高圧噴射を駆動源とする機敏なドローンとその制御技術の研究開発

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基礎技術の研究開発を目的としている。高圧流体噴射の方向制御は、大きな並進力（噴射による反力）を小さな力（回転軸配置を工夫すれば、噴射方向を変える際に噴射力は仕事をしない）で高応答に制御でき、機敏な運動を実現しうる。本年度は，昨年度に引き続き，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に取り組んだ。昨年度の基礎実験で得られた，回転流路（スイベルジョイント）の回転摩擦が高圧時に想定以上に大きくなってしまう問題に対して，水密構造を実現するためのシール材についての試行錯誤や，流路の断面を小さく保つための軸受け構造の工夫等の試行錯誤を企業との協力によって行った．また，製作した回転流路に高圧を加えて回転抵抗を計測するための実験器具を作成し，圧力，回転速度，回転抵抗の関係について調査した．結果，高圧時でも比較的低トルクで回転させることのできる回転流路を実現できた（内圧7MPa，回転速度500deg/s下で0.25Nm以下の回転トルク）．さらに，高圧ポンプを用いて流体を噴射する基礎実験を行い，噴射ノズルにより発生する反力が前年度構築した流路モデルによって十分推定できていることを検証した．並行して，位置・姿勢を安定化可能な制御系の開発を目指して，ホース部を含んだ動力学シミュレーションを完成させ，昨年度に提案した位置姿勢制御方法について，その妥当性についての数値計算による検証を進めた．

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基礎技術の研究開発を目的としている。高圧流体噴射の方向制御は、大きな並進力（噴射による反力）を小さな力（回転軸配置を工夫すれば、噴射方向を変える際に噴射力は仕事をしない）で高応答に制御でき、機敏な運動を実現しうる。本年度は，昨年度に引き続き，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に取り組んだ。昨年度の基礎実験で得られた，回転流路（スイベルジョイント）の回転摩擦が高圧時に想定以上に大きくなってしまう問題に対して，水密構造を実現するためのシール材についての試行錯誤や，流路の断面を小さく保つための軸受け構造の工夫等の試行錯誤を企業との協力によって行った．また，製作した回転流路に高圧を加えて回転抵抗を計測するための実験器具を作成し，圧力，回転速度，回転抵抗の関係について調査した．結果，高圧時でも比較的低トルクで回転させることのできる回転流路を実現できた（内圧7MPa，回転速度500deg/s下で0.25Nm以下の回転トルク）．さらに，高圧ポンプを用いて流体を噴射する基礎実験を行い，噴射ノズルにより発生する反力が前年度構築した流路モデルによって十分推定できていることを検証した．並行して，位置・姿勢を安定化可能な制御系の開発を目指して，ホース部を含んだ動力学シミュレーションを完成させ，昨年度に提案した位置姿勢制御方法について，その妥当性についての数値計算による検証を進めた．