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自動運転・自律移動ロボットの研究

これまでに、ビークル関係の研究を色々やってきましたが、一緒にやってる熊本大学の松永教授が4年で定年ということを考え、これまでの研究成果をまとめておこうと思います。抜けがあるかもしれませんが、業績全部貼るだけで1万文字を超えてびっくりしました。実装はほぼ松永先生と研究室学生であり、60超えてこれだけアクティビティがあるのはびっくりです。自動運転も継続して盛り上がっていますし、まだまだ研究開発は途上に思いますのでやれることはまだまだある気がしています。

業績一覧で、下線が入っているものは論文へのリンクがあります。読んでいただけると幸いです。目次は以下の7つに分かれています。


松永研のHPはこちら
System Integration Lab. (kumamoto-u.ac.jp)

きっかけ

私が自動車に興味を持ったきっかけは、フジテレビで放送していたF1です。阪大機械に入り、修士論文はビークルの制御(経路追従制御・自動運転)に関するものです。まず、大学の学部選びからして自動車が影響しているように思います。博士取得後に川路・松永研に着任しましたが、そこでもビークル制御をされていたので良い環境に恵まれていると思います。

自動車の経路追従制御

経路追従制御問題は自動運転において重要な要素技術の一つです。本研究成果の特徴は、これまで速度一定の仮定の元で経路追従制御の問題設定がされていた(2002年当時)ところに、速度の変化を最適化問題として扱った点にあります。経路の逸脱を許容する問題設定と、経路へは漸近追従し、経路追従則を制約条件として扱った問題設定とがあります。東工大の三平先生らが提案の時間軸状態制御を利用することで、時間ではなく経路長を評価区間に設定した最適化問題として定式化している点も特徴です。ロバスト経路追従や、最適化に基づく関数設計の研究も行っています。

関連論文・会議

H. Okajima and T. Asai:Path-Following Control based on Trajectory Differences, Proc. of The 10th IFAC/IFORS/IMACS/IFIP Symposium on Large Scale Systems, pp.735-740, 2004.7.

H. Okajima, T. Asai and S. Kawaji:Optimal Velocity Control Method in Path Following Control Problem, Proc. of The 17th IFAC World Congress, pp.90-95, 2008.6.

住友宣仁,岡島寛,松永信智,経路の道幅を考慮した状態フィードバック型経路追従制御則の設計,計測自動制御学会論文集,Vol. 57, No. 8, p. 349-357 (2021)

宮崎剛司,北原晃輔,岡島寛,松永信智:速度関数の最適化による車両の経路追従制御,システム制御情報学会論文誌Vol. 31, No. 7, pp. 274-280(2018)j-stage

岡島寛,松永信智:モデル誤差抑制補償器に基づくロバスト経路追従制御,システム制御情報学会論文誌,Vol.29,No.10,pp.466-468(2016) j-stage

岡島寛,浅井徹:「軌道の差」の評価に基づく軌道追従制御,システム制御情報学会論文誌,Vol.20,No.4,pp.133-143 (2007) j-stage

岡島寛,浅井徹,川路茂保:経路追従問題における最適速度制御,計測自動制御学会論文集,Vol.44,No.7,pp.566-574 (2008) j-stage

住友宣仁,岡島寛,北原晃輔,松永信智:設計パラメータを含む関数を利用した状態フィードバック型経路追従制御,第72回電気・情報関係学会九州支部連合大会 (2019)

北原晃輔,岡島寛,松永信智,車両の経路追従制御のための操舵制御則および加減速制御則の関数化,第37回計測自動制御学会九州支部学術講演会,102A4 (2018)

宮﨑剛司,岡島寛,松永信智:速度関数の最適化に基づく経路追従問題における速度制御,101B3,第35回計測自動制御学会九州支部学術講演会

岡島寛,浅井徹:「軌道の差」の評価に基づく軌道追従制御,計測自動制御学会第4回制御部門大会資料,pp.63-69,2004年5月

井上豪,岡島寛,浅井徹:乗り心地の評価に基づく4WS車両の軌道追従制御,第51回システム制御情報学会研究発表講演会資料,pp.423-424,2007年5月

岡島寛,浅井徹, 川路茂保:経路追従問題における最適速度制御,計測自動制御学会第36回制御理論シンポジウム資料,pp.197-200,2007年9月

自動車の直接ヨーモーメント制御

EVなどの駆動をインホイールモーターにすることでヨーモーメント制御を行うことが可能です。この研究では、直接ヨーモーメント制御を利用することで車両の運動特性を制御的に変更しようとするものです。具体的に、ニュートラルステア化やアンダーステア化の研究を行っています。指導学生が初めて賞をもらった研究テーマになります。

関連論文・会議

岡島寛,松永信智,川路茂保:ニュートラルステア特性実現のための直接ヨーモーメント制御,計測自動制御学会論文集,Vol.45,No.3,pp.153-159 (2009) j-stage

H. Okajima, S. Yonaha, N. Matsunaga and S. Kawaji:Direct Yaw-moment Control method for electric vehicles to follow the desired path by driver, SICE Annual Conference 2010, 2010.8.

岡島寛,松永信智,川路茂保:ニュートラルステア特性実現のための直接ヨーモーメント制御,計測自動制御学会第37回制御理論シンポジウム資料,2008年9月

與那覇翔平,岡島寛,松永信智,川路茂保:自動車の直接ヨーモーメント制御によるアンダーステア特性の実現,第27回SICE九州支部講演会,2008年11月

堀口充輝, 岡島寛, 松永信智, 川路茂保:タイヤ発生力限界を考慮した4輪独立駆動車両の最適駆動力配分,日本機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会資料,2009年6月

堀口充輝,岡島寛,松永信智:4輪独立駆動車両の制駆動力配分と前輪操舵の協調制御,計測自動制御学会第28回九州支部講演会資料,2009年11月

與那覇翔平,岡島寛,松永信智,川路茂保:DYCによる所望のステアリング特性の実現,電気学会C部門大会資料,2010年9月

与那覇翔平,松永信智,岡島寛,川路茂保:DYCを用いた後輪独立駆動車両の制御実験,第39回SICE九州支部講演会,2010年12月

ドライバーモデルの構築

ドライバモデルに関する研究と、ステアバイワイヤに関する研究は10年近く行っています。注視点距離が車速に応じて変わるドライバモデルを構築しています。

関連論文・会議

松永信智,岡島寛,志田裕紀,松野大亮:ドライビングシミュレータを用いた注視距離依存型操舵モデルの推定と評価,機械学会論文集, Vol. 83, No. 851, p. 16-00519 (2017) j-stage

T. Honda, N. Matsunaga and H. Okajima: Hybrid Steering Model depending on Driver's Gazing Point to detect inattentive driving using Machine Learning, 19th International Conference on Control, Automation and Systems, 1344-1349 (2019)

D. Matsuno, N. Matsunaga, Y. Shida and H. Okajima:Evaluation of steering model depending on gazing distance by using driving simulator, Proceedings of ICCAS 2016 (2016)

N. Matsunaga, H. Okajima, T. Yoshida and S. Kawaji:Passivity evaluation of steering action with adjusting reaction torque to the driver, ASCC2011, 2011.5.

本田拓也,坂本将一,松永信智,岡島寛:機械学習を用いた注視点依存型ハイブリッド操舵モデルの検討,ロボティクス・メカトロニクス講演会2019

坂本将一,進拓哉,岡島寛,松永信智:連続カーブ区間におけるドライバの注視点依存型操舵モデルの推定,ロボティクス・メカトロニクス講演会2018

山本雄斗,松永信智,岡島寛:角膜反射法を使った拡張現実世界における眼球運動の直接計測,ロボティクス・メカトロニクス講演会2018

松野大亮,松永信智,岡島寛,志田裕紀:連続するカーブ区間における注視点依存型操舵モデルの推定と評価,SICE九州支部学術講演会2017,2017年11月

松野大亮,志田裕紀,岡島寛,松永信智:単独走行と追従走行の注視点依存型モデルによる分析,第59回自動制御連合講演会,2016

志田裕紀,岡島寛,松永信智:ドライビングシミュレータを用いた注視点依存型操舵モデルの推定,102B2第34回計測自動制御学会九州支部学術講演会SICE九州支部奨励賞

志田裕紀,岡島寛,松永信智:注視点距離を考慮した走行軌道の評価に基づくドライバモデルの推定,第33回計測自動制御学会九州支部学術講演会,102A4,2014年12月

志田裕紀,岡島寛,松永信智:注視点距離の変化を考慮したドライバの操舵モデル,第59回システム制御情報学会研究発表講演会

吉田達郎, 任宰成, 中田泰志, 岡島寛, 松永信智, 川路茂保:非線形スケーリングゲインを用いたSteer-by-Wire 制御系の操舵特性の評価,日本機械学会ロボティクスメカトロニクス講演会資料,2009年6月

任宰成, 中田泰志, 岡島寛, 松永信智, 川路茂保:動的スケーリング項を用いた力帰還型バイラテラル制御によるSteer-by-Wire 制御系,SICE-SI2008,2008年12月

中田泰志,任宰成,岡島寛,松永信智,川路茂保:動的スケーリングを用いた力帰還型バイラテラル制御によるSteer-by-Wire 制御の実験検証,第27回SICE九州支部講演会,2008年11月

電動パーソナルビークルの制御

電動ビークルの制御に関する研究は長期に渡って行っており、後乗り型ビークルSTAViを利用した様々な研究成果があります。

解説記事

松永,岡島:MRを使った福祉車両の運転支援システム ,システム/制御/情報,Vol.65,No.9,pp.364-369 (2021)

岡島,松永:前輪駆動型電動車椅子に対する規範モデルに基づいた操縦性能改善,設計工学,Vol.50,No.4,pp.163-168 (2015)

関連論文・会議

A. T. Zengin, Y. Maruno, H. Okajima, N. Matsunaga:Maneuverability Improvement of Front-Drive-Type Electric Wheelchair STAVi, SICE Journal of Control, Measurement, and System Integration, Vol.6, No.6, pp.419-426 (2013) (T&F, Open Access)

Nobutomo Matsunaga, Ikuo Yamamoto, Hiroshi Okajima, Experiment of Navigation System for Personal Mobility Vehicles which Follows a Cluster of Pedestrians in Corridor using Median of Candidate Vectors Observer, Journal of Robotics and Mechatronics, Vol. 35, No. 6 (2023)

Y. Takeuchi, N. Matsunaga and H. Okajima: Driving Instruction and Training of Welfare Vehicle controlled by Virtual Platoon Scheme using Sharing System of AR, 19th International Conference on Control, Automation and Systems, 1438-1443 (2019)

K. Tanaka, S. Fukumoto, N. Matsunaga and H. Okajima:Obstacle Avoidance of Welfare Vehicle with Head Mounted Display using Spatial Mapping of Driving Environment, 19th International Conference on Control, Automation and Systems, 1222-1227 (2019)

Nobutomo Matsunaga, Yudai Takeuchi and Hiroshi Okajima, Driver’s Gaze-point Analysis of Virtual Platoon Driving for Welfare Vehicle using Direct Eye Measurement Device with HMD, 2019 12th Asian Control Conference, 18834072 (2019)

Shoichi Sakamoto, Nobutomo Matsunaga and Hiroshi Okajima, Hybrid Steering Model Estimated by Particle Swarm optimization Based on Driver’s Eye Tracking Information, 2018 18th International Conference on Control, Automation and Systems, Paper No.P00160 (2018)

Nobutomo Matsunaga, Ryota Kimura, Haruya Ishiguro, Hiroshi Okajima, Driving Assistance of Welfare Vehicle with Virtual Platoon Control Method which has Collision Avoidance Function Using Mixed Reality, Proceeding of 2018 IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, pp.1911-1916 (2018)

S. Kimura, N. Matsunaga, H. Okajima and G. Koutaki:Design of virtual platoon control system using augmented reality to assist welfare vehicle users, Proceedings of ICCAS 2017 (2017) Outstanding Paper Award

K. Kimura, N. Matsunaga and H. Okajima:Driving Assistance System forWelfare Vehicle using Virtual Platoon Control with Augmented Reality, Proceedings of the SICE Annual Conference 2017

T. Tanaka, H. Okajima and N. Matsunaga:Experiment of robust driving assistance control for skid steer welfare vehicle using model error compensator, Proceedings of ICCAS 2016 (2016) Outstanding Paper Award

T. Sugano, H. Okajima, S. Samura and N. Matsunaga:Narrow space driving of welfare vehicles using robust platoon control with adaptive way point tracking, Proceedings of the SICE Annual Conference 2016, pp.1436-1441 (2016)

T.Sugano, H.Okajima and N.Matsunaga:Robust and precise platoon driving control of welfare vehicles along wheel track by using model error compensator, IECON2015, YF-001503

T. Sugano, Y. Dan, H. Okajima, N. Matsunaga and Z. Hu:Indoor Platoon Driving of Electric Wheelchair with Model Error Compensator along Wheel Track of Preceding Vehicle, The 5th International Symposium on Advanced Control of Industrial Processes, 2014.5

Y. Dan, H. Okajima, N. Matsunaga, Z. Hu and N. Nakamura:Experiment of Indoor Platoon Driving using Electric Wheelchair STAVi Controlled by Modeling Error Compensation System, ICT-PAMM Workshop on Mobility Assistance and Service Robotics, p26-31, 2013.11.

