プロペラに替わるチルトスラスト推進機構を搭載した安全ドローンの研究

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本研究の目的は、ドローン利活用をポジティブに推進するための対策として、機体構造および制御設計を抜本から改善した安全ドローンを提案することである。すなわち、リスク要因の大半を占める回転推進機構（プロペラ）を使わずに、コアンダ効果による推進機構を採用した新たなドローンを提案する。今年度は、このドローンの推進機構を、流体シミュレーションと実環境での実装結果とのデータ同化を融合した自己組織化マップによる最適設計を行うことに注力した。スラスト機構に関しては、調整可能なパラメータが多数存在し、それぞれを変化させた場合に得ることのできる推力および推進機構自体の重量が変化する。基本的には、推力を最大化し、さらに推進機構自体の重量を最小化することが望ましいが、この最適化問題を解析的に解くことは難しく、流体シミュレーションおよび3Dプリンタを使って実機を作成し評価するといった試行錯誤が必要となる。一方で、3Dプリンタによる実装は、1候補あたり数日、流体シミュレーションに関しても、1候補あたり数時間必要となる。本研究では、このような計算時間のコストの観点から、あらゆる設計変数の組み合わせが調査困難である問題を解決するため、実際に試行できる組み合わせだけを使って、設計候補の探索空間全体をマクロに視覚化し、最適な候補を絞り込むことのできる、自己組織化マップに基づく設計手法を提案している。特に、本研究で提案する手法が優れている点は、単に機械的に最適化するのではなく、相反する目的変数（推進機構の推力と重量）をそれぞれ考慮できるように視覚化しながら、設計側の融通を反映して候補の絞り込みを行うことできる点でもある。本研究によって提案した手法によって得られた最適候補が、重量推力比（スラスト機構自身の重量と、推力の比率、これが1.0以上で浮上）が約10程度を実現することを、実機実装および計測によって確認している。