することはない。
Since the first moving
被覆境界制御部10の演算部は、例えば、被覆境界6を増やすために仮想移動体を仮定して、第1移動体1a及び被覆境界6の両方と近接する第1移動体1bと、第1移動体1aとについて垂直二等分線を導出してもよい。そして、被覆境界制御部10の演算部は、被覆境界6のうち当該2つ垂直二等分線で切取られる線分を被覆境界6a及び被覆境界6bとしてもよい。また、被覆境界制御部10による被覆境界6を増やす操作は上記に限らない。
The calculation unit of the covering
<実施の形態2のまとめ>
次に、本実施の形態2に係る自律分散制御システムの社会的意義について述べる。本実施の形態2に係る自律分散制御システムによれば、外部などから局所的に情報を与えることで、移動体群が共有する被覆領域を変更できる。従来、移動体群の被覆領域は静的な情報であり、自律分散制御システムは被覆領域を被覆の制御中に変更できなかった。<Summary of
Next, the social significance of the autonomous distributed control system according to the second embodiment will be described. According to the autonomous distributed control system according to the second embodiment, the covering region shared by the mobile group can be changed by locally giving information from the outside or the like. Traditionally, the cover area of a mobile group is static information, and the autonomous distributed control system cannot change the cover area during cover control.
被覆の制御中に被覆領域を変更する操作は、例えば、被覆領域の一部で問題が発生した場合に侵入禁止の指示を与える指令など、非定常な指令として行われることが想定される。このための操作として、非定常な指令を全体で共有する操作と、問題が発生した一部で非定常な指令を局所的に共有する操作と、のいずれかの操作が考えられる。 It is assumed that the operation of changing the covering area during the control of the covering is performed as a non-stationary command such as a command for giving an instruction to prohibit intrusion when a problem occurs in a part of the covering area. As an operation for this purpose, either an operation of sharing a non-stationary command as a whole or an operation of locally sharing a non-stationary command in a part where a problem has occurred can be considered.
非定常な指令を全体で共有する自律分散制御システムでは、新しい被覆領域を全体で共有し直す必要があるために、被覆に指令が反映されるまでに比較的長い時間を要する。また、当該自律分散制御システムでは、情報が共有されるまで全ての移動体の制御を停止する必要がある。さらに、情報が共有されたか否かを判定する機能が新たに要求される。これらが満たされるとき、当該自律分散制御システムでは、非定常な指令に対して大域的な収束安定性が満たされる。 In an autonomous distributed control system that shares non-stationary commands as a whole, it takes a relatively long time for the commands to be reflected in the covering because the new covering area needs to be shared as a whole. Further, in the autonomous distributed control system, it is necessary to stop the control of all mobile objects until the information is shared. Further, a new function of determining whether or not the information is shared is required. When these are satisfied, the autonomous distributed control system is satisfied with global convergence stability for unsteady commands.
一方、非定常な指令を局所的に共有する自律分散制御システムでは、被覆領域の変化を必要とする被覆境界の近傍の移動体のみ被覆領域を修正するため、全体で被覆領域を共有する場合に比べて短い時間で、被覆に指令を反映させることができる。また、当該自律分散制御システムでは、局所的に移動体の制御を停止すればよいため、全体として被覆を実行し続けることができる。しかしながら、移動体群は、被覆領域が異なる2つ以上の群に分かれ、その界面で不連続性が発生するため、当該自律分散制御システムでは、非定常な指令に対して大域的な収束安定性が満たされない。 On the other hand, in an autonomous distributed control system that locally shares non-stationary commands, the covering area is corrected only for moving objects in the vicinity of the covering boundary that require a change in the covering area. The command can be reflected on the coating in a shorter time than that. Further, in the autonomous distributed control system, the control of the moving body may be stopped locally, so that the covering can be continued as a whole. However, since the moving body group is divided into two or more groups having different covering regions and discontinuity occurs at the interface, the autonomous distributed control system has global convergence stability with respect to unsteady commands. Is not satisfied.
従来の自律分散制御システムは、上記のように互いにトレードオフの関係にある2つの自律分散制御システムのいずれかであった。このため、従来の自律分散制御システムでは、適用する問題に応じて、被覆に指令が反映されるまでの時間と、大域的な収束安定性と、のいずれかを犠牲にする必要があった。 The conventional autonomous distributed control system is one of the two autonomous distributed control systems that are in a trade-off relationship with each other as described above. For this reason, in conventional autonomous distributed control systems, it is necessary to sacrifice either the time until the command is reflected in the cover or the global convergence stability, depending on the problem to be applied.
これに対して本実施の形態2に係る自律分散制御システムでは、非定常な指令を局所的に共有するため、被覆に指令が反映されるまでの時間を短くすることができ、かつ、仮想移動体の生成により大域的な収束安定性が損なわれることを抑制することができる。 On the other hand, in the autonomous distributed control system according to the second embodiment, since the non-stationary command is locally shared, the time until the command is reflected on the covering can be shortened, and the virtual movement can be performed. It is possible to prevent the global convergence stability from being impaired by the formation of the body.
