複数の落下障害物を回避するためのドローンの実時間最適制御アルゴリズムの開発

无人机实时最优控制算法开发，避免多重坠落障碍物

基本信息

批准号：
22K04162
负责人：
原田正範
金额：
$ 2.66万
依托单位：
防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04162/
关键词：
障害物回避自律飛行ドローン最適制御

项目摘要

本研究では、火山防災へのドローンの適用に焦点をあて、自律飛行中のドローンが、飛散する噴石など機体上方から飛来する複数の障害物を検知した際に、的確に衝突回避をして与えられたタスクの継続を可能とするための実時間障害物回避技術の確立を目指すことを目的としている。本研究で最重要な位置付けにある、３次元空間内において、複数の落下障害物を回避することが可能な、ドローンの実時間最適制御アルゴリズムとして最適軌道生成手法があり、そのために必要な技術として主に以下の研究を実施した。１．最適回避軌道生成に用いるソフトウエアとして逐次凸最適化を用いたアルゴリズムを検討し、プログラムコード化を行って数値シミュレーションにより検証した。その際にドローンや障害物の形状を考慮した制約条件の設定をするため、状態誘因制約法を導入した。その結果、安全な障害物回避を行う軌道生成ができることが示され、その成果を国際学会で発表した。２．対象とする障害物は複数となるため、最適化計算において個別に制約条件として扱うと計算負荷が高くなる。そのため、最適化計算を行う前にクラスタリング技術により障害物を少数のグループ分けを行い、各グループを回避させるアルゴリズムを導入した。その結果、衝突の危険性及び計算負荷の低減ができる結果が得られ、その成果を国際学会で発表した。３．対象とする噴石について資料収集を行い、数値シミュレーションで用いる落下障害物の数学モデルを構築に着手した。

这项研究重点是将无人机应用于火山灾难预防，并旨在建立实时障碍技术，该技术使自主无人机能够检测到飞机上方的多个障碍物，例如散落的石头，以准确避免碰撞并继续给定的任务。这项研究中最重要的立场是作为无人机的实时最佳控制算法的最佳轨迹生成方法，可以避免在三维空间中的多个降落障碍，以下研究主要是为此目的进行的必要技术。 1。使用顺序凸优化的算法作为用于最佳避免轨迹生成的软件，并编码编码以通过数值模拟对其进行验证。在这种情况下，引入了状态诱导者约束方法，以考虑无人机和障碍物的形状。结果，可以证明可以安全避免障碍，并在国际科学学会提出了轨迹。 2。由于有多个障碍可以针对性，如果单独视为优化计算中的约束，则计算负载将很高。因此，引入了算法，以在执行优化计算之前使用聚类技术来避免每个分组。结果，获得了可能降低碰撞风险和计算负荷的风险的结果，并在国际科学学会中提出了结果。 3。我们收集了靶向喷雾器上的材料，并开始构建一个数学模型的数学模型，以用于数值模拟中。