知能システム研究室

研究室の活動内容

研究室研究実施方法（研究報告会・ゼミ等について）

知能システム研究室では，研究グループごとに週間研究報告会を週1回、修士学生の研究進捗報告会を同じく週１回実施します。研究グループごとの報告会では、先週までの実施内容と問題点等を報告します。問題点や疑問点などをこの報告会で検討、議論し来週までに行うことを決定します。修士研究進捗報告会では研究報告書に基づき、実験データ解析、提案する方法の考えや原理の説明および実験で明らかになった問題点などを検討していき次週までの実施内容を決めていきます。また我々の研究室では、提案法や使用するコマンドなどの原理を理解するために、「専門ゼミ」と呼んでいる理論の勉強も併せて実施しています。近年では、「モデル予測制御ゼミ」、「SLAMゼミ」、「ビジュアルサーボゼミ」などを実施しています。
　研究グループとして、(G1) 運転者の特性を生かしたHybrid Electric Vehicle(HEV)の高効率運転動システムの開発、(G2) スマートファクトリを目指した　自立運搬ロボットシステム;SG1) 環境地図を利用した柔軟運搬目標位置対応可能なロジスティックシステム、SG2) レベル４を目指した自動運転のための移動者の行動予測とその回避動作、(G3) 自立型UAV飛行制御と農産業の自立化システムの構築、(G4) 極値探査制御などを対象としたデータ駆動型制御設計法の確立があり、この目的に対して中期目標を定めて研究開発を実施しています。
　学部生は修士学生と共にグループごとに実験装置の操作方法，制御・動画像処理プログラム開発，動作アルゴリズムの理論の理解およびデータ解析と報告書作成方法を習得しながら卒業研究を行っていきます。修士課程では，卒業研究での問題を発展させて，従来法ではうまくいかない点に対して新しい方法を提案し，実験を通して有効性を示していきます。８月初旬には研究室合宿で研究中間報告会を行い，前期までの研究成果を発表します。研究のアイデア等は週２回実施の各研究グループごとのミーティングや研究報告会を通して，議論をしながら教員のアドバイスを参考に各自が提案をして進めていきます。
　修士学生は平均して修士１年では前半に卒業研究をまとめた内容で１回、後半に１回の合計２回，修士２年で国際学会１回を含む２回 - ３回の発表を目標に行っています。一方，修士課程進学の４年生は９月初旬の電気学会東京支部開催の学生発表会で前期までの卒研内容の発表を行います。
なお，研究活動情報に学会発表などの情報が掲載されています。

知能システム研究室では以下のゼミ・研究報告会を行っています。

修士研究進捗報告会(週1回)　
研究グループごとの研究報告会（B4学生＋修士学生）(週1回)
SLAMなど推定・予測よび制御方法関連ゼミ
モデル予測制御(MPC)基礎ゼミ

2021年度研究内容

G1関連；LPVに基づくHEV駆動部制御

ハイブリット車(Hybrid Vehicle・HV)，プラグインハイブリット車(Plug-in Hybrid Vehicle・PHV)など電気モータが駆動部に使用されている自動車の燃費最適化を目的して，新しい制御設計問題を構築します。ハイブリット車のようなエンジンとモータが同時に駆動部に加わるモードでは，制御則の設計や制御パラメータの選択により燃費が大きく変化します。このような制御設計の方法として，制御対象のモデルを求めてモデルに基づいた設計法が有効です。一方，駆動部データに対して充電率(SOC)，燃費を評価関数とし制御パラメータを動的計画法などの最適アルゴリズムの利用から決定する，モデルフリー設計法も提案されています。我々の研究室ではモデルフリー型設計法に基づき，SOCの駆動前後で一定に維持する条件を端点制約の最適問題に帰着し，同時摂動法を用いて制御パラメータを決定する方法を提案しています。本方法では関数の変化を区分区間データにより近似し，このデータにより領域分割を行うことで複数初期値を利用します。複数初期値による最適解の探査を行うことにより，より高燃費が可能な制御パラメータの探査確率を高くします。さらに，ステップゲインを加速度変化率に対応して可変にすることで，収束速度の改善を図っています。提案法により設計した制御パラメータを使用することで，通常の同時摂動法によるパラメータに対して燃費が15%上昇した結果が得られました。一方，モデルベース設計法も検討していきます。モデルベース型設計法では，道路状況と道路環境も目的関数に組み込んだオンライン型最適制御設計法のReceding Horizen Optimization(RHO)法をゲインスケジュール型モデル予測制御に利用する方法を提案し，シミュレーションにより有効性の検討を実施していきます。

車輪型運搬車移動制御関連

センサーフュージョンを利用した移動制御に関する研究
本研究では，柔軟な経路変更を可能とする工場内を移動する運搬用ロボットの自動制御の構築を目的としています。現在の多くの工場でAuto Guided Vehicle(AGV)と呼ばれている自動運搬車が稼働していますが，移動経路の主流には磁気テープ沿って目的場所へ移動する方式となっています。その他の方法も，設定されている事前経路上を移動する方法と無線等の組み合わせた経路の移動であるため，経路変更は容易でない問題点があります。一方で，現在の生産工場（例えば自動車組み立て工場など）では，組み立て工場ラインの変更を行い柔軟な生産を可能にする要求があります。このような生産ラインを変更する場合，運搬車の移動経路も変更する要求が発生します。我々は，3次元空間を観測できる深度カメラと2次元空間データを取得するレーザーレンジを組み合わせて環境認識を行い，目的地点へ自動で移動可能な運搬ロボットの移動制御を研究中です。我々は自律で３次元地図作成を行い、この地図を利用して柔軟に目標移動位置が変更可能となる方法を検討しています。３次元環境地図作成にはSLAM技術を応用します。また工場内など作業者との共有した空間で安全確実に動かすために、ロボットに搭載されたセンサを利用した自動回避動作方法とその制御方法についても検討中です。現在は３次元情報を取得可能で環境判断も同時に行える深度カメラをセンサに使用する制御システムを提案し実験を通して検討しています。