このような本実施の形態2に係る自律分散制御システムは、被覆境界制御部10により被覆領域を動的に扱うことができるため、例えば、森林火災の監視などの、観測領域が時々刻々と変化する現象の監視に適用できる。
In such an autonomous distributed control system according to the second embodiment, the covering area can be dynamically handled by the covering
また、本実施の形態2に係る自律分散制御システムは、例えば、走行車線中に生じる障害物を検知した自動運転車両が、周囲の自動運転車両に障害物の情報を送信することにより、障害物によって変更された被覆領域を共有するシステムに適用することができる。この場合、自動運転車両の隊列走行においてロバスト性が損なわれない安全な制御を実現することができる。このように本実施の形態2によれば、被覆領域を時変とすることでロバスト性が損なわれない自律分散制御システムを実現することができ、様々な移動体群の自律分散制御において安全性や信頼性を高めることができる。 Further, in the autonomous distributed control system according to the second embodiment, for example, an autonomous driving vehicle that detects an obstacle generated in a traveling lane transmits obstacle information to surrounding autonomous vehicles, thereby causing an obstacle. It can be applied to systems that share the coverage area modified by. In this case, it is possible to realize safe control in which the robustness is not impaired in the platooning of the autonomous driving vehicle. As described above, according to the second embodiment, it is possible to realize an autonomous distributed control system in which robustness is not impaired by changing the covering region with time, and it is safe in autonomous distributed control of various mobile groups. And reliability can be improved.
<実施の形態3>
図9及び図10は、本発明の実施の形態3に係る自律分散制御システムの動作を模式的に示す図である。なお、本実施の形態3に係る第1移動体1の機能構成を示すブロック図は、実施の形態2に係る第1移動体1の機能構成を示すブロック図(図6)と同様である。以下、本実施の形態3に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じまたは類似する参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。<
9 and 10 are diagrams schematically showing the operation of the autonomous distributed control system according to the third embodiment of the present invention. The block diagram showing the functional configuration of the first
本実施の形態3では、被覆境界制御部10は、隣り合う複数の被覆領域を1つの被覆領域に合流することによって、被覆境界6の幾何形状を変更する。つまり、本実施の形態3における自律分散制御システムでは、被覆領域の合流に対応する移動体群の結合を行う操作が可能となっている。
In the third embodiment, the covering
または、本実施の形態3では、被覆境界制御部10は、1つの被覆領域を隣り合う複数の被覆領域に分岐することによって、被覆境界6の幾何形状を変更する。つまり、本実施の形態3における自律分散制御システムでは、被覆領域の分岐に対応する移動体群の分割を行う操作が可能となっている。
Alternatively, in the third embodiment, the covering
図9は、被覆領域5cで囲われる第1移動体群と、被覆領域5dで囲われる第2移動体群とを示す。被覆領域5cで囲われる第1移動体群は、ネットワーク4cで結合された第1移動体1c及び複数の第2移動体2cを含み、実施の形態2に係る自律分散制御システムと同様のシステムを構成している。被覆領域5dで囲われる第2移動体群は、ネットワーク4dで結合された第1移動体1d及び複数の第2移動体2dを含み、実施の形態2に係る自律分散制御システムと同様のシステムを構成している。被覆境界制御部10は、第1移動体群と第2移動体群とに共通に用いられる。
FIG. 9 shows a first mobile group surrounded by the
図10は、被覆領域5eで囲われる第3移動体群を示す。被覆領域5eで囲われる第3移動体群は、図9と同様の第1移動体群及び第2移動体群を含み、それらのいくつかがネットワーク4eで結合されることによって、実施の形態2に係る自律分散制御システムと同様のシステムを構成している。
FIG. 10 shows a group of third mobiles surrounded by a
ここで、第1移動体1c,1dの情報取得部81(図6)は、新たな移動体が、当該移動体を含まないネットワーク近傍に現れた場合に、当該移動体から状態量を含む情報を受け取ることによって、当該移動体を当該ネットワークに含めることが可能となっている。その一例として、図9において、第1移動体群に含まれる第1移動体1cと、第2移動体群に含まれる第1移動体1dとが、各々の情報取得部81を介してネットワークを形成できる場合を想定する。この場合に、被覆境界制御部10は、第1移動体1c,1dのそれぞれの被覆境界検出部82(図6)とネットワーク演算部83(図6)とを操作して、図9の第1移動体群と第2移動体群とを、図10の1つの巨大な第3移動体群に結合してもよい。以下、移動体群の結合の例について説明する。
Here, the information acquisition unit 81 (FIG. 6) of the first moving
