Study on Multicopter with transformable propeller arm

可变形桨臂多旋翼飞行器研究

基本信息

批准号：
20K04387
负责人：
大原賢一
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Meijo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04387/
关键词：
マルチコプタ飛行制御可変機構ロボティクス制御

项目摘要

本研究では，可変機構を有するマルチコプタの機構設計を目指しており，本年度は特に開発した機体の飛行実験およびシミュレータによる機構可変時の制御の安定性についての研究開発を進めた．開発を進めたマルチコプタは６ロータのマルチコプタであり，６つのうちの対角の１組を可変できる形の機構をもたせた．R3年度までに可変機構を持つ機体の設計および実装を進めてきたが，飛行実験において，変形前の段階で安定制御ができず，機体設計の見直しが必要となっていた．合わせて，変形機構部の重量増加により，制御を行うための推力の余裕がない状態となっていた．そこで，機構の再検討および機体の軽量化などハードウェア全般の改良を進めて，初号機よりも１kg程度の軽量化に成功した．一方で，飛行実験について，コロナ下ということもあり，外部での飛行実験の数をこなせず，十分な改善が行えなかったこともあり，機体の飛行安定性という点において課題が残っていた．そのため，研究目標に到達するために，シミュレータによる検証に重点を置き，飛行時の２つのローターの向きを変えることによる影響の調査から，飛行安定性を実現するための制御手法などについて，動力学シミュレータであるGazeboを用いて，検証を行った．また，基本的な制御系については，MATLAB/Simlinkを用いて検証を進め，ロータ数の変更に伴う飛行の不安定性を回避するための制御則の検討を進め，現在まで検討してきた可変機構を有するマルチコプタの課題を明らかにすることができた．今後は，機体設計の見直しと合わせて，安定飛行と，本研究で目指すインフラ点検向けの変形機構の実現について検証を進めていく．

这项研究旨在为具有可变机制的多杆设计机制设计一种机制，今年，我们一直在对飞机的飞行实验进行研发，当我们开发的飞机的飞行实验以及使用模拟器可变时控制的稳定性。我们已经开发的多功能器是一个六旋翼多功能器，其机制允许六个的对角线之一可变。到第3年，我们一直在设计和实施具有可变机制的飞机，但是在飞行实验中，在变形前的舞台上无法进行稳定的控制，因此有必要审查飞机设计。另外，由于变形机制的重量增加，没有推力控制它的空间。因此，我们已经努力改善硬件，例如重新审视机制并减少飞机的重量，并成功地将单元的重量减少了约1公斤。另一方面，由于共同199大流行，飞机的飞行稳定性仍然存在问题，因为无法完成外部飞行实验的数量，并且无法进行足够的改进。因此，为了实现研究目标，我们专注于使用模拟器进行验证，并通过调查飞行过程中两个转子方向的效果，我们使用了动态模拟器Guazebo来验证实现飞行稳定性的控制方法。此外，使用MATLAB/SIMLINK对基本控制系统进行了验证，并研究了控制规则，以避免由于转子数量的变化而导致飞行不稳定，以及具有可变机制的多次驱动器的问题已阐明了当前时间。将来，与飞机设计的综述一起，我们将继续研究稳定飞行的实现以及针对基础设施检查研究中针对的转型机制。