K. Nabekura, H. Okajima, N. Matunaga and N. Nakamura:On Collision-Avoidance Steering Assistance of Piggyback Type Electric Wheelchair with Inference of Driver’s Intention, ICT-PAMM Workshop on Mobility Assistance and Service Robotics, p20-25, 2013.11.

Y. Maruno, Y. Dan, A. T. Zengin, H. Okajima and N. Matsunaga:Maneuverability Analysis of Front Drive Type Personal Vehicle STAVi using Modeling Error Compensation System, 7th IFAC Symposium on Advanced in Automotive Control, 2013.9.

A. T. Zengin, Y. Maruno, H. Okajima and N. Matsunaga:Slope driving experiment of front drive type electric wheelchair with casters using yaw-rate compensation, ICCAS 2012, 2012.10.

Y. Maruno, A. T. Zengin, H. Okajima,N. Matsunaga and N. Nakamura:Driving experiment of front drive type electric wheelchair using yaw-rate control, SICE Annual Conference 2012, WeA11-01 pp.1408-1413, 2012.8.

A. T. Zengin, Y. Maruno, H. Okajima and N. Matsunaga:Improvement in Straight-ahead Stability of Front Drive Type Electric Wheelchair using Yaw-rate Control, VTI 2012, 2012.7.

Y. Maruno, H. Okajima, A. T. Zengin and N. Matsunaga:Direct yaw moment control of front drive type electric wheelchair with free-casters, ICCAS 2011, 2011.10. Outstanding Award

A. T. Zengin, H. Okajima and N. Matsunaga:On vibration feedback method for pain emulation and its feedback to human, ICCAS 2011, 2011.10. Finalist of Outstanding Award

武内雄大,松永信智,岡島寛:拡張現実のシェアリングシステムによる福祉車両の操縦支援システムの開発,ロボティクス・メカトロニクス講演会2019

石黒晴也,松永信智,岡島寛:HoloLensを用いた福祉車両の自動運転システムの設計,ロボティクス・メカトロニクス講演会2018

橋口尚嗣,松永信智,岡島寛:Real Time A*を用いた福祉車両の自動運転,SICE九州支部学術講演会2017,2017年11月

木村亮太,小柳俊博,松永信智,岡島寛,上瀧剛:拡張現実感技術による仮想隊列制御を用いた操縦支援の評価,SICE九州支部学術講演会2017,2017年11月

木村亮太,松永信智,岡島寛:拡張現実を用いた福祉車両の操縦支援システム,ロボティクス・メカトロニクス講演会2017

坂本将一,田中友樹,岡島寛,松永信智:モデル誤差抑制補償器を用いた走行支援制御系による福祉用SSVの操作性評価,ロボティクス・メカトロニクス講演会2017

下川京将,松永信智,岡島寛:福祉車両の遠隔操縦による後列からの隊列誘導実験,203A3,第35回計測自動制御学会九州支部学術講演会

佐村聡,松永信智,岡島寛:仮想隊列制御を用いた福祉車両の伴走支援システム,第59回自動制御連合講演会,2016

田中友樹,宮本洋孝,岡島寛,松永信智:モデル誤差抑制補償器を用いたSSVの屋外操縦支援の評価,第59回自動制御連合講演会,2016優秀発表賞

宮本洋孝,田中友樹, 岡島寛,松永信智:ロバストな操縦支援制御によるスキッドステア型福祉車両の走行性能の改善,ロボティクス・メカトロニクス講演会2016

宮本洋孝,田中友樹,岡島寛,松永信智:操縦支援制御を用いたスキッドステア車両の屋外走行実験,202A5第34回計測自動制御学会九州支部学術講演会

田中友樹,宮本洋孝,岡島寛,松永信智:EKF を用いたスキッドステア型車両の操縦支援制御,電気学会産業応用部門大会2015

菅野達也,岡島寛,松永信智:モデル誤差補償型制御を用いた福祉車両の屋内隊列走行の評価,電気学会

宮本洋孝,岡島寛,松永信智:拡張カルマンフィルタを用いたスキッドステア車両の操縦支援制御,2015 JSME Conference on Robotics and Mechatronics ロボティクス・メカトロニクス講演会2015

橋本昌志,佐村聡,岡島寛,松永信智:福祉車両の自動操縦と手動操縦との切替制御系,2015 JSME Conference on Robotics and Mechatronics ロボティクス・メカトロニクス講演会2015

