2018 Fiscal Year Research-status Report
風洞実験に基づいた車輪型ドローンのモデリングと適応最適制御系設計と飛行実験実証
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18K04196
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山田 学 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (40242903)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 自動制御 / 飛行ロボット / 非線形系 / ドローン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請者は、車輪型の保護フレームを付けた車輪型ドローンを2013年に発明し、これまで、壁面や天井などの構造物に接触しながら飛行し、狭い場所でも安定かつ正確に移動できる車輪型ドローンを開発してきた。本研究の目的は、構造物に接触しながら目標値に高精度で追従飛行できる車輪型ドローンの自動制御システムの開発である。
2018年度は、研究1年目であるため、研究課題①～⑥の中で、当初の予定通り、研究課題①の「小型・軽量・墜落しても壊れにくい車輪型ドローンの試作機製作」と、研究課題②の「風洞実験による風外乱下での車輪型ドローンの推力特性の解析とモデリング」を実施した。具体的な成果として、研究課題①では、当初の数値目標であった、全長30cm、重力2kg以下、姿勢角センサなどを搭載し、フィードバック制御により自動制御可能な、小型軽量な車輪型ドローンを試作した。また、墜落しても飛行体を保護する、軽量で安全性の高い車輪（保護フレームも兼ねる）も試作した。屋外で手動による飛行実験を行い、空中飛行だけでなく、壁面や天井に接触しながら、安全かつ自在に飛行できることを実証した。研究課題②では、本学の風洞実験室を利用して、様々な風速の下で、車輪型ドローンの推力実験や機体周りの流れの解析実験を実施した。実験方法として、風洞に壁面や天井を想定したセットを作り、下降流や横風の下での空力実験データを収集し、力学的な運動量保存則などに基づいて導出した数学モデルと比較しながら、モデリングの精度向上と数式モデルの構築を行った。計画通り順調に進んでいる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2018年度の研究計画は、研究課題①～⑥の中で、研究課題①の「小型・軽量・墜落しても壊れにくい車輪型ドローンの試作機製作」と、研究課題②の「風洞実験による風外乱下での車輪型ドローンの推力特性の解析とモデリング」を行うことである。上記の研究実績に記載の通り、2018年度は、まず研究課題①として、当初の数値目標である、全長30cm、重力2kg以下、姿勢角センサなどを搭載し、フィードバック制御により自動制御可能な、小型軽量な車輪型ドローンを試作した。また、墜落しても飛行体を保護する、軽量で安全性の高い車輪（保護フレームも兼ねる）も試作した。屋外で手動による飛行実験を行い、空中飛行だけでなく、壁面や天井に接触しながら、安全かつ自在に飛行できることを実証した。研究課題②では、本学の風洞実験室を利用して、様々な風速の下で、車輪型ドローンの推力実験や機体周りの流れの解析実験を実施した。実験方法として、風洞に壁面や天井を想定したセットを作り、下降流や横風の下での空力実験データを収集し、力学的な運動量保存則などに基づいて導出した数学モデルと比較しながら、モデリングの精度向上と数式モデルの構築を行った。以上のように、当初の計画通り、順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度の研究計画は、2018年度の研究課題②の成果を応用して、研究課題①～⑥の中で、研究課題③の「空中で安定・安全かつ高精度に飛行できる自動制御系の開発と実験」と、研究課題④の「地上をで安定・安全かつ高精度に走行できる自動制御系の開発と実験」、および研究課題⑤の一部である、「壁に接触し、安定かつ高精度に飛行できる自動制御系の開発と実験」を行うことである。そのために、本申請者が提案した「厳密な線形化手法」を応用して、非線形な車輪型ドローンに対するモデルベースの目標値追従制御系を設計する。実験実証では、2018年度の研究課題①の成果である「小型の車輪型ドローン」を利用して実施する予定である。
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| Causes of Carryover |
機体製作のための材料費が当初予算に比べて安く（48,815円）購入できたため。
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