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．

在这项研究中，我们的目标是设计一种具有可变机构的多旋翼飞行器，今年我们特别利用模拟器对所研制飞机的飞行实验和机构可变时的控制稳定性进行了研究和开发。我们一直在开发的多旋翼飞行器是一种六旋翼多旋翼飞行器，其机构允许改变六旋翼中的一组对角线。到R3财年，我们已经设计并实现了可变机构的飞机，但在飞行实验中，我们无法实现改造前的稳定控制，需要对飞机设计进行审查。此外，由于变形机构的重量增加，不再有足够的推力进行控制。因此，通过重新审视机构，对整体硬件进行改进，包括减轻飞机的重量，我们成功地比第一架模型减轻了约1公斤的重量。另一方面，在飞行实验方面，由于疫情的原因，我们无法进行很多外部飞行实验，无法做出足够的改进，所以飞机的飞行稳定性方面仍然存在问题。因此，为了达到我们的研究目标，我们重点使用模拟器进行验证，并研究了飞行过程中改变两个旋翼方向的影响，以及实现飞行稳定性的控制方法的动力学。模拟器凉亭。此外，我们正在使用 MATLAB/Simlink 进行基本控制系统的验证，检查控制法则以避免由于旋翼数量变化而导致的飞行不稳定，并改进迄今为止已研究的可变机构。澄清我们拥有的多旋翼飞行器的问题。未来，除了审查飞机设计外，我们还将进行稳定飞行的验证以及基础设施检查变形机构的实现，这也是本次研究的目标。