被覆境界制御部10は、第1移動体1cのネットワーク演算部83または第1移動体1dのネットワーク演算部83が、各第1移動体1c,1dの状態量に基づいて、第1移動体1cと第1移動体1dとが情報の繋がりを有して隣接できるかを判定する。被覆境界制御部10は、隣接できると判定した場合に、第1移動体1cの被覆境界検出部82に対して、第2移動体群側に生成されていた仮想移動体7f(図9)を削除する指令を与える。また、被覆境界制御部10は、第1移動体1dの被覆境界検出部82に対して、第1移動体群側に生成されていた仮想移動体7g(図9)を削除する指令を与える。そして、被覆境界制御部10は、第1移動体1cのネットワーク演算部83と第1移動体1dのネットワーク演算部83に対して、第1移動体1cと第1移動体1dとを結合するネットワーク4e(図10)を形成するように指令を与える。
In the covering
以上の手順によって、被覆境界制御部10は、第1移動体群と第2移動体群とを、第3移動体群に結合する。なお、第1移動体群と第2移動体群とを結合するか否かの判定は、被覆境界制御部10の代わりに、第1移動体1cまたは第1移動体1dが行ってもよい。第1移動体群と第2移動体群とが結合してできる第3移動体群は、被覆領域5cと被覆領域5dとの和集合である被覆領域5eを被覆する。
By the above procedure, the covering
以上、移動体群の結合の例について説明した。次に、第1移動体群を全て含む閉領域と、第2移動体群を全て含む閉領域とが互いに交差していない場合を想定する。この場合に、被覆境界制御部10は、第1移動体1c,1dのそれぞれの被覆境界検出部82とネットワーク演算部83とを操作して、図10の1つの第3移動体群を、図9の第1移動体群と第2移動体群とに分割してもよい。以下、移動体群の分割の例について説明する。
The example of the binding of the mobile group has been described above. Next, it is assumed that the closed region including all the first mobile group and the closed region including all the second mobile group do not intersect with each other. In this case, the covering
被覆境界制御部10は、第1移動体群を全て含む閉領域と、第2移動体群を全て含む閉領域とが互いに交差していないかを判定する。被覆境界制御部10は、交差していないと判定した場合に、第1移動体1cと第1移動体1dとを結合しているネットワーク4e(図10)を削除する指令を、第1移動体1cのネットワーク演算部83に与え、新たな被覆境界6c(図9)を追加し、当該被覆境界6cを用いて新たな仮想移動体7fを生成する指令を、第1移動体1cの被覆境界検出部82に与える。また、被覆境界制御部10は、第1移動体1cと第1移動体1dとを結合しているネットワーク4e(図10)を削除する指令を、第1移動体1dのネットワーク演算部83に与え、新たな被覆境界6d(図9)を追加し、当該被覆境界6dを用いて新たな仮想移動体7gを生成する指令を、第1移動体1dの被覆境界検出部82に与える。
The covering
以上の手順によって、被覆境界制御部10は、第3移動体群を、第1移動体群と第2移動体群とに分割する。なお、第1移動体群の第1移動体1cが、被覆境界6cを状態量として第2移動体2cの情報取得部81に送信し、第1移動体群の第2移動体2cの被覆境界検出部82が、情報取得部81で得られた被覆境界6cの状態量から仮想移動体7fを生成してもよい。このことは、第2移動体群についても同様である。
According to the above procedure, the covering
<実施の形態3のまとめ>
次に、本実施の形態3に係る自律分散制御システムの社会的意義について述べる。<Summary of
Next, the social significance of the autonomous distributed control system according to the third embodiment will be described.
従来の自律分散制御システムでは、移動体群を結合する場合にも移動体群を分割する場合にも、自律分散制御を停止する必要があった。これに対して、本実施の形態3に係る自律分散制御システムでは、異なる移動体群の被覆領域が重なる領域を対象として、被覆領域の結合または分離に係る操作を行うことができる。この際、本実施の形態3に係る自律分散制御システムでは、被覆領域の変更を制御対象の移動体全体に伝達する必要がないため、移動体群や被覆領域の規模によらず、自律分散制御を継続しながら大域的な収束安定性を満たすことができる。 In the conventional autonomous distributed control system, it is necessary to stop the autonomous distributed control both when the mobile group is combined and when the mobile group is divided. On the other hand, in the autonomous distributed control system according to the third embodiment, it is possible to perform an operation related to combining or separating the covering regions of the regions where the covering regions of different mobile groups overlap. At this time, in the autonomous distributed control system according to the third embodiment, since it is not necessary to transmit the change of the covering area to the entire moving body to be controlled, the autonomous distributed control is performed regardless of the scale of the moving body group or the covering area. It is possible to satisfy the global convergence stability while continuing.
