マルチロータ型UAVの運動性能解析に基づく構造設計と制御

基于运动性能分析的多旋翼无人机结构设计与控制

• 批准号: 21H01348
• 负责人: 三平 満司
• 金额: $ 10.9万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01348/
• 关键词: 制御工学; 機械力学・制御; UAV

本研究の目的は，複数のロータから構成されるマルチロータ型の無人航空機（UAV）に対して，運動性能解析に基づいた新規の構造設計および制御理論を構築することである．このために，(1)ドローンの運動性能評価指標の考案とその解析に基づく最適構造設計手法の提案，(2)運動性能解析に基づく可変構造ドローンの開発と構造変化過程の計画，(3)設計されたドローンの構造に対する最適制御手法の構築に取り組んだ．まず，(1)に関して，ロータ故障に対する耐故障性を有しつつ，良好な運動性能をもつヘキサロータを設計し，実験検証をした．提案したヘキサロータは，任意のロータ一つが飛行中に故障しても，ホバリング飛行を維持できる．この耐故障性を保証するために，ロータを非対称な位置に配置する必要があるため，運動特性も飛ぶ方向によって非対称な特性を有し，既存の対称的な形状をもつドローンと比べて制御が難しくなる．そこで，本研究では耐故障性を保証しつつ，できるだけ対称的な運動特性を有するドローン構造を設計した．実機検証により，耐故障性と所望の運動特性が満たされていることを確認した．つぎに，(2)に関して，昨年度までに導出していた安定飛行が可能な条件を，マルチリンク型の可変構造ドローンに対して適用した．この際，どのように各リンク角を制御すれば，安定した飛行を保てるかを考察した．特に，これまでは計算量が大きくオフラインの軌道計画しかできていなかったが，飛行不可能な形状を避ける制御入力をオンラインで計算する制御手法を提案した．提案手法の有効性はシミュレーションで検証をした．最後に，(3)に関しては，複数ドローンでの物資運搬といったタスクを例にして，その制御手法や機体の構造を考察した．提案した構造は，重量削減のためにできるだけアクチュエータの個数を少なくしている．また，ドローン同士の衝突回避といった制御手法も提案した．

The purpose of this study is to analyze the dynamic performance of unmanned aerial vehicles (UAV). The purpose of this study is to analyze the dynamic performance of unmanned aerial vehicles (UAV). The purpose of this study is to analyze the performance of unmanned aerial vehicles (UAV). (2) dynamic performance analysis can be used to create a program for the process of simulation, (3) to design the most effective control system, to obtain the data of the system, and (1) to perform the fault tolerance test, and to have a good performance test. Please do not know what to do. The proposal does not need to be detected. In any case, there is a failure in the line, and the failure tolerance is maintained in the line. The fault tolerance is guaranteed. The location configuration is not known. It is necessary to have a fault, and the dynamic property is located in the direction that the fault occurs. In this study, the dynamic characteristics of fault tolerance are known as fault tolerance, fault protection, fault protection, fault tolerance, fault tolerance, failure, failure, failure Last year, it was announced that there were possible conditions, and that the model could be used in the first place. In the international market, it is necessary to control the situation, and to ensure the safety and security of the company. In particular, it is necessary to calculate the amount of money and calculate the amount of information. It is not possible to use the shape avoidance system, the control machine, the control machine. Weight reduction

项目成果

Optimization-based Distributed Safety Control with Applications to Collision Avoidance for Mobile Robotic Networks

基于优化的分布式安全控制及其在移动机器人网络防撞中的应用

• DOI: 10.1080/01691864.2022.2119886
• 发表时间: 2022
• 期刊: Advanced Robotics
• 影响因子: 2
• 作者: Tatsuya Ibuki;Taichi Hirano;Riku Funada;Mitsuji Sampei
• 通讯作者: Mitsuji Sampei

ホバリング可能性を考慮したマルチリンク型UAVの形状制御

考虑悬停可能性的多连杆无人机体形控制

• 发表时间: 2023
• 作者: 川越貴啓;舩田陸;伊吹竜也;三平満司
• 通讯作者: 三平満司

Hoverability Analysis and Development of a Quadrotor Only with Clockwise Rotors

• DOI: 10.1109/iros47612.2022.9981431
• 发表时间: 2022-10
• 期刊: 2022 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS)
• 作者: Shunsuke Mochida;Ryotaro Onuki;T. Kawagoe;Takumi Ito;Tatsuya Ibuki;Riku Funada;M. Sampei

ドローン群の視野重複を保証する制御バリア関数に対する勾配計算に基づいた解析

基于梯度计算的控制屏障功能分析，保证无人机群视场重叠

• 发表时间: 2021
• 作者: 馬庭龍一;舩田陸;三平満司
• 通讯作者: 三平満司

Design and Experimental Verification of a Hoverable Quadrotor Composed of Only Clockwise Rotors

仅顺时针旋翼悬停四旋翼飞行器的设计与实验验证

• DOI: 10.1080/01691864.2023.2185813
• 发表时间: 2023
• 期刊: Advanced Robotics
• 影响因子: 2
• 作者: Takumi Ito;Riku Funada;Shusuke Mochida;Takahiro Kawagoe;Tatsuya Ibuki;Mitsuji Sampei
• 通讯作者: Mitsuji Sampei