移動障害物実験(左）およびその結果(rosbagデータによる動画)

SLAMの精度向上および効率的探査法

柔軟なレイアウト変更が可能であるインテリジェント生産システムの構築を目指して、自己位置推定と環境地図の同時作成(SLAM)を室内運搬ロボットへ応用することを目指しています。現在はセンサベース＋フロンティアベースを融合した自律型SLAMを提案し、工場内を想定した環境での有効性を確認しています。また工場のレイアウト変更に伴う環境地図変更などを想定し、時間制約付きSLAMに対して複数ロボットの協調型SLAMについても研究中です。さらに、施工ロボットの自立化に応用するため，建物などの構造情報を組み込むことで位置精度を向上させるVisual SLAM についての研究も実施していきます。

左：従来法，右：提案法

施工ロボット関連

研究目的は，「天井に取り付ける装置の施工工事を自動化するロボットの開発」です。このシステムでの要素技術としては
1) 施工位置へ正確に工事ロボットを移動させる技術
2) 施工実施個所の「見えるか」システムの構築
3) 効率的施工順番の決定技術
があります。今回は1)に対しては建物の構造線を利用する，Structure SLAMの応用を行います。3)の技術では，巡回セールスマン問題に帰着して解くことを行います。なお、最短経路計算に環境情報，例えば壁面や壁など，通過できない環境を組み込むため，ボロノイ図を利用して通過可能経路への修正を行います。

ビジュアルオドメトリを利用したUAV飛行制御および農業分野への応用に関する研究

移動ロボットと同じくSLAM技術を応用して，GPSが利用できない環境でも飛行可能なUAV制御設計および設計に必要なモデリング技術の研究を行っています。
モデリングではホバリング状態と移動状態という2状態に対して数式モデルを構築するため、閉ループ同定に基づく2段階モデリング法を提案しています。制御方法では，非線形性を考慮できかつロバスト性を有するスライディングモード制御をベースとしたビジュアルサーボ設計を検討しています。

UAV飛行実験

過去実施していた研究

動画像計測・認識関連

自動車運転中の運転者の頭部計測装置の開発を行っています。計測装置には，非接触型デバイスとして，ステレオカメラを利用します。顔の移動追跡にはパーティクルフィルターを利用し，計測の特徴点である両目および口を追跡し，この３点より得られる平面ベクトルを利用して顔の変化角度を計測する方法を装置に組み込みます。また，計測対象の顔領域決定の自動化には，EHOGを利用し，輝度外乱にロバストな認識を組み入れて，計測の自動化を目指しています。その他，EHOGを応用した運搬ロボットのロバスト経路探査法など，動画像での物体認識方法の提案も併せて行っています。

頭部計測動画(ロール・ピッチ・ヨー角)

遠隔操作ロボットの補助装置開発関連

遠隔操作者が操作しやすいための補助とは何か、どのような補助が操作にとって有益であるか、を実験データと共に検討を行っていきます。対象の遠隔操作ロボットは２輪独立型車輪ロボットであり、操作に必要な動作環境は全方位カメラ画像を利用しています。この画像を通常のカメラ画像へ変換することで、左右前後の状況を１台のカメラで見ることが可能としています。現在はAR（拡張実現）を利用し安全領域を考慮した通過可能空間壁の表示や進行方向情報表示を作成中です。有効性に関しては遠隔ロボットの手動型SLAM実験を通して確認していく予定です。ARはマーカレスであることが重要のため、提案法ではマーカとしてロボット下部に取り付けたUSBステレオカメラによる前方距離情報を使用します。今後は運搬や掘削動作などの遠隔動作で必要と考える力フィードバック（フォースフィードバック）など、環境の感覚情報などを取り入れた補助装置の有効性や盲点などの視覚情報なども取り入れた装置開発も実施していく予定です。

遠隔操作実験風景

ノイズ処理・消音制御関連

走行状態を再現するステレオ音響開発および環境ノイズ除去装置を利用して，運転操作実験環境の構築を目指しています。そのために，室内環境ノイズの低減を行う必要があります。そこで本研究ではアダプティプフィルターを利用した消音装置のため，音源と被験者までのチャネル推定をシステムモデリング手法を応用して設計を行います。従来のシステムモデリングでは，テスト信号としてランダム信号が使われかつ複数実験が必要でした。しかしこのような実験は被験者にとって負担となるため，モデリング推定のテスト回数を低減することは重要な問題となります。そこで，本研究ではFictitious Reference Iterative Tuning (FRIT)をチャネル推定に応用し，モデル設計実験回数低減を提案します。また，得られたチャネルを利用して動的なノイズキャンセラ－を設計し，ノイズ除去装置を開発していきます。

非線形・複雑系のモデル設計 (説明PDF)

本研究では制御設計に必要なモデリング設計の研究を行っています。今までに，車載カメラを利用した自動制御設計のモデリングおよび室内運搬ロボットのモデリングを実施してきました。今後は，４軸ヘリコプターや２輪倒立ロボットなど不安定制御系のモデリングとモデルに基づくロバスト制御設計についての研究を実施します。本研究では主に制御ソフトウェアのMATLABを使用し，シミュレーションと実験を同時に行い，提案法の有効性を検討していきます。

研究室活動情報

2019年度	学会参加等について掲載していきます
2018年度	学会参加等について掲載していきます

　基礎ゼミのテキスト
精密位置決め・送り系設計のための制御工学(森北出版)、松原　厚著