なお、非特許文献1によれば、合流または分岐が行われた空間を被覆する場合、被覆領域が凹部などの入り組んだ形状を伴うため、大域的な収束安定性を満たさない場合がある。その解決策として、合流の場合は2つの移動体群を1つに結合する方法があり、分岐の場合は1つの移動体群を2つに分ける方法がある。
According to
しかしながら、従来の自律分散制御システムでは、移動体群の結合または分離の制御中に被覆領域を更新できないため、実運用が困難であった。このため、非特許文献1に記載の被覆を自律分散制御システムで行うことは現実的ではなく、入り組んだ形状に対して移動体を展開することが困難であった。これに対して、本実施の形態3に係る自律分散制御システムでは、移動体群の結合または分離を実現するため、入り組んだ形状に移動体を展開することができる。例えば、地震や津波などによる建物の破損で生じる入り組んだ環境において多数のドローンを展開して迅速な救助を行うなどの用途が期待できる。
However, in the conventional autonomous distributed control system, the covering region cannot be updated during the control of the binding or separation of the mobile group, so that the actual operation is difficult. For this reason, it is not realistic to perform the coating described in
<実施の形態4>
図11は、本発明の実施の形態4に係る自律分散制御システムにおける第1移動体1の機能構成を示すブロック図である。以下、本実施の形態4に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じまたは類似する参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。<
FIG. 11 is a block diagram showing a functional configuration of the first
本実施の形態4に係る被覆制御演算部85は、大域的な収束安定性を満たす限りにおいて、移動体群の一部について実施の形態1に記載の被覆制御演算部85の方式と異なる方式で演算するように構成されている。
The cover
本実施の形態4に係るグラフ演算部84は、ネットワーク演算部83で求められたネットワークに基づいて、任意の2つの移動体が情報の繋がりを有する複数の移動体を複数の節点として有する複数の完全グラフを求める。そして、グラフ演算部84は、複数の完全グラフから、被覆制御演算部85が実施の形態1と異なる方式で制御指令値を求めるために必要な最小構成のグラフを求める。
The
グラフ演算部84は、例えば、4つ以上の節点として有する複数の完全グラフを求め、複数の完全グラフから制御グラフを選別してもよい。また、ドロネー三角形以外の完全グラフを制御グラフとしてもよい。
The
被覆制御演算部85は、例えば、最小構成のグラフである制御グラフに含まれる完全グラフを引数とする任意の関数の総和を勾配関数として、当該勾配関数から制御指令値を生成してもよい。
For example, the covering
また、被覆制御演算部85は、例えば、最小構成のグラフである制御グラフの節点に仮想移動体7が含まれる場合に、被覆境界検出部82が検出した被覆境界6の一部に基づく演算により得られた結果を勾配関数の停留値ひいては制御指令値と置換えてもよい。なお、完全グラフの1つを要素とする勾配関数またはその停留値を、別の完全グラフで置換える操作を行うことにより、大域的な収束安全性が確保されることは非特許文献2の記載から明らかである。
Further, the cover
また、被覆制御演算部85は、例えば、最小構成のグラフである制御グラフの節点に仮想移動体7が含まれる場合に、当該制御グラフに基づいてボロノイ分割を施してボロノイ領域を求め、当該ボロノイ領域の重心及び面積に基づいて制御指令値を求めてもよい。
Further, for example, when the virtual moving
被覆制御演算部85は、例えば、予め備わる勾配関数に完全グラフを要素とする新たな勾配関数を足し合わせてもよい。
The cover
<実施の形態4のまとめ>
以上のように構成された本実施の形態4によれば、曲線や細かな不連続な線から構成された被覆境界6を線形要素に近似すると仮想移動体7の数が多くなり、処理のための計算の負荷が重くなる場合に、実施の形態1に記載の方式と異なる方式を行う。このような構成によれば計算負荷を軽くすることができる。<Summary of
According to the fourth embodiment configured as described above, if the covering
次に、本実施の形態4に係る自律分散制御システムの社会的意義について述べる。複数の移動体が局所的な情報に基づいて自律的な意思決定を行う自律分散制御システムの、目的を達成する用途や適用範囲は、被覆に限られず、合意の場合もある。 Next, the social significance of the autonomous distributed control system according to the fourth embodiment will be described. The uses and scope of application of an autonomous distributed control system in which a plurality of mobile bodies make autonomous decisions based on local information are not limited to covering, and may be agreed.
例えば、自律制御を備える移動体である自動運転車両の社会普及によって、高速道路の隊列走行などを用いた効率的で高速な物資搬送の実現化が期待されている。隊列走行は、多数の移動体が互いにネットワークを形成して構成する自律分散制御システムで実現される。隊列走行を行う自律分散制御システムは、事前に車間を定義できる場合には、特定の形状に対してフォーメーションを形成する合意を行い、事前に隊列の大きさを定義できる場合には、複数の移動体が衝突しないように被覆領域を維持する被覆を行う。すなわち、隊列走行を行う自律分散制御システムは、与えられた状況によって、合意問題と被覆問題の両方を扱う。 For example, with the widespread use of autonomous vehicles, which are mobile bodies equipped with autonomous control, it is expected that efficient and high-speed transportation of goods using platooning on highways will be realized. The platooning is realized by an autonomous distributed control system in which a large number of moving bodies form a network with each other. An autonomous distributed control system that performs platooning agrees to form a formation for a specific shape if the distance between vehicles can be defined in advance, and multiple movements if the size of the platoon can be defined in advance. A coating is applied to maintain the coverage area so that the body does not collide. That is, an autonomous distributed control system that performs platooning handles both consensus and cover problems, depending on the given situation.
