JPH0562764B2 - - Google Patents
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- JPH0562764B2 JPH0562764B2 JP61233259A JP23325986A JPH0562764B2 JP H0562764 B2 JPH0562764 B2 JP H0562764B2 JP 61233259 A JP61233259 A JP 61233259A JP 23325986 A JP23325986 A JP 23325986A JP H0562764 B2 JPH0562764 B2 JP H0562764B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- robot
- control
- thrust
- target
- calculation means
- 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.)
- Expired - Lifetime
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- Feedback Control In General (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
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ツトの運動を制御す
る方法に関するものであり、更に詳細には潮流等
によつてロボツ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。
姿勢保持並びに走行するロボツトの運動を制御す
る方法に関するものであり、更に詳細には潮流等
によつてロボツ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、海洋石油生産プラツト
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バーに代りロボツ
トが行うようになり、この手の海洋開発支援の海
中ロボツトは今後はますます普及するものと考え
られる。
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バーに代りロボツ
トが行うようになり、この手の海洋開発支援の海
中ロボツトは今後はますます普及するものと考え
られる。
これらのロボツトには、軌道上を走行して移動
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、ダイバーのように海中を自由に遊泳
できるロボツトがますます必要になることが予想
され、各種のロボツトの開発が行われている。
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、ダイバーのように海中を自由に遊泳
できるロボツトがますます必要になることが予想
され、各種のロボツトの開発が行われている。
海中を遊泳するロボツ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
ボツトの形状は、円板状等水の抵抗を受ける方向
によつ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、ロボツトの姿勢を
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、又場合によつては制御不能
になる等の問題がある。
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
ボツトの形状は、円板状等水の抵抗を受ける方向
によつ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、ロボツトの姿勢を
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、又場合によつては制御不能
になる等の問題がある。
したがつて、従来からこの種のロボツト走行、
姿勢等の制御方法については、潮流に対してロボ
ツトの姿勢を変えない方法が採られていて、海中
でのロボツ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ツトの好適な制御方法は未
だ得られていない。したがつて、ダイバーが潮流
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ツトに完全に置き換える
には至つていない。
姿勢等の制御方法については、潮流に対してロボ
ツトの姿勢を変えない方法が採られていて、海中
でのロボツ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ツトの好適な制御方法は未
だ得られていない。したがつて、ダイバーが潮流
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ツトに完全に置き換える
には至つていない。
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
ロボツ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ツ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。
たもので、潮流等、水の流れのある作業環境中で
ロボツ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ツ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。
以上の目的を達成するための本発明の海中ロボ
ツトの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ツトの制御において、 (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にフイードバツクされて目標を
達成する推力Tcを算出し、且つ、 (b) 前記ロボツトが姿勢を変更した際、前記ロボ
ツトに対する前記潮流の流速及び流向によりロ
ボツトに作用する力を打ち消す推力X^bを、予
め前記ロボツトの仰角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C^ij（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Tp＝T^b＋Tc
を前記ロボツトの推力として出力することを特
徴としている。
ツトの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ツトの制御において、 (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にフイードバツクされて目標を
達成する推力Tcを算出し、且つ、 (b) 前記ロボツトが姿勢を変更した際、前記ロボ
ツトに対する前記潮流の流速及び流向によりロ
ボツトに作用する力を打ち消す推力X^bを、予
め前記ロボツトの仰角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C^ij（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Tp＝T^b＋Tc
