Journal Article ヘキサロータの動的可操作性に基づく切替位置・姿勢制御

安田, 真大  ,  Yasuda, Masahiro  ,  伊吹, 竜也  ,  Ibuki, Tatsuya  ,  鈴木, 洋史  ,  Suzuki, Hiroshi  ,  三平, 満司  ,  SAMPEI, MITSUJI

52 ( No. 9 )  , pp.507 - 515 , 2016-09 , 計測自動制御学会
Description
This paper proposes a novel pose (position and attitude) control law for hexrotors composed of six rotors. Since hexrotors have the potential to control full 6 degrees of freedom, we can apply two major kinds of control methods to them. One is a linear control scheme for a linearly approximated hexrotor model, which can make a hexrotor tilt when it moves in the horizontal direction. The other is a feedback linearization method which enables us to control 6 degrees of freedom of it individually. For these methods, the former can often be suitable for large translational movement and the latter to control the pose precisely. However, there exists no research on combination of both controllers. In view of this fact, this paper proposes a novel continuous switching control method using a weighting function. Here, the weighting function is built by dynamic manipulability based on given hexrotor structure. Concretely speaking, the two kinds of controllers continuously switch based on the relation between dynamic manipulability and pose errors for desired values. Furthermore, we give stability analysis and demonstrate the validity of the present method via simulation.
本論文は,6つのロータからなるヘキサロータに対して,新規の位置・姿勢制御手法を提案する.ヘキサロータは6つの入力を用いて全駆動システムを構成できるため,代表的な2つの制御手法が適用可能である.1つはヘキサロータモデルの線形近似に基づく線形制御手法であり,これを用いると水平方向への運動の際にヘキサロータが姿勢を傾ける挙動を示す.もう1つはフィードバック線形化を用いた手法であり,これを適用するとヘキサロータは位置と姿勢を独立に制御することが可能となる.これらの性質を基に,前者は大きな並進移動に適しており,後者は目標値近傍の精密な制御に適しているという知見が得られているが,ヘキサロータに対してこれら2つを融合させた制御手法は提案されていない.そこで,本論文は重み関数に基づいてこれらの手法を連続的に切り替える新規の制御則を提案する.ここで設計される重み関数は,ヘキサロータの運動のしやすさを表す動的可操作性に基づいて設計される.さらに,提案手法に対して収束性解析を行い,数値シミュレーションによりその有効性を示す.

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