Object throwing using self-rotating energy without translational motion by unmanned aerial vehicle

本研究の目的は、無人航空機（以下、無人機）の高速自転によって発生する回転運動エネルギーを利用することで、位置変動を伴わない物体投擲（空中定点スピン投擲）を実現することである。これによって並進運動・火薬・投射器の必要なく無人機からの物体の投擲を可能とする。回転エネルギーを利用した空中定点スピン投擲によって、無人機がこれまで実現できなかった任務の遂行が可能となり、無人機の適用範囲を拡大する。さらに無人機の高速回転状態を維持する制御理論を構築することで、有人航空機のスピン状態からの回復など、航空機の安全性向上にも貢献することを目指している。2022年度は回転運動が既知の場合に、空中で回転状態のまま位置・姿勢の制御を可能とする制御理論を実証するため、屋内でモーションキャプチャを用いた飛行実証試験を実施した。実験では機体のヨー軸の回転速度を変化させ、回転状態のまま位置、姿勢を制御できるか検証を行った。実験の結果、機体の回転が低速の場合には飛行には成功したが、機体の回転が一定速度を超えた付近で、制御が不安定となり飛行を継続することができなかった。これらの問題を解決し、高速回転状態でのホバリングを実現するため、研究期間を一年延長した。また高速回転のエネルギーを利用した物体投擲については、投擲手法を構築しシミュレーションで検証を行った。さらに物体投擲に必要な任意のタイミングで投擲物を開放するための把持装置についても試作を行った。また昨年度までに構築した機械学習により運動推定を行うアルゴリズムを発展させ、制御対象の状態が不確かであっても飛行制御を実現する制御器へと拡張を行った。そして、その制御器を用いて、1軸の回転試験装置により機体の重心位置が変化する場合でも、姿勢が制御可能であることを実証した。これらの成果について、学会発表や雑誌論文への投稿を行うなど、成果を報告した。

本研究の目的は、無人航空機（以下、無人機）の高速自転によって発生する回転運動エネルギーを利用することで、位置変動を伴わない物体投擲（空中定点スピン投擲）を実現することである。これによって並進運動・火薬・投射器の必要なく無人機からの物体の投擲を可能とする。回転エネルギーを利用した空中定点スピン投擲によって、無人機がこれまで実現できなかった任務の遂行が可能となり、無人機の適用範囲を拡大する。さらに無人機の高速回転状態を維持する制御理論を構築することで、有人航空機のスピン状態からの回復など、航空機の安全性向上にも貢献することを目指している。2022年度は回転運動が既知の場合に、空中で回転状態のまま位置・姿勢の制御を可能とする制御理論を実証するため、屋内でモーションキャプチャを用いた飛行実証試験を実施した。実験では機体のヨー軸の回転速度を変化させ、回転状態のまま位置、姿勢を制御できるか検証を行った。実験の結果、機体の回転が低速の場合には飛行には成功したが、機体の回転が一定速度を超えた付近で、制御が不安定となり飛行を継続することができなかった。これらの問題を解決し、高速回転状態でのホバリングを実現するため、研究期間を一年延長した。また高速回転のエネルギーを利用した物体投擲については、投擲手法を構築しシミュレーションで検証を行った。さらに物体投擲に必要な任意のタイミングで投擲物を開放するための把持装置についても試作を行った。また昨年度までに構築した機械学習により運動推定を行うアルゴリズムを発展させ、制御対象の状態が不確かであっても飛行制御を実現する制御器へと拡張を行った。そして、その制御器を用いて、1軸の回転試験装置により機体の重心位置が変化する場合でも、姿勢が制御可能であることを実証した。これらの成果について、学会発表や雑誌論文への投稿を行うなど、成果を報告した。