菅野達也,岡島寛,松永信智:路面状況を考慮した福祉車両の隊列走行制御系の設計,第33回計測自動制御学会九州支部学術講演会,103B2,2014年12月

宮本洋孝,岡島寛,松永信智:拡張カルマンフィルタを用いたスキッドステア車両の操舵支援制御,第33回計測自動制御学会九州支部学術講演会,103B1,2014年12月

橋本昌志,岡島寛,松永信智:福祉車両の自動操縦と手動操縦との切替手法の評価,第33回計測自動制御学会九州支部学術講演会,103A6,2014年12月

菅野達也,壇裕介,岡島寛,松永信智:モデル誤差補償型制御による福祉車両の屋内隊列走行システムの設計,ロボティクス・メカトロニクス講演会2014,2014年5月

宮本洋孝,鍋倉司樹,岡島寛,松永信智:体重移動を用いた前乗り型福祉用パーソナルビークルの操舵回避支援,ロボティクス・メカトロニクス講演会2014,2014年5月

橋本昌志,丸野裕太郎,岡島寛,松永信智:パーソナルビークルの操縦熟練度に基づく初心者フィルタの設計,第32回計測自動制御学会九州支部学術講演会,102A6,2013年12月

壇裕介,岡島寛,松永信智:屋内環境における電動車椅子STAViの隊列走行制御系の設計,第32回計測自動制御学会九州支部学術講演会,102B2,2013年12月

鍋倉司樹,岡島寛,松永信智:衝突危険時における操縦者の体重移動に基づく電動車椅子の操舵回避支援,第32回計測自動制御学会九州支部学術講演会,202A6,2013年12月

鍋倉司樹,丸野裕太郎,岡島寛,松永信智:パーソナルビークルSTAViの操作熟練度に応じた操縦特性の調整,ROBOMEC2013,2A2-R12,2013年5月

丸野裕太郎,岡島寛,Aydin Tarik Zengin,松永信智:ヨーレート制御による前輪駆動型電動車椅子の操作性評価,第31回計測自動制御学会九州支部学術講演会201B3,2012年12月

森永智也,Aydin Tarik Zengin,岡島寛,松永信智:規範モデルの切り替えによる前乗り型電動車椅子STAVi#2の走行特性の改善,第31回計測自動制御学会九州支部学術講演会201B5,2012年12月

壇裕介,岡島寛,松永信智:Adaptive Cruise Controlによる電動車椅子の走行実験,第31回計測自動制御学会九州支部学術講演会201B4,2012年12月

森永智也,岡島寛,松永信智:筋電信号を用いた前輪駆動型電動車椅子の走行制御,第30回計測自動制御学会九州支部学術講演会103A7,2011年12月

丸野裕太郎,岡島寛,松永信智,中村憲仁:平坦路走行モデルを用いた前乗り型電動車椅子の姿勢制御,ロボティクスメカトロニクス講演会2011,2011年5月

自律移動ロボットの制御

自律移動ロボットの研究です。複数ロボットやセンシング環境に関する研究などを行っています。

関連論文・会議

Nobutomo Matsunaga, Kazuhi Murata, Robust cooperative transport system with Model Error Compensator using multi-robots which has suction-cups, Journal of Robotics and Mechatronics, Vol. 35, No. 6 (2023)

I. Yamamoto, K. Nakamura, N. Matsunaga and H. Okajima: Crowd Tracking of Electric Wheelchair using RGB-D Camera with Median of Candidate Vectors Observer, Proceedings of the SICE Annual Conference 2021 (2021)

岡島寛,奥村洸祐,松永信智:モデル誤差抑制補償器を用いた車輪型倒立振子のロバスト速度補償,電気学会論文誌(C), Vol. 139, No. 3, (2019)

村田一陽,Almira Budiyanto,松永信智,岡島寛,モデル誤差抑制補償器を用いたマルチロボットによる協調搬送手法の実験検証 ,第41回計測自動制御学会九州支部学術講演会,102A4 (2022)

奥村洸祐,岡島寛,松永信智:モデル誤差抑制補償器を用いた車輪型倒立振子のロバスト走行,201B3,第35回計測自動制御学会九州支部学術講演会

山本雄斗,松永信智,岡島寛:Dynamic Windows Approachを用いた全方向移動ロボットの障害物回避,SICE九州支部学術講演会2017,2017年11月

関連動画(YouTube)

以下は自動運転に関する関連動画です。運動モデルや経路追従のための座標モデルの話を中心に動画化しています。

参考になれば幸いです。

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