2021 Fiscal Year Research-status Report

A Study on Design Theory for Small UAVs with Outstanding Flight Capability

Research Project

Project/Area Number	20K04344
Research Institution	Chiba University
Principal Investigator	鈴木智千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (90571274)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	非平面マルチロータヘリコプタ / 最適設計
Outline of Annual Research Achievements	本年度は，昨年度に引き続き非平面マルチロータヘリコプタを対象として機体最適設計方法の拡張と評価を実施した．昨年度評価指標としたForce Capacityに加えてTorque Capacityを評価指標に導入し，機体任意軸方向に所望の外力及びトルクを生成可能な最適なロータ姿勢の検討を行った．粒子群最適化法(Particle Swarm Optimization: PSO) によってロータ姿勢を最適化し，構築した設計手法の有効性を検証するため，得られた最適なロータ姿勢によって生成可能な推力及びトルク凸包を計算したところ，それが設定した設計仕様を満たしていることを確認した．一方で実機製作を行い，飛行検証に用いる非平面マルチロータヘリコプタのシステム構築を行った．6発ロータの機体フレームに対して各ロータの非平面配置を実現するための専用治具を製作し，任意のロータ姿勢で機体フレームに取り付けることを可能とした．小型マイコンとCPLDを組み合わせた制御ボードをプリント基板で製作し，IMU，テレメトリ用の無線モジュール，RC受信機と組み合わせた制御装置を開発した．RC信号の読み取りとモータ制御用のパルス生成コードをCPLDに実装し，各種センサの取り込み及び機体制御プログラムを小型マイコンに実装した．最終的にIMUの角速度データを用いた角速度制御系を設計，実装することで安定した手動操縦飛行が行えることを確認した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason シミュレーションによる検証に加えて，飛行検証に用いるための実機製作も順調に推敲できたため順調に進展していると評価しました．
Strategy for Future Research Activity	Force CapacityやTorque Capacityを用いた最適設計結果を反映した実機を用いた飛行検証を行うとともに，出力可制御性等の評価指標を導入することで，制御のしやすい無人航空機の設計論の構築という当初目的を達成することを目指します．