接触飛行で高耐風化する車輪型ドローンのモデリングと最適制御設計と壁面打音点検実験

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申請者の発明した「車輪型ドローン（マルチコプタ）」は、壁面や天井などの構造物にドローンを押し付け、接触飛行させることで耐風性能を制御できるという画期的な利点をもつ。本研究の目的は、高い耐風性能と高精度の目標値追従性能を達成できる車輪型ドローンの機体設計と自動制御システム開発である。そして具体的な研究目標は、インフラ構造物（例えばビル壁面）の打音点検システムへの応用（打音点検の自動化）である。そのための具体的な研究課題は以下の①～⑥である。研究課題①「風洞実験による車輪型ドローンに対する風外乱のモデリングとデータベース」、研究課題②「ビル壁面打音点検用車輪型ドローンの最適設計と試作機製作」、研究課題③「空中を安定・安全かつ高精度に飛行できる高耐風最適制御系の開発と実験」、研究課題④「壁に接触し安全かつ高精度に飛行できる高耐風最適制御系の開発と実験」、研究課題⑤「壁面上で安全に障害物回避できる高耐風最適制御系の開発と実験である」。2022年度は、以下の(1)～(3)のテーマについて研究を実施し成果を得た。(1)打音機構を実装したビル壁面打音点検用車輪型ドローンを設計し、試作機を製作した（研究課題①）。(2)接触状態で押しつけ力を考慮した車輪型ドローンの自動走行制御系を開発し、その有用性を実機による実験検証で実証した（研究課題④）。(3)CLF-CBF-QPによる車輪型ドローンの飛行と走行を組み合わせた障害物回避制御系を開発し、その有用性を実機実験検証で実証した（研究課題⑤）。以上のように、ビル壁面打音点検用車輪型ドローンの試作1号機が完成したため、今後は実験研究の進展が期待できるとともに、接触走行時における実用的な自動制御系も開発し、実機実験により有用性を実証した。それらの研究成果は2023年6月の日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会などで発表し広く公開する。