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。

在这项研究中，我们重点关注无人机在火山灾害预防中的应用，当自主飞行的无人机检测到从上方飞来的多个障碍物（例如飞行的煤渣块）时，它会准确地避免碰撞并提供障碍物，该项目的目的是。建立实时避障技术，使已完成的任务能够继续进行。本研究最重要的方面是最优轨迹生成方法作为无人机的实时最优控制算法，可以在三维空间中避开多个坠落障碍物。我们主要进行了以下研究。 1.我们研究了一种使用顺序凸优化作为生成最佳回避轨迹的软件的算法，将其编码成程序，并通过数值模拟进行验证。当时，我们引入了状态诱导约束方法来设置考虑无人机和障碍物形状的约束。结果表明，可以生成安全避开障碍物的轨迹，并在国际会议上公布了结果。 2.由于需要考虑多个障碍物，如果在优化计算中将它们单独视为约束，计算量会很大。因此，在进行优化计算之前，我们利用聚类技术将障碍物分为少量组，并引入一种算法来避开每组。结果，他们能够降低碰撞风险并减少计算负荷，并将结果在国际学术会议上公布。 3.我们收集了目标煤渣块的数据，并开始构建用于数值模拟的坠落障碍物的数学模型。