未知対象物のオンライン空力特性推定手法に基づく高機動型無人航空機の自律物体搬送

基于未知物体在线气动特性估计方法的高机动无人机自主物体运输

基本信息

批准号：
13J04220
负责人：
大瀬戸篤司
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013 至 2014
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J04220/
关键词：
無人航空機自動制御物資搬送空力推定

项目摘要

従来の災害時における無人航空機の役割は空撮による情報収集であり, 救援物資の運搬は十分考慮されていない. しかし, 2011年の東日本大震災では, 道路が寸断され車両の到達が困難な場所や建物上層階に被災者が取り残される状況が発生した. この経験から情報収集だけでなく, 物資運搬が可能な無人航空機が必要とされる. しかし, どのような物資がどれだけ必要かは事前には分からず, さらに物資は重心や空力形状を考慮していないため搬送が難しいという問題がある. ケースに入れて運搬する場合でも, ケース内の質量分布は未知であり, 様々な形状のケースに対応する必要がある. この問題に対して, 無人航空機が搬送物の形状や重量を認識し, 臨機応変に搬送を行う制御アルゴリズムを構築することで解決を目指した. これまでに, 搬送物の空力特性を利用した搬送制御アルゴリズムの構築と検証を行った. 搬送物の空力特性が既知のとき, 搬送物の空力特性を利用し効率良く飛行することが可能であることをシミュレーションにより証明している.平成26年度は飛行アルゴリズムの有効性を実験的に検証することを中心に研究を行った. 構築したアルゴリズムを実機に実装し, 効率的な飛行が行えるかどうかを検証した結果, 搬送物の特性を活かし効率的に飛行することに成功した. また効率的に飛行可能な姿勢へ遷移する課程にも注目し, 安全に飛行姿勢まで遷移させる手法を開発し, 実験により有効性を検証した. 検証の結果, 無人航空機を安全に飛行姿勢へ遷移させることに成功した. これらの成果は雑誌論文へ投稿され, 現在審査を受けている. また搬送中だけでなく空中静止状態においても, 風の方向を推定して風の影響をもっとも受けにくい姿勢へ自動で遷移することが可能であることを, シミュレーションで証明した. 次に物資搬送に特化した機体の研究開発も行った. 従来型の回転翼無人航空機よりも制御出力が多く, 位置と姿勢を完全に独立して制御可能な無人航空機を開発した. この機体は従来機体では侵入できないような狭い空間にも進入し物資を運搬することが可能であることを実験により証明した. そのため災害時の物資運搬などに有効である. この成果はロボット学会で高い評価を受け, 雑誌論文へ推薦され査読中である.

传统上，无人机在灾害期间的作用一直是通过航拍来收集信息，而没有充分考虑到救灾物资的运输，导致灾民被困在建筑物高层的情况。无人机不仅可以收集信息，还可以运输物资。存在的问题是，由于事先不知道需要多少材料，并且没有考虑材料的重心和空气动力形状，因此难以运输材料。即使在箱中运输时，质量箱子内部的分布是未知的，需要处理各种形状的箱子，为了解决这个问题，我们可以通过构建一个控制算法来解决这个问题，让无人机能够识别所运输的形状和重量。我们的目标是解决这个问题。到目前为止，我们构建并验证了一种利用运输物体的空气动力特性的运输控制算法。当运输物体的空气动力特性已知时，我们通过仿真证明可以利用运输物体的空气动力特性进行有效的飞行。 2014财年，我们的研究重点是通过实验验证飞行算法的有效性。在实际飞机上实施所构建的算法并验证是否可以实现高效飞行的结果是，我们成功地利用了运输工具的特性进行了高效飞行。目的。我们还关注了高效过渡到飞行姿态的过程，开发了一种安全过渡到飞行姿态的方法，并通过实验验证了其有效性。验证的结果是，我们发现无人机可以安全地过渡到飞行姿态。飞行姿态这些结果已提交给期刊文章，目前正在审查中。此外，不仅在运输过程中，而且在空中静止时，都会估计风向并选择最不易受到影响的姿势。我们通过模拟证明了可以自动过渡到接下来，我们进行了专门用于运输货物的飞机的研发。我们开发了一种比传统旋翼无人机具有更多控制输出的无人机，并且其位置和姿态可以完全独立控制，我们通过实验证明了这一点。它可以进入传统飞机无法进入的狭窄空间并运输物资，这使得它在灾难期间运输物资变得有用，这一结果受到了机器人学会的高度赞扬，已被推荐在期刊上发表，目前正在审查中。。