未知対象物のオンライン空力特性推定手法に基づく高機動型無人航空機の自律物体搬送

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13J04220
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 大瀬戸 篤司 東北大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC2)
• Keywords: 無人航空機 / 自動制御 / 物資搬送 / 空力推定

Research Abstract

従来の災害調査における無人航空機の役割は, 空撮により情報を集めることであり, 被災者への救援物資の運搬は、十分考慮されていなかった. しかし, 2011年に発生した東日本大震災では, 多くの道路が寸断され, 車両の到達が困難な場所や建物上層階に被災者が取り残される状況が発生した. この経験から, 情報収集を行うだけでなく, 物資運搬が可能な無人航空機が必要となっている. しかし, どのような物資がどれだけ必要かは事前には分からず, さらに物資は重心や空力形状を考慮していないため搬送が難しいという問題がある. ケースに入れて運搬する場合でも, ケース内の質量分布は未知であり, また様々な形状のケースに対応する必要がある. この問題に対して, 無人航空機が搬送物の形状や重量を認識し, 臨機応変に搬送を行う制御アルゴリズムを構築することで解決を目指した.
本研究では、無人航空機自身が未知の搬送物の空力特性を推定し、推定結果を用いて、効率よく物資を搬送する手法を構築するところに独創性と新規性がある.
平成25年度は、まず搬送物の空力特性を利用した搬送制御アルゴリズムの構築および、実験による検証を行った. 搬送物の空力特性が既知のとき、搬送物の空力特性を利用し、効率良く飛行することが可能か実験により検証した. 搬送物の形状による影響を確認するため、実験では翼型の搬送物を用いて実験を行った. 検証の結果、無人航空機は搬送物の空力特性を利用した場合、利用しない場合と比較して、2～3倍程度長距離を飛行可能になることが実験により明らかになった.
また無人航空機による搬送物の空力特性推定において、推定値の妥当性を検証するための真値を得るため、無人航空機及び搬送物のスケールモデルを作成し、風洞試験を実施した. 風洞試験の結果、搬送物及び無人航空機の空力特性を計測した. この結果を開発したシミュレータに実装し、より実機に近い飛行を再現することに成功した.

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の構成要素は、搬送物の空力特性の推定及び推定結果を利用した自動搬送制御則の構築で構成されている. 平成25年度は特に、推定結果を利用した自動搬送制御について研究を進め、おおむね計画通りに進展した.

Strategy for Future Research Activity

平成26年度は、当初の計画通り搬送物の空力特性の推定手法について研究を行う. 無人航空機がオフラインで、搬送物のみの空力特性を推定する手法を構築し、実験により搬送物の空力特性を計測する. 平成25年度の風洞試験により測定した搬送物の空力特性と推定結果を比較することで、推定手法の妥当性を検証する.
また搬送物の推定手法と、構築した自動搬送制御則の統合作業を行い、搬送物の空力特性の推定から自動搬送までをオフラインで行うアルゴリズムを構築する.