を前記ロボツ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
フイードバツク制御ｕを求める演算は、ベルマン
の最適性の原理に基づくダイナミツクプログラミ
ングン手法を利用して行われる。
フイードバツク制御ｕを求める演算は、ベルマン
の最適性の原理に基づくダイナミツクプログラミ
ングン手法を利用して行われる。
本発明の実施するに際し、前記推力Tc（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 Ｊ＝∞ 〓k=0 ｛e2（ｋ＋１）＋ｗ・u2(k)｝ (1) 但し、(1)式においてｗ（ｗ≧０）は重み係数を
表す。
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 Ｊ＝∞ 〓k=0 ｛e2（ｋ＋１）＋ｗ・u2(k)｝ (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（XEYEZE系）において、目標値P0
と観測により達成される推定値P^等との偏差値を
修正するに必要な垂直Tc″と、前記推定値P^（位
置）及びＯ＾（姿勢）に基づき状態推定値アルゴリ
ズム（観測器）によりロボツトの状態推定値Ｘ＾
（ロボツトの位置、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
等の影響で発生した偏差（ドリフト等）を補償す
る推力Tcを算出する。
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（XEYEZE系）において、目標値P0
と観測により達成される推定値P^等との偏差値を
修正するに必要な垂直Tc″と、前記推定値P^（位
置）及びＯ＾（姿勢）に基づき状態推定値アルゴリ
ズム（観測器）によりロボツトの状態推定値Ｘ＾
（ロボツトの位置、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
等の影響で発生した偏差（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
により制御装置では、例えば、最適制御推力Tc
をTc″−Tc′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P^、X^と共に状態
推定アルゴリズムに入れて再度計算し、この結果
をロボツ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によるロボツトの制御動作
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。
により制御装置では、例えば、最適制御推力Tc
をTc″−Tc′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P^、X^と共に状態
推定アルゴリズムに入れて再度計算し、この結果
をロボツ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によるロボツトの制御動作
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。
本発明を実施するに際し、前記推力T^b（以下ダ
イナミツ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C^ij
（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
ツトの対水速度V^とロボツトの状態推定アルゴリ
ズムより推定したロボツトの絶対速度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C^ij（α、
β）を検索する。
イナミツ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C^ij
（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
ツトの対水速度V^とロボツトの状態推定アルゴリ
ズムより推定したロボツトの絶対速度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C^ij（α、
β）を検索する。
前記テーブルは、例えば、当該ロボツトを水槽
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、前もつて制御装置内に記憶される。そし
て、前記ダイナミツクバランス推力は、気体固定
座標系（XRYRZR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各軸回りを表
現する）をそれぞれT^bx、T^by、T^bz、T^bφ、
T^bθ、T^bψとすると、 T^b、ｘ、ｙ、ｚ＝C^ij（α、β） ・１／２・ρ・Vc2・Vb2/3 (2) T^b、φ、θ、ψ＝C^ij（α、β） ・１／２・ρ・Vc2・Vb (3) 但し、式中Vcは流速、Vbは無次元化基準体
積、Vb2/3は無次元化基準面積をそれぞれ表す。
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、前もつて制御装置内に記憶される。そし
て、前記ダイナミツクバランス推力は、気体固定
座標系（XRYRZR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各軸回りを表
現する）をそれぞれT^bx、T^by、T^bz、T^bφ、
T^bθ、T^bψとすると、 T^b、ｘ、ｙ、ｚ＝C^ij（α、β） ・１／２・ρ・Vc2・Vb2/3 (2) T^b、φ、θ、ψ＝C^ij（α、β） ・１／２・ρ・Vc2・Vb (3) 但し、式中Vcは流速、Vbは無次元化基準体
積、Vb2/3は無次元化基準面積をそれぞれ表す。
なお、前記係数C^ij（α、β）は、ロボツトの潮
流に対する相対的角度である仰角α、横滑り角β
によつて表現することにより絶対的姿勢を考慮す
ることなくT^bをもとめることが可能である。
流に対する相対的角度である仰角α、横滑り角β
によつて表現することにより絶対的姿勢を考慮す
ることなくT^bをもとめることが可能である。
以下図面を対照として一実施例により本発明の
ロボツト制御方法を説明する。
ロボツト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ツトに搭
載された制御装置の制御演算処理の内容を示すブ
ロツク図であり、図の点線内はコンピユータから
なるT^b及びTc演算の制御ブロツクを示してお
り、第２図は制御のソフトウエアの全体的構成を
示すブロツク図である。
載された制御装置の制御演算処理の内容を示すブ
ロツク図であり、図の点線内はコンピユータから
なるT^b及びTc演算の制御ブロツクを示してお
り、第２図は制御のソフトウエアの全体的構成を
示すブロツク図である。
本実施例に使用のロボツトは３つの制御モード
に従つ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、定速度ルートトラツキング制御
モードによる制御手段２及び壁面フオロー制御モ
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によつて作業手順に従い
適宜選択する。この切換操作手段４は、遠隔操作
によつて作業中随時切換可能である。したがつ
て、この選択操作によつてロボツトに設けられた
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。
に従つ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、定速度ルートトラツキング制御
モードによる制御手段２及び壁面フオロー制御モ
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によつて作業手順に従い
適宜選択する。この切換操作手段４は、遠隔操作
によつて作業中随時切換可能である。したがつ
て、この選択操作によつてロボツトに設けられた
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（XEYEZE系）においてロボツトの現在位
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ツトを移動させるための
制御モードであり、ロボツトが辿り着くべき位置
Ｐ（３次元の位置：ｘ、ｙ、ｚ）及びロボツトの
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
るための指定は、位置Ｐ及び姿勢Ｏについて最終
的に制御したい値を指定し、移動速度Ｕは指定し
なかつた。
座標系（XEYEZE系）においてロボツトの現在位
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ツトを移動させるための
制御モードであり、ロボツトが辿り着くべき位置
Ｐ（３次元の位置：ｘ、ｙ、ｚ）及びロボツトの
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
るための指定は、位置Ｐ及び姿勢Ｏについて最終
的に制御したい値を指定し、移動速度Ｕは指定し
なかつた。
定速度ルート・トラツキング制御モードは、ま
ず第一にロボツト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トに
沿つて誘導し、第二に対象物の近傍に遠隔で設定
された目標ルート上から対象物を観察するため
に、目標ルート上を定速度で走行する制御モード
であり、地面固定座標系（XEYEZE系）における
前記位置Po、姿勢Oo及びルート方向の移動速度
Ｕを順次、プログラムにより指定するものであ
る。
ず第一にロボツト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トに
沿つて誘導し、第二に対象物の近傍に遠隔で設定
された目標ルート上から対象物を観察するため
に、目標ルート上を定速度で走行する制御モード
であり、地面固定座標系（XEYEZE系）における
前記位置Po、姿勢Oo及びルート方向の移動速度
Ｕを順次、プログラムにより指定するものであ
る。
前記壁面フオロー制御モードは、曲面構造物に
対面し、構造物との距離を一定に保ち、その周囲
を定速移動しなが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、ルート方
向の移動速度Ｕの外に壁面からの保つべき距離Ｌ
を指定するものである。
対面し、構造物との距離を一定に保ち、その周囲
を定速移動しなが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、ルート方
向の移動速度Ｕの外に壁面からの保つべき距離Ｌ
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。そして、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５1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ツ
トの制御に用いられる手段によつて構成されてい
るものである。
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。そして、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５1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ツ
トの制御に用いられる手段によつて構成されてい
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ツトが取るべ
き位置Po（３次元的）の目標値、ロボツトが向く
べき方位、即ち姿勢Oo、ロボツトの移動速度V0
の３つの値の内必要とする値と、実測に基づく現
在位置、姿勢の推定値P^、O^と状態推定の結果得
られるX^の中でロボツ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。
データは、プログラムに基づきロボツトが取るべ
き位置Po（３次元的）の目標値、ロボツトが向く
べき方位、即ち姿勢Oo、ロボツトの移動速度V0
の３つの値の内必要とする値と、実測に基づく現
在位置、姿勢の推定値P^、O^と状態推定の結果得
られるX^の中でロボツ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、これによつ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
になつている。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ータとして
は、予めインプツトできる障害に対するモデル６
２とロボツ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。
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、これによつ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
になつている。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ータとして
は、予めインプツトできる障害に対するモデル６
２とロボツ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及びフオ
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及びフオ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をロボツトの絶
対速度V0′に、又、対象物とロボツトとの相対的
距離Ｌをロボツトの絶対的位置Po′に変換する演
算も含まれている。
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及びフオ
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及びフオ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をロボツトの絶
対速度V0′に、又、対象物とロボツトとの相対的
距離Ｌをロボツトの絶対的位置Po′に変換する演
算も含まれている。
そして、前記の各指示値の修正値、P0′、O0′、
V0′（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５1に与えられる。
V0′（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５1に与えられる。
次に、前記の推定値P^、O^、V^の演算手順を説
明する。ロボツト本体には、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ｎ）と、ロボツトが向いている方位、即
ちロボツトの姿勢を検知するためのジヤイロコン
パス（ジヤイロｏ）と、船速ｖ（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、ロボツトの位置、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イルタによるノイズフイルタ
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・マツチングにより定期的にドリフト
補償する測定ノイズフイルタ及びドリフト補償手
段１１により修正して得た位置データP^、方位デ
ータO^及び相対速度V^が求められ、この修正値P^、
O^、V^が前記演算手段５1及び５2に与えられる。
明する。ロボツト本体には、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ｎ）と、ロボツトが向いている方位、即
ちロボツトの姿勢を検知するためのジヤイロコン
パス（ジヤイロｏ）と、船速ｖ（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、ロボツトの位置、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イルタによるノイズフイルタ
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・マツチングにより定期的にドリフト
補償する測定ノイズフイルタ及びドリフト補償手
段１１により修正して得た位置データP^、方位デ
ータO^及び相対速度V^が求められ、この修正値P^、
O^、V^が前記演算手段５1及び５2に与えられる。
又、ロボツトの速度は状態推定手段１３によつ
て得たX^の中でロボツトの速度の推定値V^′が前記
演算手段５1及び５2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
上の母船に設けられたプロセツサが行う。又、フ
イルタ及びドリフト補償手段１１は、母船に設け
られたプロセツサで処理され、これらの処理の各
推定値P^、O^、V^はロボツトに送られ制御装置に
入力される。
て得たX^の中でロボツトの速度の推定値V^′が前記
演算手段５1及び５2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
上の母船に設けられたプロセツサが行う。又、フ
イルタ及びドリフト補償手段１１は、母船に設け
られたプロセツサで処理され、これらの処理の各
推定値P^、O^、V^はロボツ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ツクバラン
ス推力T^b及び最適制御推力Tcとを求める演算を
第１図に基づき説明する。
ス推力T^b及び最適制御推力Tcとを求める演算を
第１図に基づき説明する。
ロボツ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とする推力Tc（ベクト
ル）を演算するにあたり、本実施例では、前記目
標偏差演算手段５1、推力変換演算手段１２、状
態手段手段１３、多変数制御ゲイン及び推力変換
演算手段１４及び加算演算手段１５の各演算手段
を実行することによつて与えられる。即ち、目標
偏差値演算手段５1において指示値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
推力変換演算手段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。な
お、第２図に示した前記推力演算手段５2は第１
図に示す１２〜１９の各手段を纒めて省略記載し
たものである。
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とする推力Tc（ベクト
ル）を演算するにあたり、本実施例では、前記目
標偏差演算手段５1、推力変換演算手段１２、状
態手段手段１３、多変数制御ゲイン及び推力変換
演算手段１４及び加算演算手段１５の各演算手段
を実行することによつて与えられる。即ち、目標
偏差値演算手段５1において指示値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
推力変換演算手段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。な
お、第２図に示した前記推力演算手段５2は第１
図に示す１２〜１９の各手段を纒めて省略記載し
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によつて得られているTcの値とを状
態推定手段１３に与え、ロボツトの運動状態を示
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O^′、角速度O^v′、角加速度O^A′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、ΔO
（制御モードによつてはΔV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
差を最適に修正する。
算手段１５によつて得られているTcの値とを状
態推定手段１３に与え、ロボツトの運動状態を示
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O^′、角速度O^v′、角加速度O^A′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、ΔO
（制御モードによつてはΔV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
差を最適に修正する。
次に、ダイナミツクバランス推力T^b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、ダイナミツクバランス推力
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
によつて達成される。
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、ダイナミツクバランス推力
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
によつて達成される。
即ち、前記推定値P^、O^、V^と前記X^の中の速
度推定値V^′とが潮流流入角及び流速演算手段１
７に与えられ、ここで、潮流に対するロボツトの
相対的姿勢を表す角度、即ち、ロボツトの正面直
立方向との成す角、即ち仰角α及び正面横方向の
成す角、即ち横滑り角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C^ij（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C^ij（α、β）をダイナミツクバランス
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、加算演算手段１６において行われ
る演算、即ち前記T^と前記加算演算手段１５にお
いて最終的に求められたTcとの和（Ｔ＝T^b＋
Tc）がロボツトに実際に与える推力Ｔとなる。
度推定値V^′とが潮流流入角及び流速演算手段１
７に与えられ、ここで、潮流に対するロボツトの
相対的姿勢を表す角度、即ち、ロボツトの正面直
立方向との成す角、即ち仰角α及び正面横方向の
成す角、即ち横滑り角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C^ij（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C^ij（α、β）をダイナミツクバランス
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、加算演算手段１６において行われ
る演算、即ち前記T^と前記加算演算手段１５にお
いて最終的に求められたTcとの和（Ｔ＝T^b＋
Tc）がロボツトに実際に与える推力Ｔとなる。
このようにして得られた値Ｔは、ロボツトのプ
ログラムに基づき指示される姿勢、移動等の動作
をする際に出力する推力が、潮流から受ける外力
の変化とロボツトの目標点からのずれとを補償し
たものとなつているので、潮流によりバランスを
崩したり、目標点から遠ざかつたりすることのな
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、移動等の動作
をする際に出力する推力が、潮流から受ける外力
の変化とロボツトの目標点からのずれとを補償し
たものとなつているので、潮流によりバランスを
崩したり、目標点から遠ざかつたりすることのな
い制御を行うことができる。
この推力Ｔは、推力配分手段２０により、ロボ
ツトに取り付けられている複数の推進器の各々を
駆動する推力に分配する演算処理を行い、ロボツ
トに出力する。なお、第２図の符号T′F／Ｂは推
力Tcが正確にスラスタを駆動しているか否かを
チエツクするためのフイードバツク出力を示して
いる。
ツトに取り付けられている複数の推進器の各々を
駆動する推力に分配する演算処理を行い、ロボツ
トに出力する。なお、第２図の符号T′F／Ｂは推
力Tcが正確にスラスタを駆動しているか否かを
チエツクするためのフイードバツク出力を示して
いる。
以上説明したとおり、本発明の水中ロボツトの
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、ロボツトが
姿勢を変更し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
つの推力のベクトル和によりロボツトを推進させ
る構成としたために、潮流等の流体の流れが存在
する中でロボツ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つてロボツトを操
作することができるので、ロボツトの移動、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、ロボツ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。
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、ロボツトが
姿勢を変更し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
つの推力のベクトル和によりロボツトを推進させ
る構成としたために、潮流等の流体の流れが存在
する中でロボツ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つてロボツトを操
作することができるので、ロボツトの移動、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、ロボツ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
理の内容を示すブロツク図、第２図は第１図に示
す制御ブロツクのソフトウエアの全体的構成を示
すブロツク図である。 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推力変化演算手段、１５，
１６……加算演算手段、１７……潮流流入角及び
流速演算手段、１８……ダイナミツクバランス推
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……ロボツト本体。
理の内容を示すブロツク図、第２図は第１図に示
す制御ブロツクのソフトウエアの全体的構成を示
すブロツク図である。 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推力変化演算手段、１５，
１６……加算演算手段、１７……潮流流入角及び
流速演算手段、１８……ダイナミツクバランス推
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……ロボツト本体。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 海洋における潮流等流れのある流体中を遊泳
するためのロボツトの制御において、 (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ツトの現在位置、姿勢の
推定値とによつて得られる状態推定値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にフイードバツクさせて目標
を達成する推力Tcを算出し、且つ、 (b) 前記ロボツトが姿勢を変更した際、前記ロボ
ツトに対する潮流の流速及び流向によりロボツ
トに作用する潮流力を打ち消す推力X^bを、予
め前記ロボツトの対潮流仰角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C^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
前記ロボツトの推力として出力することを特徴
とする海中ロボツトの走行制御方法。
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 JPS6388603A (ja) | 1988-04-19 |
| JPH0562764B2 true 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) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2749833B2 (ja) * | 1988-10-14 | 1998-05-13 | 三菱重工業株式会社 | 制御推力配分装置 |
| JP4495703B2 (ja) * | 2006-08-24 | 2010-07-07 | 日本電信電話株式会社 | 水中ロボットの動作制御方法、装置及びプログラム |
| 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 |
-
1986
- 1986-10-02 JP JP61233259A patent/JPS6388603A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6388603A (ja) | 1988-04-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |