Study on Multicopter with transformable propeller arm

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K04387
• Research Institution: Meijo University
• Principal Investigator: 大原 賢一 名城大学, 理工学部, 教授 (50517886)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ロボティクス

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，インフラ点検などを対象に検査対象面となる橋脚への接近や，通常のマルチコプタによる目視点検では困難な，狭隘部の点検を１つの機体で実現することを目指し，飛行時に形状が変化するマルチコプタの開発を目指している．
2020年度は，変形機構を有するマルチコプタの設計を中心に取り組み，変形時の制御則の検討，およびマルチコプタの設計を進め，制御則の結果に応じた設計仕様の見直しを行った．
機体の制御則については，６つのロータから４つのロータに急激に変化した場合にも飛行を継続できるようにすることを目指し，飛行に利用できるロータ数が変化した場合にも柔軟に制御則を切り替えて飛行する形を考案した．制御則の妥当性検証のためにシミュレータ上で動作検証を行い，正しく制御が行われ，ロータの数の変化に対しても安定して飛行を行えることを検証した．
マルチコプタの機体の設計としては，橋脚などへの接近を実現するためのチルトロータの実現に向け，２つのロータをつなぐ軸を１自由度で回転できる機構を採用し，ホバリング時，接近するための推力方向の変更が可能な機構を考案した．また，狭隘部の点検のために，ロータ部をアームとして活用するための機構として，ロータの根本に回転１自由度と直動１自由度をもつ機構を考案した．本体重量を考慮に入れた仕様設計を見直しながら，試作に取り掛かるレベルまで設計の改善を進めた．
飛行制御の基礎検証と，機体設計が完了したため，2021年度は試作を進め，機体設計および制御則の妥当性について検証を進めていく．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究開発に着手した段階での計画では，制御則の構築と，機体設計を完了するところまでを計画しており，予定通り，機体設計及び制御則の構築を完了することができたため．

Strategy for Future Research Activity

2021年度は，機体の試作を通じて，設計の妥当性の評価と制御則の妥当性の評価を行う．新型コロナウイルスの影響による，実機制作の遅れを想定し，制御則検証のための動力学シミュレーション環境の構築も合わせて行っていく予定である．
合わせて，１年目の研究成果を学会などで発信していく．

Causes of Carryover

当初，研究の進捗に応じて，設計の個々の検証を進める予定で予算を計上していたが，新型コロナウィルスの影響を受け，ハードウェアを用いた研究開発が実施しにくくなり，CADやMATLABなどを利用した設計主体となったため，次年度への繰越が発生した．
2021年度にはハードウェアの試作を行う予定であり，そこで機構の具現化をすすめることで，前年度の予算と合わせて執行していく予定である．