しかしながら、従来の自律分散制御システムでは、合意問題の扱い方と被覆問題の扱い方とが数理的に異なっている。そのため、従来の自律分散制御システムでは、合意問題及び被覆問題の両方を扱うことができなかった。 However, in the conventional autonomous distributed control system, the handling of the consensus problem and the handling of the cover problem are mathematically different. Therefore, the conventional autonomous distributed control system cannot handle both the consensus problem and the cover problem.
これに対して、本実施の形態4に係る自律分散制御システムでは、完全グラフにより勾配関数を任意に設計することができる。非特許文献2に、完全グラフを基底とする勾配関数により合意問題が扱えることが記載されていることに鑑みれば、本実施の形態4に係る自律分散制御システムは、合意問題及び被覆問題の両方を扱うことができる。なお、以上では、合意問題と被覆問題の両方を扱う自律分散制御システムの例として、隊列走行を行うシステムを説明したが、これに限らない。
On the other hand, in the autonomous distributed control system according to the fourth embodiment, the gradient function can be arbitrarily designed by a complete graph. Considering that
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 In the present invention, each embodiment can be freely combined, and each embodiment can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.
本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。 Although the present invention has been described in detail, the above description is exemplary in all embodiments and the present invention is not limited thereto. It is understood that innumerable variations not illustrated can be assumed without departing from the scope of the present invention.
1 第1移動体、2 第2移動体、4 ネットワーク、5 被覆領域、6 被覆境界、7 仮想移動体、8 制御グラフ、10 被覆境界制御部、81 情報取得部、82 被覆境界検出部、83 ネットワーク演算部、84 グラフ演算部、85 被覆制御演算部、86 移動体制御部。 1 1st mobile, 2 2nd mobile, 4 network, 5 covering area, 6 covering boundary, 7 virtual moving body, 8 control graph, 10 covering boundary control unit, 81 information acquisition unit, 82 coating boundary detection unit, 83 Network calculation unit, 84 graph calculation unit, 85 cover control calculation unit, 86 mobile control unit.
本発明に係る自律分散制御システムは、情報を繋ぐネットワークで結合された第1移動体及び複数の第2移動体が、予め定められた被覆領域を、自律的かつ分散的な制御によって被覆する自律分散制御システムであって、前記第1移動体は、前記被覆領域を閉包する被覆境界に関して、前記被覆境界の幾何形状と前記第1移動体の状態量とに基づいて仮想移動体を生成する写像を行う被覆境界取得部と、前記複数の第2移動体の状態量を取得する情報取得部と、前記仮想移動体を前記第1移動体と結合された第2移動体とみなして、前記第1移動体と、前記複数の第2移動体と、前記仮想移動体とを結合するネットワークを求めるネットワーク演算部と、前記ネットワークに基づいて位数により分類された完全グラフの集合を求め、前記完全グラフの集合に基づいて前記第1移動体の制御を示す指令値を生成するための制御グラフを選別するグラフ演算部と、前記制御グラフに基づいて、前記指令値を生成する被覆制御演算部と、前記被覆制御演算部で生成された前記指令値に基づいて前記第1移動体の移動を制御する移動体制御部とを備える。
In the autonomous distributed control system according to the present invention, a first moving body and a plurality of second moving bodies connected by a network connecting information cover a predetermined covering region by autonomous and decentralized control. In a distributed control system, the first moving body is a mapping that generates a virtual moving body based on the geometric shape of the covering boundary and the state quantity of the first moving body with respect to the covering boundary that closes the covering region. The covering boundary acquisition unit, the information acquisition unit that acquires the state quantities of the plurality of second moving bodies, and the virtual moving body are regarded as the second moving body combined with the first moving body, and the first A network calculation unit for obtaining a network connecting one moving body, the plurality of second moving bodies, and the virtual moving body, and a set of complete graphs classified by rank based on the network are obtained, and the complete graph is obtained. A graph calculation unit that selects a control graph for generating a command value indicating control of the first moving body based on a set of graphs, and a covering control calculation unit that generates the command value based on the control graph. A moving body control unit that controls the movement of the first moving body based on the command value generated by the covering control calculation unit is provided.
