2013 Fiscal Year Research-status Report
空中静止に向けたトンボ型飛行ロボットの姿勢変更ダイナミクスの研究
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25420190
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
平木 講儒 九州工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40249933)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉野 慶一 北九州工業高等専門学校, 電子制御工学科, 教授 (40249876)
井上 昌信 北九州工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (70253549)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 羽ばたき / ホバリング / ロボット |
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| Research Abstract |
平成２５年度は、搭載能力を増強したトンボ型羽ばたき飛行ロボットの新規作成を試みたが、その調整段階に行う飛行試験では墜落による機体喪失の可能性が強く懸念されたため、墜落の危険のない円軌道装置の製作を先行して実施した。この装置は、鉛直に立てた軸のまわりを自由に回転できるアームの先に機体を取り付けることによって、水平に飛行させる代わりに鉛直軸まわりの円運動に変換するものである。機体はアームの先に取り付けられているので墜落の心配はなく、アームにはヒンジを介して鉛直面内で回転可能な別のアームが取り付けられているので、そのアームが鉛直軸となす角度から機体が羽ばたきによってどれだけの揚力を発生しているかを推定することができる。さらに、機体のアームへの取り付け部に回転の自由度を与えることによって、羽ばたきによって機体が重心まわりにどれだけの回転が生じるかを知ることができる。これらの角度の測定はロータリーエンコーダを用いて行っているが、その角度から得られる揚力とモーメントの値の妥当性を検討するために、機体に無線式の加速度・ジャイロセンサを搭載しての直接的なデータ取得も試みた。それらを比較したところ、おおむねの一致が見られたが、特に位相についての差異が認められた。この原因を調査したところ、直接的計測ではセンサーは機体に取り付けられているのに対し、実測の角度履歴には不可避なアームの振動成分が含まれているためとわかった。これらの試験は、羽ばたきで推進を行って円運動する場合だけでなく、市販のマルチコプターを利用してホバリングを行う場合に対しても行い、ほぼ同様の結論を得た。
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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
平成２５年度の当初の予定は、トンボ型羽ばたき飛行ロボットの搭載能力増強と重心移動装置の開発であったが、新規に作成した機体が安定して飛べるようになるまでには飛行試験を繰り返して調整を行う必要があるが、機体サイズの拡大に伴って着地の際に機体が被る損傷の程度が著しく上がった。これを避けるために、当初は平成２６年度に実施予定であった、円軌道試験装置の製作を繰り上げて実施することとした。これを利用することによって、機体がなんら損傷を受けることなしに各部の調整を行うことができるようになり、最も飛行に適したセッティングを見出すことが可能になった。今年度の当初の予定であった、飛行ロボットの積載能力増強と重心移動装置の開発はまだ達成していないものの、平成２６年度計画分を先行して実施したことに加えて、羽ばたきによって機体に生じる力やモーメントの実測まで実施しており、これらの結果は平成２７年度に計画しているホバリングの達成に不可欠であることを考えると、おおむね順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２６年度は、前年度製作が完了した円軌道試験装置を利用して、搭載能力増強を目指したトンボ型羽ばたき飛行ロボットの作成と、その機体が安定して飛行するための調整作業を繰り返すことによって、15グラム以上積載可能な機体を構築する。その上で、重心移動による姿勢制御法に加えて、翼の根元の角度をサーボモータによって左右で異なるように設定できるようにして制御を行う方法も試して、より優れる方式を採用する。その際、それぞれの制御法によってロボットに生じる力・モーメントを、平成２５年度に確立した手法を用いて推定し、制御入力に対する機体運動の関係を把握することによって、今後のホバリング飛行達成に役立てる方針である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
当初は平成２６年度での実施を計画していた円軌道試験装置を先行して開発に取りかかかった関係で、関東圏で開催される学会での口頭発表を想定していたのに対して、実際に申し込んだ学会が九州工業大学における開催であったことと、目標積載能力を有する機体の開発が継続中であることに伴い、それに組み込む予定の重心移動装置の製作を次年度での実施としたためである。
平成２５年度に先行して開発した円軌道試験装置を使うと、機体を損傷させることなく飛行ロボットの調整が可能になり、目標積載能力を有する機体の開発がより効率的に行えることになるため、次年度は重心移動による制御装置に加えて、左右の翼の根元部の角度を可変にする制御装置の開発を実施することで、制御法の選択枝を広げることを試みる。また、次年度は口頭発表の回数を予定より増やし、研究成果をより幅広く知らしめることを行う。
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