オンボード処理、手のひらサイズの飛行ロボットの知能化

• 研究課題/領域番号: 15J07324
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 航空宇宙工学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 此村 領 東京大学, 工学(系), 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2015年度)
• 配分額: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
• キーワード: 飛行ロボット

研究実績の概要

本年度は当初の計画であった、飛行ロボットが外部充電システムに離着陸を自動的に行い、飛行ロボットが活動することを可能にするシステムの実現に向け、その要素技術となる研究を行った。
外部充電システムへの離着陸を正確に行うためには、飛行ロボットの自己位置推定を高速かつ精度よく行う必要があるため、本年度は高速動作が可能なカメラを導入した自己位置推定手法を模索した。
まず、飛行ロボット自身に搭載されたカメラによる画像処理によって、画像特徴点の検出、自己位置推定と誤差の少ない追従制御を行うアルゴリズムを開発し、シミュレーション上での動作を確認した。
次に、実機での動作を確認することを目的とした電子回路（計算機、カメラ、慣性航法装置、モータードライバなどで構成されたもの）を設計し、実験用電子回路の設計と実装を行い、各ハードウェアの動作確認を行った。具体的にはカメラの画像が正常に得られること、その画像を飛行ロボット上の計算機だけを用いて処理し、慣性航法装置の計測結果と組み合わせて自己位置を計算できることを確認した。
その後、飛行ロボットのカメラを用いた自己位置推定と、飛行動作の模擬（４つのローターを回転させる）を同時に行う実験の過程で、カメラの画像が想定以上に乱れる現象が観測された。ノイズ発生源の検証を行ったところ、モーターにより発生する電気的ノイズが想定以上にカメラの画像信号に影響することが確認された。その結果、ノイズ対策施した電子回路の再設計が必要となったため、その設計を行った。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

飛行ロボットのカメラを用いた自己位置推定と、飛行動作の模擬（４つのローターを回転させる）を同時に行う実験の過程で、カメラの画像が想定以上に乱れる現象が観測されたことは当初予期していなかったものの、ノイズの発生源を特定し、適切な対応策に至ることができた。電子回路の再設計には多くの労力を要しないため、計画通りに研究を遂行することは十分可能であると考えている。

今後の研究の推進方策

再設計した電子回路の製造工程が完了するまでには時間があるため、別の自己位置推定の手法（ランドマークを使用した手法）の検討を並行して行う予定である。

電子回路が完成し、飛行ロボットの飛行動作を確認した後、モーションキャプチャシステムを用いて本手法を用いた自己位置推定の精度を計測し、実験結果をまとめた上で、論文投稿を行う予定である。