Claims (11)
前記第1移動体は、
前記被覆領域を閉包する被覆境界に関して前記第1移動体と反対側に仮想移動体を生成する写像を行う被覆境界取得部と、
前記第1移動体と、前記第1移動体と前記ネットワークによって結合された前記複数の第2移動体と、前記被覆境界取得部で生成された前記仮想移動体とが、前記ネットワークによって結合されていると仮定して、前記第1移動体の制御を示す指令値を生成する被覆制御演算部と、
前記被覆制御演算部で生成された前記指令値に基づいて前記第1移動体の移動を制御する移動体制御部と
を備える、自律分散制御システム。An autonomous distributed control system in which a first mobile body and a plurality of second mobile bodies connected by a network connecting information cover a predetermined covering region by autonomous and decentralized control.
The first moving body is
A covering boundary acquisition unit that performs a mapping to generate a virtual moving body on the opposite side of the first moving body with respect to the covering boundary that closes the covering region.
The first mobile body, the plurality of second mobile bodies connected to the first mobile body by the network, and the virtual mobile body generated by the covering boundary acquisition unit are connected by the network. A cover control calculation unit that generates a command value indicating control of the first mobile body, assuming that the first moving body is controlled.
An autonomous distributed control system including a moving body control unit that controls the movement of the first moving body based on the command value generated by the covering control calculation unit.
前記被覆境界取得部は、
前記被覆境界の幾何形状と、前記第1移動体で取得された前記第1移動体の状態量とに基づいて前記写像を行うことにより、前記仮想移動体の状態量を生成し、
前記第1移動体は、
前記複数の第2移動体の状態量を取得する情報取得部と、
前記第1移動体の状態量と、前記複数の第2移動体の状態量と、前記仮想移動体の状態量とに基づいて、前記第1移動体と、前記複数の第2移動体と、前記仮想移動体とを結合する前記ネットワークを求めるネットワーク演算部と、
前記ネットワーク演算部で求められた前記ネットワークから、前記指令値を生成するための制御グラフを生成するグラフ演算部と
をさらに備え、
前記被覆制御演算部は、
前記グラフ演算部で生成された前記制御グラフに基づいて前記指令値を生成する、自律分散制御システム。The autonomous distributed control system according to claim 1.
The covering boundary acquisition portion is
By performing the mapping based on the geometric shape of the covering boundary and the state quantity of the first moving body acquired by the first moving body, the state quantity of the virtual moving body is generated.
The first moving body is
An information acquisition unit that acquires the state quantities of the plurality of second mobile bodies, and
Based on the state amount of the first moving body, the state amount of the plurality of second moving bodies, and the state amount of the virtual moving body, the first moving body, the plurality of second moving bodies, and the like. A network calculation unit that obtains the network that connects the virtual mobile body, and
Further provided with a graph calculation unit for generating a control graph for generating the command value from the network obtained by the network calculation unit.
The covering control calculation unit
An autonomous distributed control system that generates the command value based on the control graph generated by the graph calculation unit.
前記複数の第2移動体の状態量は、前記被覆領域を基準とする前記複数の第2移動体の位置及び速度、並びに、前記複数の第2移動体を結合している前記ネットワークの情報を含み、
前記第1移動体の前記情報取得部は、
前記第1移動体に対する前記第2移動体の相対位置及び相対速度を検出し、当該相対位置及び当該相対速度に基づいて、前記第2移動体の状態量に含まれる前記第2移動体の前記位置及び前記速度を推定すること、及び、
前記第2移動体から前記ネットワークを介して前記第2移動体の状態量に含まれる前記第2移動体の前記位置及び前記速度を受信すること、の少なくともいずれか一方を行う、自律分散制御システム。The autonomous distributed control system according to claim 2.
The state quantity of the plurality of second mobile bodies includes information on the positions and velocities of the plurality of second mobile bodies with respect to the covering region, and the information of the network connecting the plurality of second mobile bodies. Including
The information acquisition unit of the first mobile body
The relative position and relative speed of the second moving body with respect to the first moving body are detected, and the second moving body included in the state quantity of the second moving body based on the relative position and the relative speed. Estimating the position and the velocity, and
An autonomous distributed control system that receives at least one of the position and the speed of the second mobile body included in the state quantity of the second mobile body from the second mobile body via the network. ..
前記被覆境界取得部は、
前記被覆境界の幾何形状を区分してなる複数の線分要素を対称軸として、前記第1移動体と線対称となる前記仮想移動体を前記写像によって生成し、
前記グラフ演算部は、
前記ネットワーク演算部で求められた前記ネットワークに基づいて、前記第1移動体、前記複数の第2移動体、及び、前記仮想移動体から、前記第1移動体を含み、任意の2つの移動体が情報の繋がりを有する3つの移動体を3つの節点として有する複数の三角形状の完全グラフを求め、前記複数の三角形状の完全グラフから前記制御グラフを選別するドロネー三角形分割を行い、
前記被覆制御演算部は、
前記制御グラフの三角形状の外心と前記第1移動体とを頂点として有する多角形の領域の重心の位置に基づいて、前記指令値を求める、自律分散制御システム。The autonomous distributed control system according to claim 2 or 3.
