2012 Fiscal Year Annual Research Report
自律型無人ヘリコプタを用いた超高精度3次元地形情報収集システムの開発
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24360095
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
中西 弘明 京都大学, 工学研究科, 講師 (50283635)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
金田 さやか 大阪府立大学, 工学研究科, 助教 (60605567)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 自律型無人ヘリコプタ / 3次元地形情報収集システム / 複合航法システム / 環境適応飛行制御 / ロバストデータ同化 |
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| Research Abstract |
サブテーマ(1)計測環境の変化による悪影響を抑制する環境適応飛行制御系の開発,および,(2)位置・姿勢角を超高精度・リアルタイム推定する複合航法システムの開発を実施した.
サブテーマ(1)では,ロール角制御に対して最も影響が大きい環境変化は水平風の風向・風速であることから,水平風に対してロバストな制御系として,水平移動方向に適応的に方位角を遷移させる適応方位制御系を構築し,飛行制御によりその有効性を確認した.
サブテーマ(2)では,姿勢の最小次元表現である一般化Rodorigues Parametersを用いる姿勢推定機構を提案した.Quaternionなど姿勢の冗長表現とは異なり,正規化処理が不要となったが,有界性を保証する必要がある.そこで,一般化RodoriguesParametersの多重性を利用した変数変換により,有界性を保証できることを示した.数値計算により,その変数変換が姿勢推定精度に与える影響を確認した.その結果により,BruteForce変換でも十分であるが,UT変換や繰り返し観測更新を用いることにより,その影響をより軽減できることを示した.また,姿勢の最小次元表現として広く用いられているEuler角には特異姿勢の存在が知られており,特異姿勢に近づくと姿勢推定精度が大きく劣化するが,提案手法にはそのような欠点が存在しないことを明らかにした.さらに,提案法を用いることにより,Quaternionを用いる複合航法では用いることができなかったUnscented Kalman Filterあるいは粒子フィルタなどの非線形フィルタを利用でき,姿勢推定精度を大きく改善することが可能であることを明らかにした.
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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
当初はquaternionによる姿勢表現を用いる予定であったが,研究が計画以上に進展し,一般化Rodorigues Parametersによる姿勢表現を用いた姿勢推定の有効性を初めて示すことができた.一方,高精度1柵は,電源供給の安定化のために,専用バッテリを搭載する必要があることが判明し,自律型無人ヘリコプタへの搭載までは至らなかった.しかし,提案手法を利用することにより,軽量MPUボードへの複合航法システムの搭載が可能となった.
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| Strategy for Future Research Activity |
姿勢表現に一般化Rodorigues Parametersを用いた複合航法システムの開発を優先的に実施し,高精度ジャイロを機体に搭載し飛行実験を実施することにより,その有効性を確認する.さらに,ロバストデータ同化に関する研究を進めるとともに,そのために必要な計算機環境を整備する.
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
予備実験により,高精度ジャイロがエンジンスタータの影響を受けることが判明し,電源の追加による重量増が必要となったため,平成23年度には高精度ジャイロの選定とその搭載を中断した.この問題点を解決するべく,一般化Rodorigues Parametersを用いる複合航法装置のハードウェアの開発を実施する.
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