| 研究課題/領域番号 |
21K14119
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分20020:ロボティクスおよび知能機械システム関連
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| 研究機関 | 大阪大学 (2022-2023)
東北大学 (2021) |
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研究代表者 |
安部 祐一 大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 助教 (90778622)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
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| キーワード | 流体アクチュエータ / 流体噴射 / ドローン / 索状体 / 噴射ドローン / 高圧流体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
荒天時に迅速移動や情報収集が可能な浮上移動体が求められる．本研究では，高圧噴射を駆動源とする機敏なドローンの基礎技術の研究開発を行う．本研究では特に高圧流体噴射の方向制御に着目する．大きな噴射並進力を小さな回転力で高応答に制御でき，荒天時でも機敏な運動の実現を可能にしうると考えるためである．
具体的には，(A) 軽量で高応答な噴射方向可変アクチュエータの研究開発を行い，(B) 噴射方向の制御による，ドローンの位置・姿勢の安定化制御手法を開発する．また，広い移動範囲を実現するために，(C) 送水ホースのダイナミクスを考慮した機構と制御を開発，プロトタイプにより噴射ドローンの実現可能性を実証する．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，高圧噴射を駆動源とする機敏な噴射ドローンの実現を目指し，(1)軽量で高応答に噴射方向を制御できるアクチュエータと，(2)ドローンの位置・姿勢を安定化可能な制御系の研究開発に取り組んだ．(1)：軽量で低摩擦な高圧回転流路を開発し（従来比重量1/3, 回転抵抗1/2程度），これを用いて噴射方向を制御できる軽量な能動ノズルを設計開発，噴射反力の方向を制御できることを実証した．(2)：少ない制御入力でドローンの位置と姿勢を安定化することを目指して，ホースを含んだドローンの３次元動力学シミュレーションを開発，提案した制御で2軸回りの姿勢を安定化できることを数式と数値計算により基礎検証した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では，高圧流体の噴射方向を制御できる軽量アクチュエータを初めて実現し，これを用いて浮上する噴射ドローンの制御法の基礎検証を行った．本アクチュエータは大きな並進力を小さな力で素早く制御できるこれまでにない技術であり，既存の浮上移動体の課題である，荒天時の機敏な浮上移動の実現につながる学術的に意義のある成果である．また，噴射ドローンは，強風時の情報収集や，荒天時の空飛ぶ人命救助ロープ，自ら火元へ水を運ぶ消火ロボットなどに応用でき，社会的意義も少なくないと考える．
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