The covering boundary acquisition portion is
A plurality of line segment elements that divide the geometric shape of the covering boundary are used as axes of symmetry, and the virtual moving body that is line-symmetric with the first moving body is generated by the mapping.
The graph calculation unit
Based on the network obtained by the network calculation unit, any two mobile bodies including the first mobile body from the first mobile body, the plurality of second mobile bodies, and the virtual mobile body. Obtains a plurality of triangular complete graphs having three moving bodies having information connections as three nodes, and performs Delaunay triangulation to select the control graph from the plurality of triangular complete graphs.
The covering control calculation unit
An autonomous distributed control system that obtains the command value based on the position of the center of gravity of a polygonal region having a triangular outer center and the first moving body as vertices in the control graph.
前記被覆境界の幾何形状を変更する被覆境界制御部を備え、
前記被覆境界取得部は、
前記被覆境界制御部によって変更された前記被覆境界に関して前記写像を行うことによって前記仮想移動体を更新する、自律分散制御システム。The autonomous distributed control system according to any one of claims 1 to 4.
A covering boundary control unit for changing the geometric shape of the covering boundary is provided.
The covering boundary acquisition portion is
An autonomous distributed control system that updates the virtual moving body by performing the mapping on the covering boundary changed by the covering boundary control unit.
前記被覆境界制御部は、
前記被覆境界の幾何形状の一部を前記被覆領域の内側または外側に移動することによって、前記被覆境界の幾何形状を変更する、自律分散制御システム。The autonomous distributed control system according to claim 5.
The covering boundary control unit is
An autonomous distributed control system that modifies the geometry of a coating boundary by moving a portion of the geometry of the coating boundary to the inside or outside of the coating region.
前記被覆境界制御部は、
前記被覆境界の幾何形状を区分してなる複数の線分要素を追加または削除することによって、前記被覆境界の幾何形状を変更する、自律分散制御システム。The autonomous distributed control system according to claim 5 or 6.
The covering boundary control unit is
An autonomous distributed control system that changes the geometry of a covering boundary by adding or removing a plurality of line segment elements that divide the geometry of the covering boundary.
前記被覆境界制御部は、
隣り合う複数の前記被覆領域を1つの前記被覆領域に合流することによって、前記被覆境界の幾何形状を変更する、自律分散制御システム。The autonomous distributed control system according to any one of claims 5 to 7.
The covering boundary control unit is
An autonomous distributed control system that changes the geometry of a coating boundary by merging a plurality of adjacent coating regions into one coating region.
前記被覆境界制御部は、
1つの前記被覆領域を隣り合う複数の前記被覆領域に分岐することによって、前記被覆境界の幾何形状を変更する、自律分散制御システム。The autonomous distributed control system according to any one of claims 5 to 8.
The covering boundary control unit is
An autonomous distributed control system that changes the geometric shape of the covering boundary by branching one covering region into a plurality of adjacent covering regions.
前記グラフ演算部は、
前記ネットワーク演算部で求められた前記ネットワークに基づいて、前記第1移動体、前記複数の第2移動体、及び、前記仮想移動体から、前記第1移動体を含み、任意の2つの移動体が情報の繋がりを有する3つの移動体を3つの節点として有する複数の三角形状の完全グラフを求め、前記複数の三角形状の完全グラフから前記制御グラフを選別するドロネー三角形分割を行い、
前記被覆制御演算部は
前記制御グラフの節点に前記仮想移動体が含まれる場合に、当該制御グラフに基づいてボロノイ領域を求め、当該ボロノイ領域の重心及び面積に基づいて、前記指令値を求める、自律分散制御システム。The autonomous distributed control system according to claim 2 or 3.
The graph calculation unit
Based on the network obtained by the network calculation unit, any two mobile bodies including the first mobile body from the first mobile body, the plurality of second mobile bodies, and the virtual mobile body. Obtains a plurality of triangular complete graphs having three moving bodies having information connections as three nodes, and performs Delaunay triangulation to select the control graph from the plurality of triangular complete graphs.
When the virtual moving body is included in the node of the control graph, the covering control calculation unit obtains a Voronoi region based on the control graph, and obtains the command value based on the center of gravity and the area of the Voronoi region. Autonomous distributed control system.
前記被覆制御演算部は、異なる方式で前記指令値を求め、
前記グラフ演算部は、
前記ネットワーク演算部で求められた前記ネットワークに基づいて、任意の2つの移動体が情報の繋がりを有する複数の移動体を複数の節点として有する複数の完全グラフを求め、前記複数の完全グラフから、前記被覆制御演算部が異なる方式で前記指令値を求めるために必要な最小構成のグラフを求める、自律分散制御システム。The autonomous distributed control system according to claim 2 or 3.
