1.

論文
論文
1. IT利用学生・教員コミュニケーションシステムの開発とその活用
近田, 康夫 ; 千木, 昌人 ; 藤田, 政之
出版情報: 工学・工業教育研究講演会講演論文集.  pp.411-412,  2004-07-30.  日本工学教育協会 = Japanese Society for Engineering Education
URL: http://hdl.handle.net/2297/32567
2.

論文
論文
2. ハイブリッド最適制御による視触覚を融合した医療メカトロニクス制御系設計の研究
藤田, 政之 ; Fujita, Masayuki
出版情報: 平成18(2006)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書概要 = 2006 Fiscal Year Final Research Report Summary.  2004 – 2006  pp.2p.-,  2008-05-26. 
URL: http://hdl.handle.net/2297/00063073
概要: 金沢大学大学院自然科学研究科<br />本研究の目的は,低侵襲外科手術用の内視鏡を操作するロボット(腹腔鏡把持ロボット)を,術者の望む視野を自動的に確保するために,ハイブリッド最適制御に基づき高性能化・ロバスト化することにあった.そのために … まず腹腔鏡把持ロボットを視覚フィードバックシステムとして捉えモデリングし,得られた数学モデルに基づき制御系設計のための問題設定を行つた.本研究では特に,最適制御から発展したモデル予測制御を視覚フィードバックシステムに適用した.ロボットマニピュレータのダイナミクスのエネルギー関数に着目し,このエネルギー関数をモデル予測の最適性に用いることにより,システムの高性能化・ロバスト化を達成した.この手法により,視覚フィードバックシステムに対するシステマティックな非線形制御系設計手法を明らかにした.つぎに,内視鏡を操作するロボットに穿刺作業などをサポートするロボットを組み合わせるために,カメラを操作するロボットと作業をおこなうロボットを一つのシステムとして捉えた可動カメラを用いた視覚フィードバックシステムを構成し,制御系を設計した.具体的には,視覚サーボ問題にロボットの追従問題を加えて数学的にモデリングし,得られた数学モデルに基づき,制御系設計のための問題設定をおこなった.そして,システムの有するエネルギー関数を用いて設計をおこなう手法に基づき,作業ロボットと併せた腹腔鏡把持ロボットの視覚フィードバック制御をおこなった.そして,2台のロボットと画像処理装置を組み合わせた動的視覚フィードバックシステムに対して,実際にディジタル制御装置を用いて検証実験をおこない,制御則の有効性の検証をおこなった.さらに,視覚と力・触覚を融合することで視触覚ハイブリッドシステムを構成し,制御系設計法を提案した後にシミュレーションにより有効性の検証をおこなった.最後に,研究の成果のまとめと発表をおこなった.<br />In this research, we consider the design of visual force feedback systems for medical mechatronics via hybrid optimal control. Firstly, the 3-D visual feedback control problem is established as the robot control problem and the estimation problem of the relative rigid body motion from the camera to the target object. For this problem, we propose a receding horizon control law based on optimization for the 3D visual feedback system, a highly nonlinear and relatively fast system. The stability of the receding horizon control scheme is guaranteed by using the cost function derived from an energy function of the visual feedback system.Secondly we propose control of visual feedback systems with a dynamic movable camera configuration. This configuration consists of a robot manipulator and a camera that is attached to the end-effector of another robot manipulator. We have experiments for evaluating the control performance using the dynamic visual feedback system that is constructed from two robot manipulators, a camera and an image processing board with a high-performance DSP and a real-time system.Finally we propose hybrid visual force feedback control that is integrated visual feedback control and force control. Simulation results are shown to verify the stability and performance analysis for the disturbance attenuation problem of the visual force feedback system.<br />研究課題/領域番号:16560381, 研究期間(年度):2004 – 2006<br />出典：「ハイブリッド最適制御による視触覚を融合した医療メカトロニクス制御系設計の研究」研究成果報告書　課題番号16560381（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-16560381/165603812006kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/)を加工して作成 続きを見る
3.

論文
論文
3. 非線形H_∞モデル予測制御によるオブザーバ型動的視覚サーボ系の設計に関する研究
藤田, 政之 ; Fujita, Masayuki
出版情報: 平成15(2003)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書概要 = 2003 Fiscal Year Final Research Report Summary.  2002 – 2003  pp.2p.-,  2005-04-18. 
URL: http://hdl.handle.net/2297/00063715
概要: 金沢大学工学部<br />本研究では,まず視覚サーボ問題を数学的にモデリングし,得られた数学モデルに基づき,制御系設計のための問題設定をおこなった.そして,設定された制御目的を満足するように制御系設計をおこなった.制御系設計の際には系のロバ … スト化のため,エネルギー関数を非線形Η_∞制御系設計法に基づき整形し,モデル予測における最適性を達成するように整形することで,視覚サーボ制御に対する非線形モデルΗ_∞予測制御系設計を進めた.同時に,ロボットとディジタル制御装置,カメラ・画像処理装置で構成される現有の視覚サーボシステムに,高速ディジタル制御装置とリアルタイム制御装置を組み入れて,基本的な動作が可能となるように実験の準備を進めた.そして,計算された制御則を実現するためのリアルタイム用ソフトウェアを開発した.この開発のためには,現有の開発支援用ソフトウェアを活用し,作業の効率化をはかった.また,実システムによる実験の準備として最適問題を解くアルゴリズムを考えシミュレーションをおこなった.開発された制御用ソフトウェアを高速ディジタル制御装置に移植し,視覚サーボ実験を実施した.ロボットマニピュレータ,高速ディジタル制御装置,カメラおよび画像処理装置を組み合わせて構築された視覚サーボ実験装置に対して,綿密な制御性能評価実験をおこなった.そして,得られた実験結果に対するデータ解析を,現有の高性能ワークステーションを用いておこなった.ここでは,実験の結果を系統的に検証するために,その平均的傾向とあわせて,最悪の状態でどのような振舞いをするのかについても十分に注意して検討を進めた.また,実験の結果とシミュレーションの結果を比較することにより,提案する制御則の制御性能と併せて開発したリアルタイム用ソフトウェアと最適問題を解く計算アルゴリズムについての検討もおこなった.そして最後に,研究成果のまとめと発表をおこなった.<br />In this research, we consider the design of observer-based dynamic visual servo systems via nonlinear H_∞ model predictive control. Firstly, the 3-D visual feedback control problem is established as the robot control problem and the estimation problem of the relative rigid body motion between the camera and the target object. For this problem, we propose a nonlinear H_∞ model l)redicti~7e control law for the visual servo systems. Specifically, the appropriate energy function to the proposed control law plays an important role in the control design.Secondly, the dynamic visual servo system is constructed from a robot manipulator, a camera and an image processing board with a. high-performance DSP and a. real-time system. While we provide real-time software for implementing the proposed control law to the real system, the algorithm for optimal problems is considered in order to calculate the controller by the real system.Finally, we have experiments for evaluating the control performances using the constructed dynamic visual servo system. Experimental results are analyzed exactly by a high-performance workstation. Not only the states of the average but also the states of the worst case are considered in order to verify the proposed control law with experimental results systematically. Moreover, the real-time software and the algorithm for optimal problems are reconsidered via, simulations and experiments.<br />研究課題/領域番号:14550442, 研究期間(年度):2002 – 2003<br />出典：「非線形H_∞モデル予測制御によるオブザーバ型動的視覚サーボ系の設計に関する研究」研究成果報告書　課題番号14550442（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-14550442/145504422003kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/)を加工して作成 続きを見る
4.

論文
論文
4. 非線形モデル予測制御による視覚サーボ系の高性能化に関する研究
藤田, 政之 ; Fujita, Masayuki
出版情報: 平成13(2001)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書概要 = 2001 Fiscal Year Final Research Report Summary.  2000 – 2001  pp.2p.-,  2003-09-16. 
URL: http://hdl.handle.net/2297/00063845
概要: 金沢大学工学部<br />視覚情報をフィードバックして,運動することは人間のもっとも基本的かつ重要な能力であり,実際の応用も多肢にわたっている.またラグランジアンダイナミクスや剛体運動の変換といった注目を浴びている非線形特性を視覚フィードバ … ック制御システムは有しているため,非線形制御理論による解析を行うことは重要である.本研究ではロボットマニピュレータなどの機械システムのモデル予測による視覚フィードバック制御に関する研究を行った.はじめに視覚フィードバック制御システムの特徴をとらえるために,3次元視覚フィードバック制御問題を,カメラと観測対象の相対位置姿勢に対する安定化問題に帰着させ定式化した.そして視覚フィードバックシステムの受動性と3次元回転行列変換の性質を利用することで,漸近安定性を保証する制御則を導出した.つぎに非線形モデルで記述される視覚サーボ問題に対して,移動物体の動きを最適に予測するために非線形モデル予測制御を適用し,視覚サーボ制御の追従性能をさらに高度化・ロバスト化した.研究の特徴は,視覚フィードバックシステムにおけるエネルギー関数をモデル予測の最適性に用いることにより,システムの高度化・ロバスト化を達成している点である.この手法により,視覚サーボ系に対して非線形モデル予測制御の枠組みに基づいた制御系設計法のひとつを提案した.<br />Motion control of the mechanical systems with visual feedback is a basic ability of human being. Appli cations that have been proposed widely span manufacturing, car steering and so on. Moreover, the visual feedback control is an important discipline that lies at the intersection between nonlinear control theory and geometric framework of the mechanics and image processing. This research deals with the visual feedback control of robotic manipulators in nonlinear control theoretical aspect.Firstly, the 3-D visual feedback control problem of the relative rigid body motion is considered as the stabilization problem with respect to the image feature position. By using the representation of SE(3), the relative rigid body motion dynamics between the target object and the camera has been derived. The passivity of the 3-D visual feedback system and the rotational matrix property derive the visual feedback controller to guarantee the asymptotic stability, in the Lyapunov sense.Next, the principal contribution of this research is the design and analysis of the isual feedback control via the nonlinear model predictive control. Based on the control Lyapunov function and the corresponding feedback control law, the stabilizing nonlinear model predictive control scheme for the 3-D visual feedback system has been proposed. The proposed scheme has employed the cost function as a Lyapunov function for establishing stability.<br />研究課題/領域番号:12650440, 研究期間(年度):2000 – 2001<br />出典：「非線形モデル予測制御による視覚サーボ系の高性能化に関する研究」研究成果報告書　課題番号12650440（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所））（https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-12650440/126504402001kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/)を加工して作成 続きを見る
5.

