Human assist control for safe personal mobilities

用于安全个人移动的人工辅助控制

基本信息

批准号：
22H01514
负责人：
中村文一
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

自動車や船舶などの事故が大きな社会問題となる現代において，問題発生時の自動的な安全停止などリスク最小化移行技術が重要技術となってきている．本研究は，零化バリア関数を用いた，入力制約，外乱，システムのパラメータ誤差を考慮した広範囲の社会実装に耐えうる安全アシスト制御理論の構築を行い，電動車いす等に制御則を実装することにより実機実験により制御理論の有効性を示すことが目的である．理論的な研究成果として，時変厳密零化制御バリア関数を定義し、安全アシスト制御を提案した．また，移動体やロボットなど，制御対象の形状を考慮した制御バリア関数設計法として，積分設計法を提案した．また，漸近安定性のアシストが一般的にはほぼできないことがわかり，一方で実用安定性のアシストは容易であることが分かった．理論と実験の融合的な研究成果として，バックステッピングを用いた厳密零化制御バリア関数を提案し，電動車いすの壁面への衝突回避問題に適用し，実機実験により有効性を確認した．入力状態制約安全性厳密零化制御バリア関数(ISCSf-SZCBF)を提案し、電動車いすの衝突回避問題に適用し，実機実験により有効性を確認した．実験的な研究成果として，車両型移動ロボットの壁面への衝突回避問題に対し，障害物との相対的な位置関係の基づくものよりも，一度局所絶対座標系を構成し，その上で衝突回避を行ったほうが，計測誤差の影響が抑えられることがわかった．ヒューマノイドロボットの対象物への接触問題において，制御バリア関数を用いた衝撃を与えない衝突回避制御法に関して実機実験により有効性を確認した．移動体の操作者に対し，安全性の可視化を行うために，ARを用いて，ヒューマンアシスト制御が介入しない入力範囲を画像として操作者に提示するシステムを開発し，移動体の種類を問わない安全アシストシステムを提供できる可能性を示した．

在当今的世界中，涉及汽车和船只的事故成为主要的社会问题，风险最小化过渡技术，例如出现问题时自动安全停止，已成为一项重要技术。这项研究的目的是使用无效的屏障函数来创建安全辅助控制理论，该理论可以考虑到输入限制，干扰和系统参数错误，并在电动轮椅等上实施控制规则，并通过实际实验来证明控制理论的有效性。作为一项理论研究发现，定义了时间变化的严格零控制屏障功能，并提出了安全辅助控制。此外，提出了一种积分设计方法作为控制屏障功能设计方法，该方法考虑了受控对象的形状，例如移动物体和机器人。此外，发现渐近稳定性援助通常几乎是不可能的，而实际的稳定援助很容易。作为理论和实验研究的融合，我们提出了使用反向替代的严格零控制屏障函数，应用于电动轮椅墙壁上的避免碰撞问题，并通过实际实验确认了其有效性。提出了输入状态约束安全性严格的零控制屏障功能（ISCSF-SZCBF），并应用于电动轮椅中的避免碰撞问题，并通过实际实验确认了其有效性。一项实验研究发现，在响应车辆型移动机器人壁表面的碰撞问题时，可以通过构建局部绝对坐标系，然后避免碰撞，而不是基于与障碍物的相对位置关系来抑制测量误差的效果。在人形机器人接触问题中，实际实验证实了使用控制屏障功能进行控制屏障功能的碰撞控制的有效性。为了将安全性可视化到移动运营商，开发了一个系统，该系统使用AR向操作员展示不涉及人类辅助控制作为图像的输入范围，显示了提供不涉及移动单元类型的安全辅助系统的可能性。