The covering control calculation unit obtains the command value by a different method, and obtains the command value.
The graph calculation unit
Based on the network obtained by the network calculation unit, a plurality of complete graphs in which any two mobile bodies have a plurality of mobile bodies having information connections as a plurality of nodes are obtained, and from the plurality of complete graphs, a plurality of complete graphs are obtained. An autonomous distributed control system in which the covering control calculation unit obtains a graph having the minimum configuration required to obtain the command value by a different method.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2019/039594 WO2021070239A1 (en) | 2019-10-08 | 2019-10-08 | Autonomous distributed control system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6742561B1 JP6742561B1 (en) | 2020-08-19 |
JPWO2021070239A1 true JPWO2021070239A1 (en) | 2021-10-21 |
Family
ID=72047821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020515788A Active JP6742561B1 (en) | 2019-10-08 | 2019-10-08 | Autonomous decentralized control system |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6742561B1 (en) |
WO (1) | WO2021070239A1 (en) |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3818722B2 (en) * | 1997-03-21 | 2006-09-06 | 富士通テン株式会社 | Vehicle group formation control device |
JP4251545B2 (en) * | 2003-07-11 | 2009-04-08 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Route planning system for mobile robot |
JP3928016B2 (en) * | 2004-03-31 | 2007-06-13 | 独立行政法人科学技術振興機構 | Triangular mesh generation method and program using maximum angle method |
KR100670565B1 (en) * | 2004-04-01 | 2007-01-18 | 재단법인서울대학교산학협력재단 | Method for Avoiding Collision of Multiple Robots by Using Extended Collision Map, and Storage Medium Readable by Computer Recording the Method |
JP6700198B2 (en) * | 2014-05-05 | 2020-05-27 | ジョージア テック リサーチ コーポレイション | Multi-robot system and control method thereof |
JP6065130B1 (en) * | 2016-02-08 | 2017-01-25 | エレメンタルデザイン&コンサルティング株式会社 | Group control method for moving objects |
JP7069632B2 (en) * | 2017-10-16 | 2022-05-18 | 株式会社豊田中央研究所 | Control devices, moving objects, and distributed control programs for moving objects |
-
2019
- 2019-10-08 WO PCT/JP2019/039594 patent/WO2021070239A1/en active Application Filing
- 2019-10-08 JP JP2020515788A patent/JP6742561B1/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2021070239A1 (en) | 2021-04-15 |
JP6742561B1 (en) | 2020-08-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA3093522C (en) | Swarm path planner system for vehicles | |
Shule et al. | Uwb-based localization for multi-uav systems and collaborative heterogeneous multi-robot systems | |
US10665115B2 (en) | Controlling unmanned aerial vehicles to avoid obstacle collision | |
US10705528B2 (en) | Autonomous visual navigation | |
Droeschel et al. | Multilayered mapping and navigation for autonomous micro aerial vehicles | |
Li et al. | An algorithm for safe navigation of mobile robots by a sensor network in dynamic cluttered industrial environments | |
Nieuwenhuisen et al. | Autonomous navigation for micro aerial vehicles in complex GNSS-denied environments | |
Karimi et al. | LoLa-SLAM: low-latency LiDAR SLAM using continuous scan slicing | |
CA3094649A1 (en) | Attract-repel path planner system for collision avoidance | |
Marzat et al. | Reactive MPC for autonomous MAV navigation in indoor cluttered environments: Flight experiments | |
Adaldo et al. | Cooperative coverage for surveillance of 3D structures | |
Shit | Precise localization for achieving next-generation autonomous navigation: State-of-the-art, taxonomy and future prospects | |
CN110470308A (en) | A kind of obstacle avoidance system and method | |
Song et al. | Cooperative vehicle localisation method based on the fusion of GPS, inter‐vehicle distance, and bearing angle measurements | |
JP7032062B2 (en) | Point cloud data processing device, mobile robot, mobile robot system, and point cloud data processing method | |
Ivancsits et al. | Visual navigation system for small unmanned aerial vehicles | |
CN111052027A (en) | Action plan generation when self position is unknown | |
Chen et al. | Multilayer mapping kit for autonomous UAV navigation | |
Lu et al. | A comprehensive survey on non‐cooperative collision avoidance for micro aerial vehicles: Sensing and obstacle detection | |
Fragoso et al. | Dynamically feasible motion planning for micro air vehicles using an egocylinder | |
JP7118490B1 (en) | Information processing system, information processing method, program, mobile object, management server | |
Watanabe et al. | Navigation and Guidance Strategy Planning for UAV Urban Operation | |
Choi et al. | Two tier search scheme using micro UAV swarm | |
JP7351609B2 (en) | Route searching device and program | |
JP6742561B1 (en) | Autonomous decentralized control system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200316 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200316 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20200316 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20200424 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200630 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200728 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6742561 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |