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Analysis of Flight Limitations of Multicopters and Autonomous Avoidance of Unstable Regions Using Thrust Vector Control

Research Project

Project/Area Number 19H02114
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 20020:Robotics and intelligent system-related
Research InstitutionShibaura Institute of Technology

Principal Investigator

Abiko Satoko  芝浦工業大学, 工学部, 教授 (40560660)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 辻田 哲平  防衛大学校(総合教育学群、人文社会科学群、応用科学群、電気情報学群及びシステム工学群), システム工学群, 准教授 (40554473)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Fiscal Year 2019: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
Keywordsマルチコプタ / オンボード推力計測 / 気流解析 / 適応PID制御 / 推力ベクトル可変機構 / 推力計測 / 飛行制御 / マルチコプター / 不安定飛行 / 航空ロボット / ボルテックスリングステート
Outline of Research at the Start

本研究では,①マルチコプタの垂直降下時に生じるボルテックス・リング・ステート(Vortex Ring State, VRS)や突風外乱のような不安定領域を実験的に明らかにし,②その飛行限界を超えた,より安全な飛行のために,推力ベクトル可変機構等の機構的工夫を活用したマルチコプタの自律回避飛行の実現を目指す.マルチコプタの性能限界を実験的に検証し,それらの定量的計測データとモデルに基づき,空力特性を考慮した機体を提案することで,ボルテックス・リング・ステートなどの不安定領域を回避することを目指す.

Outline of Final Research Achievements

This study carried out the flight performance of the multicopters in the imitated updraft, and PIV analysis and CFD simulations for thrust change of multirotors near the wall. In the study, onboard thrust measurement mechanisms were developed, and the difference between the thrust coefficient in flight and that in a priori evaluation is clarified. Besides, adaptive PID control is applied to the multicopter with vector thrust mechanisms to improve control performance in such environmental conditions.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は,上昇気流下や壁面近傍でのマルチコプタの推力変化に着目し,その影響を明らかにすることで,狭隘空間や極端な風環境条件下での飛行制御への発展を行う研究で有る.レベル4での飛行が可能となったドローンの社会浸透が進むにつれて,今後ドローンに求められる役割がそれにとって厳しい環境もありうる。その発展に寄与する研究である。

Report

(4 results)
  • 2022 Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2023 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (14 results)

  • [Journal Article] ドローンの機構拡張とその飛行制御2022

    • Author(s)
      安孫子 聡子
    • Journal Title

      日本AEM学会誌

      Volume: 3 Pages: 293-296

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Journal Article] Seamless 90-Degree Attitude Transition Flight of a Quad Tilt-rotor UAV under Full Position Control2020

    • Author(s)
      Tomoyuki Magariyama and Satoko Abiko
    • Journal Title

      Proceedings of the 2020 IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics

      Volume: - Pages: 839-844

    • Related Report
      2020 Annual Research Report 2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 推力測定機構を有するマルチコプタUAVの推力係数の検証2023

    • Author(s)
      安孫子聡子,國本瑛大,辻田哲平,佐藤大祐
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] クアッドチルトロータUAVの適応PID制御を活用した制御パラメータチューニング2023

    • Author(s)
      田中 涼,安孫子聡子,辻田哲平,佐藤大祐
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2023
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] クアッドチルトロータ UAV の開発効率化のための RAD フレームワークの構築2022

    • Author(s)
      田中 涼,安孫子聡子,辻田哲平
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 壁面近傍におけるプロペラ周りの気流の数値流体力学解析2022

    • Author(s)
      坂爪 竣哉,安孫子 聡子,吉原 匠,辻田 哲平,山田 俊輔
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2022
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチコプタのモータ独立制御のための推力測定機構の開発2021

    • Author(s)
      國本瑛大,安孫子聡子,吉原匠,辻田哲平
    • Organizer
      第22回システムインテグレーション部門講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 壁面近傍におけるマルチコプタの安定飛行に向けた単一ロータ周りの気流の可視化2021

    • Author(s)
      吉原匠,安孫子聡子,坂爪竣哉,國本瑛大,辻田哲平
    • Organizer
      第22回システムインテグレーション部門講演会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチコプタのプロペラ周りの流れ場計測のためのオンボード気流可視化システムの開発2021

    • Author(s)
      豊田素直,安孫子聡子,辻田哲平
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      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 2軸チルト機構を有するクアッドロータUAVの任意姿勢における位置制御飛行2021

    • Author(s)
      國本瑛大,安孫子聡子
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      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2021
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] クアッドチルトロータUAVのシームレス90度姿勢繊維飛行の実飛行検証2020

    • Author(s)
      坂井 佑将, 安孫子 聡子
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 2軸チルトメカニズムを有するクアッドロータUAVの開発と評価2020

    • Author(s)
      戸田 泰三, 安孫子 聡子
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2020
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 壁面近傍における自己生成気流のマルチコプタUAVへの影響の実験的検証2019

    • Author(s)
      村松 拓実, 安孫子 聡子
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
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  • [Presentation] クアッドチルトロータUAVのLQIによる位置制御2019

    • Author(s)
      曲山 智之, 安孫子 聡子
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] クアッドチルトロータUAVのシームレス90度ロールアップホバリング制御2019

    • Author(s)
      坂井 祐将, 安孫子 聡子
    • Organizer
      日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会2019
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 任意姿勢変化が可能な2軸の推力方向可変機構を有するUAVの飛行シミュレーション2019

    • Author(s)
      戸田 泰三, 安孫子 聡子
    • Organizer
      第37回日本ロボット学会学術講演会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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