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非線形システムの制御方法、二足歩行ロボットの制御装置、二足歩行ロボットの制御方法及びそのプログラム UPDATE

国内特許コード P200016790
整理番号 5782
掲載日 2020年4月14日
出願番号 特願2017-088614
公開番号 特開2018-185747
出願日 平成29年4月27日(2017.4.27)
公開日 平成30年11月22日(2018.11.22)
発明者
  • 大塚 敏之
  • 片山 想太郎
  • 佐藤 康之
  • 土井 将弘
出願人
  • 国立大学法人京都大学
  • トヨタ自動車株式会社
発明の名称 非線形システムの制御方法、二足歩行ロボットの制御装置、二足歩行ロボットの制御方法及びそのプログラム UPDATE
発明の概要 【課題】不連続な状態変化を伴う非線形システムの動作を実時間で制御することが可能な非線形システムの制御方法、二足歩行ロボットの制御装置、二足歩行ロボットの制御方法及びそのプログラムを提供する。
【解決手段】非線形システムに関する状態を示す状態パラメータが取得される。モデル予測制御のアルゴリズムを用いて非線形システムを制御するための制御入力値が算出される。算出された制御入力値を用いて非線形システムが制御される。制御入力値は、指定されたタイミングにおいて状態が不連続に変化するように前記非線形システムの状態を拘束するペナルティ関数を用いて、算出される。
【選択図】図10
従来技術、競合技術の概要

二足歩行ロボットのような安定性の低いシステムを制御する際には、未来(有限時間後まで)のシステム挙動を予測しながら制御を行うモデル予測制御(receding horizon control;リシーディングホライズン制御)を用いることが有効である。モデル予測制御は、制御周期(サンプリング周期)ごとに各時刻から有限時間未来までの最適制御問題を解き、制御入力値を決定するフィードバック制御である。

フィードバック制御において、二足歩行ロボットは歩行動作等を伴う非線形性の高いシステムであるので、二足歩行ロボットの制御は、非線形モデル予測制御によって行われることが好ましい。ここで、非線形モデル予測制御は、一般に、多大な計算時間を要する。したがって、非線形モデル予測制御を用いて実時間(リアルタイム)で制御入力値の最適解を決定することは困難であった。

この技術に関連し、非特許文献1は、非線形モデル予測制御を実時間(リアルタイム)で行うことが可能な、C/GMRES法(continuation/generalized minimum residual method)と呼ばれる技術を開示する。C/GMRES法は、連続変形法(continuation method)とGMRES法とを組み合わせたアルゴリズムである。C/GMRES法は、状態変化が連続であるシステムに対し、最適解の連続性を利用して、最適解の変化率を求めながら最適解を追跡していく計算方法である。このC/GMRES法を用いることにより、非線形モデル予測制御においても、実時間でシステムを制御することが可能となる。

産業上の利用分野

本発明は、非線形システムの制御方法、二足歩行ロボットの制御装置、二足歩行ロボットの制御方法及びそのプログラムに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
非線形システムの制御方法であって、
前記非線形システムの状態を示す状態パラメータを取得する取得ステップと、
前記取得された状態パラメータに基づいて、モデル予測制御のアルゴリズムを使用して、前記非線形システムを制御するための制御入力値を算出する算出ステップと、
前記算出された制御入力値を用いて、前記非線形システムを制御する制御ステップと
を有し、
前記算出ステップにおいて、指定されたタイミングにおいて状態が不連続に変化するように前記非線形システムの状態を拘束する拘束パラメータを用いて、前記非線形システムの制御周期ごとに、前記モデル予測制御のアルゴリズムにおける予め定められた評価区間における前記制御入力値の最適解の変化率を算出し、前記変化率を用いて当該制御周期の次の制御周期における前記制御入力値の最適解を算出し、前記最適解から、現在の前記制御入力値を算出する
非線形システムの制御方法。

【請求項2】
2つの脚を用いて二足歩行を行うことが可能な二足歩行ロボットの動作を制御する二足歩行ロボットの制御装置であって、
前記二足歩行ロボットの歩行に関する状態を示す状態パラメータを取得する状態取得手段と、
前記取得された状態パラメータに基づいて、モデル予測制御のアルゴリズムを使用して、前記二足歩行ロボットの動作を制御するための制御入力値を算出する算出手段と、
前記算出された制御入力値を用いて、前記二足歩行ロボットの動作を制御する制御手段と
を有し、
前記算出手段は、指定されたタイミングにおいて前記2つの脚のうちの遊脚が着地するように前記二足歩行ロボットの状態を拘束する拘束パラメータを用いて、前記二足歩行ロボットの制御周期ごとに、前記モデル予測制御のアルゴリズムにおける予め定められた評価区間における前記制御入力値の最適解の変化率を算出し、前記変化率を用いて当該制御周期の次の制御周期における前記制御入力値の最適解を算出し、前記最適解から、現在の前記制御入力値を算出する
二足歩行ロボットの制御装置。

【請求項3】
前記拘束パラメータは、前記モデル予測制御のアルゴリズムで用いられる評価関数に含まれている
請求項2に記載の二足歩行ロボットの制御装置。

【請求項4】
前記拘束パラメータは、前記タイミングにおいて遊脚が着地したときの前記二足歩行ロボットの姿勢を指定する
請求項2又は3に記載の二足歩行ロボットの制御装置。

【請求項5】
前記拘束パラメータは、前記タイミングにおいて遊脚が着地したときの前記2つの脚の関節部の目標角度を指定する
請求項4に記載の二足歩行ロボットの制御装置。

【請求項6】
前記拘束パラメータは、調整可能なゲインを含む
請求項2から5のいずれか1項に記載の二足歩行ロボットの制御装置。

【請求項7】
2つの脚を用いて二足歩行を行うことが可能な二足歩行ロボットの動作を制御する二足歩行ロボットの制御方法であって、
前記二足歩行ロボットの歩行に関する状態を示す状態パラメータを取得する取得ステップと、
前記取得された状態パラメータに基づいて、モデル予測制御のアルゴリズムを使用して、前記二足歩行ロボットの動作を制御するための制御入力値を算出する算出ステップと、
前記算出された制御入力値を用いて、前記二足歩行ロボットの動作を制御する制御ステップと
を有し、
前記算出ステップにおいて、指定されたタイミングにおいて前記2つの脚のうちの遊脚が着地するように前記二足歩行ロボットの状態を拘束する拘束パラメータを用いて、前記二足歩行ロボットの制御周期ごとに、前記モデル予測制御のアルゴリズムにおける予め定められた評価区間における前記制御入力値の最適解の変化率を算出し、前記変化率を用いて当該制御周期の次の制御周期における前記制御入力値の最適解を算出し、前記最適解から、現在の前記制御入力値を算出する
二足歩行ロボットの制御方法。

【請求項8】
2つの脚を用いて二足歩行を行うことが可能な二足歩行ロボットの動作を制御する二足歩行ロボットの制御方法を実現するプログラムであって、
前記二足歩行ロボットの歩行に関する状態を示す状態パラメータを取得する取得ステップと、
前記取得された状態パラメータに基づいて、モデル予測制御のアルゴリズムを使用して、前記二足歩行ロボットの動作を制御するための制御入力値を算出する算出ステップであって、指定されたタイミングにおいて前記2つの脚のうちの遊脚が着地するように前記二足歩行ロボットの状態を拘束する拘束パラメータを用いて、前記二足歩行ロボットの制御周期ごとに、前記モデル予測制御のアルゴリズムにおける予め定められた評価区間における前記制御入力値の最適解の変化率を算出し、前記変化率を用いて当該制御周期の次の制御周期における前記制御入力値の最適解を算出し、前記最適解から、現在の前記制御入力値を算出する、算出ステップと、
前記算出された制御入力値を用いて、前記二足歩行ロボットの動作を制御する制御ステップと
をコンピュータに実行させるプログラム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 公開
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