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都市部での高密度ドローン運行戦略のための空力相互作用を考慮した近接飛行限界の解明

Research Project

Project/Area Number 23K24928
Project/Area Number (Other) 22H03672 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 61050:Intelligent robotics-related
Research InstitutionShibaura Institute of Technology

Principal Investigator

安孫子 聡子  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)
佐藤 大祐  東京都市大学, 理工学部, 准教授 (40344692)
伊賀 由佳  東北大学, 流体科学研究所, 教授 (50375119)
関根 久子  東北大学, 農学研究科, 教授 (80455302)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
Fiscal Year 2022: ¥13,000,000 (Direct Cost: ¥10,000,000、Indirect Cost: ¥3,000,000)
Keywords高密度飛行 / ドローン運行 / 空力相互作用
Outline of Research at the Start

本研究の目的は,都市部などの建物が比較的密集する中での風環境だけでなく,建物とドローン間もしくはドローン同士の空力の相互作用をも考慮したドローン運行戦略の構築である.風環境に対する経路計画の先行研究は既にいくつか存在するが,本研究では,さらに一歩踏み込み,対象物との接近飛行による空力相互作用と限界近接飛行領域を明らかにし,ドローンのサイズや環境との相互作用に対する境界条件を考慮した飛行計画,および積極的に相互作用のエネルギを活用した飛行戦略を提案することを目指す.

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は,都市部などの建物が比較的密集する中での風環境だけでなく,ドローン同士の空力の相互作用をも考慮したドローン運行戦略の構築である.風環境に対する経路計画の先行研究は既にいくつか存在するが,本研究では,さらに一歩踏み込み,対象物との接近飛行による空力相互作用と限界近接飛行領域を明らかにし,ドローンのサイズや環境との相互作用に対する境界条件を考慮した飛行計画や制御手法を提案することを目指す。研究の基礎として,上下・左右での二機体が交差飛行した場合の気流の影響を実験的に検証し,相互作用の影響を理論的に分析した.また,開口部を有する閉鎖空間へのドローンの進入時の気流の影響を分析し,外乱推定による進入戦略を提案すると同時に,実験的に基礎検証を実施した.また,都市部の密集飛行に対して,安全面も考慮し,河川上空飛行を想定し,その飛行戦略について検討した.気流の影響を予測する手法として,PINNsと呼ばれる物理法則を考慮したニューラルネットワークによる気流予測手法の検討および音情報による推力推定を実施した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の想定に反し、フライトコントローラ(FC)とグランドステーションとの通信および制御系の開発において、通信方式の調整とロバストな制御系構築のため、OSとFCの実装に時間を要することが判明したため。

Strategy for Future Research Activity

2機体の交差飛行が完成しているため,今後は開発したアルゴリズムの実装を進める。2機体以上の安全交差飛行に関しては,小型ドローンを複数機用い,実装する。

Report

(1 results)
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (9 results)

All 2024 2023

All Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Presentation] 機械学習を用いた音情報に基づくロータの推力推定2024

    • Author(s)
      牧野峻典、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2024
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] UAVによるベランダ配送のためのPINNsによる開口部を有する空間の二次元気流解析の実時間性・精度評価2024

    • Author(s)
      関美怜、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2024
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 都市部での高密度UAV配送に向けた河川上空に限定した経路計画手法の検討2024

    • Author(s)
      山田流聖、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2024
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] Two-dimensional Airflow Analysis of Enclosed Space with an Opening Based on PINNs for Real-time Control of UAVs2024

    • Author(s)
      Satoko Abiko, Misato Seki, Teppei Tsujita, Daisuke Sato
    • Organizer
      2024 IEEE International Conference on Robotics and Automation
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] UAVによるベランダ配送の実現に向けた外乱オブザーバによる風外乱補償の基礎検証2024

    • Author(s)
      吉原匠,武田遼典,石井雅人,安孫子聡子,辻田哲平,佐藤大祐
    • Organizer
      計測自動制御学会 東北支部 347回研究集会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 小型マルチコプタ間の気流の影響を考慮したすれちがい飛行の基礎検証2023

    • Author(s)
      山田流聖,安孫子聡子,霜田光佑,辻田哲平,佐藤大祐
    • Organizer
      第66回自動制御連合講演会2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] プロペラ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
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 推力変化に着目した2 機のマルチコプタUAVの近接時における相互作用の検証2023

    • Author(s)
      武田遼典,安孫子聡子,辻田哲平,佐藤大佑,伊賀由佳
    • 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
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] UAV Delivery Flight to the veranda Identified Using 2D Codes2023

    • Author(s)
      Masato Ishii, Satoko Abiko, Takumi Yoshihara, Teppei Tsujita, and Daisuke Sato
    • Organizer
      SICE Annual Conference
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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