論文
論文
5. ロバストH_∞制御による視覚サーボ系の設計に関する研究
藤田, 政之 ; Fujita, Masayuki
出版情報: 平成11(1999)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書概要 = 1999 Fiscal Year Final Research Report Summary.  1998 – 1999  pp.2p.-,  2001-10-22. 
URL: http://hdl.handle.net/2297/00064053
概要: 金沢大学工学部<br />視覚情報をフィードバックして,運動を制御することは人間のもっとも基本的かつ重要な能力であり,実際の応用も多岐にわたっている.またラグランジアンダイナミクスや剛体運動の変換といった注目を浴びている非線形特性を視覚フィ … ードバック制御システムは有しているため,非線形制御理論による解析を行うことは重要である.本研究ではロボットマニピュレータなどの機械システムのロバスト視覚フィードバック制御に関する研究を行った.とくに消散システム理論に基づいて,視覚フィードバック制御系の安定性およびL_2ゲインによる外乱抑制性能の解析について考察した.はじめに視覚フィードバック制御システムの特徴をとらえるために,平面マニピュレータの視覚フィードバック制御問題を,画像面上の点座標の原点における安定化問題に帰着させ定式化した.そしてマニピュレータダイナミクスの受動性と,2次元回転変換の性質を利用することで,漸近安定性を保証する制御則を導出した.つぎに静止対象の仮定を除くために対象の未知運動を外乱入力と考え,L_2ゲインによる制御性能解析が視覚フィードバック制御において重要であることを提案した.ここでL_2ゲイン解析における消散不等式の解を視覚フィードバックシステムのエネルギー関数を利用して直接構成可能であることを示した.またマニピュレータのダイナミクスモデルのパラメトリックな不確かさに対するロバストな安定性と制御性能を保証する適応H_∞視覚フィードバック制御を提案した.<br />Motion control of the mechanical systems with visual feedback is a basic ability of human being. Applications that have been proposed widely span manufacturing, car steering and so on. Moreover, the visual feedback control is an important discipline that lies at the intersection between nonlinear control theory and geometric framework of the mechanics and image processing. This research deals with the visual feedback control of robotic manipulators in nonlinear control theoretical aspects.Firstly, the visual feedback control problem of the planar manipulator is considered as the stabilization problem with respect to the image feature position. The passivity of the manipulators and the rotational matrix property derive the visual feedback controller to guarantee the asymptotic stability in the Lyapunov sense.Next, the principal contribution of this research is the design and analysis of the robust visual feedback control in the nonlinear HィイD2∞ィエD2 setting. The HィイD2∞ィエD2 visual feedback control achieves the internal stability and the LィイD22ィエD2 gain disturbance attenuation property against the exogenous inputs, e.g., joint torque disturbances and unknown target motions. For the LィイD22ィエD2 gain performance analysis, the storage function is directly constructed via the properties of the manipulator dynamics and the rotational matrix. Then, the robust visual feedback control against the parametric uncertainties of the manipulator model is proposed. The adaptive HィイD2∞ィエD2 control technique provides the robust visual feedback control algorithm and the storage function for the LィイD22ィエD2 gain performance analysis.<br />研究課題/領域番号:10650357, 研究期間(年度):1998 – 1999<br />出典：「ロバストH_∞制御による視覚サーボ系の設計に関する研究」研究成果報告書　課題番号10650357（KAKEN：科学研究費助成事業データベース（国立情報学研究所）） （https://kaken.nii.ac.jp/ja/report/KAKENHI-PROJECT-10650427/106504271999kenkyu_seika_hokoku_gaiyo/）を加工して作成 続きを見る