傾斜ロータをもつマルチロータ型UAVの構造設計とロータ故障時の墜落を防ぐ制御

マルチロータ型無人航空機 (UAV) において，各ロータを正多角形の頂点に同一方向に取り付けて配置したものが現在主流な構造である．この構造では，作業内容によっては風外乱への応答性や空中での運動性能の改善・ロータ故障時の墜落を防ぐ耐故障性が課題となる場合がある．これを解決する方策として，ロータの配置の変更やロータを傾けて取り付けることが考えられているが，設計自由度が高く，作業目的に応じたパラメータを試行錯誤的に決定することは非効率である．これを解決するために，最適化にもとづいてロータの配置や傾斜を決定する手法に関して研究を進めている．本研究の主たる貢献として，傾斜ロータをもつ構造の耐故障性を評価するために重要なホバリング可能性解析手法を提案した．機体が空中で静止するための条件を定式化し，凸包の表現に変換することによりある構造の機体がホバリング可能であるかを幾何的に判定する手法を導出した．続いて，この手法を応用することで，全駆動ヘキサロータの傾斜角と耐故障性の関係について，関連研究で代数的に得られている条件を幾何的に解釈することができた．その他にも，すべてのロータが単一方向に回転するがロータの傾斜によってホバリング可能となるような構造を発見した．他にも，実機検証として，上述のすべてのロータが単一方向に回転するがホバリング可能である構造のマルチロータ型UAVを実際に製作し，ホバリングさせる実験を行った．実験ではホバリングに成功し，本解析が有用であることが検証できた．また，傾斜ロータをもたない平面構造に対する運動性能と耐故障性を兼ね備えた新構造のマルチロータ型UAVの製作とロータ故障時の飛行を模擬した実験を行い，実験の成功を確認した．結果として，これから傾斜ロータをもつ構造にも適用予定である最適化の実用性を検証することができた．

マルチロータ型無人航空機 (UAV) において，各ロータを正多角形の頂点に同一方向に取り付けて配置したものが現在主流な構造である．この構造では，作業内容によっては風外乱への応答性や空中での運動性能の改善・ロータ故障時の墜落を防ぐ耐故障性が課題となる場合がある．これを解決する方策として，ロータの配置の変更やロータを傾けて取り付けることが考えられているが，設計自由度が高く，作業目的に応じたパラメータを試行錯誤的に決定することは非効率である．これを解決するために，最適化にもとづいてロータの配置や傾斜を決定する手法に関して研究を進めている．本研究の主たる貢献として，傾斜ロータをもつ構造の耐故障性を評価するために重要なホバリング可能性解析手法を提案した．機体が空中で静止するための条件を定式化し，凸包の表現に変換することによりある構造の機体がホバリング可能であるかを幾何的に判定する手法を導出した．続いて，この手法を応用することで，全駆動ヘキサロータの傾斜角と耐故障性の関係について，関連研究で代数的に得られている条件を幾何的に解釈することができた．その他にも，すべてのロータが単一方向に回転するがロータの傾斜によってホバリング可能となるような構造を発見した．他にも，実機検証として，上述のすべてのロータが単一方向に回転するがホバリング可能である構造のマルチロータ型UAVを実際に製作し，ホバリングさせる実験を行った．実験ではホバリングに成功し，本解析が有用であることが検証できた．また，傾斜ロータをもたない平面構造に対する運動性能と耐故障性を兼ね備えた新構造のマルチロータ型UAVの製作とロータ故障時の飛行を模擬した実験を行い，実験の成功を確認した．結果として，これから傾斜ロータをもつ構造にも適用予定である最適化の実用性を検証することができた．