2019 Fiscal Year Annual Research Report
Aerial manipulation by an omnidirectional unmanned aerial vehicle with a robot hand
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17K14634
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
大瀬戸 篤司 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 研究開発員 (10775703)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 無人航空機 / マニピュレータ / 制御理論 / 飛行制御 / 最適化 / 産業用ロボット / 動作生成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、位置と姿勢を任意に選択可能な無人航空機（無指向性無人機）とロボットハンドの組み合わせにより、無人機全体をマニピュレータ化し、作業範囲に制限がない空中マニピュレータを実現することである。空中マニピュレータの実現には、冗長多リンク系無人機の制御理論、空中マニピュレータの作業動作生成アルゴリズムが必要であり、2019年度はそれらを実現するために以下の研究を行った。
空中マニピュレータは位置と姿勢の6自由度を独立して制御するため、推進器4個とチルトサーボ4個の8制御入力を持った冗長系であり、アクチュエータに対して制御力・トルクに応じた適切な制御入力の割り当てを行う必要がある。本研究では、変数変換により非線形な割り当て問題を線形問題に変換することで、計算コストの少ない制御入力の生成方法を構築した。この制御則を昨年度までに開発した空中マニピュレータに実装し、飛行実証試験を実施した。実験の結果、空中マニピュレータを任意の位置・姿勢で安定して飛行させることに成功した。
空中マニピュレータで地上マニピュレータと同様の作業を実施するには、作業動作を空中マニピュレータの手先軌道に変換することが必要である。そこで手先位置と無人機重心の物理的な位置の差異を考慮し、手先の位置・姿勢を時系列で与えると無指向性無人機の飛行計画へ変換するアルゴリズムを開発した。そして飛行試験により目標の手先の位置・姿勢に従い無人機を飛行させることで、基礎的な作業動作を実現することに成功した。
本研究全体の取り組みにより空中マニピュレータのハードウェアとソフトウェアが開発された。さらに空中マニピュレータに適用可能な位置姿勢独立制御則と作業動作生成アルゴリズムが構築され、飛行試験により理論が有効であることを実証した。これにより無指向性無人機とロボットハンドの組み合わせによる空中マニピュレータシステムが実現した。
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| Remarks |
第20回公益社団法人計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会を受賞
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