JP2005193727A - Flying robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、媒質中に浮遊するか、もしくは媒質中で傾斜自由に支持された飛翔ロボットに関するものである。 The present invention relates to a flying robot that floats in a medium or is supported in an inclined manner in the medium.
ラジコンヘリコプターのように媒質中に浮遊したり、回転軸受や球面ピボット軸受により傾斜自由に支持された、飛翔ロボットの傾斜角を水平または所定の傾斜角に保持するには、従来、各種の傾斜角センサで傾斜角を計測し、該傾斜角が水平または所定の角度となるように該飛翔ロボットを制御していた。 In order to maintain the inclination angle of a flying robot horizontally or at a predetermined inclination angle, which is suspended in a medium like a radio control helicopter or supported by a rotary bearing or a spherical pivot bearing, the various inclination angles have been conventionally used. The flying robot is controlled so that the tilt angle is measured by a sensor and the tilt angle is horizontal or a predetermined angle.
しかし、傾斜角をほんのわずかの時間しか自動保持することができないため、傾斜角がずれた場合は人間が該飛翔ロボットの飛翔状況を見ながら該傾斜角を修正する操作を頻繁に行わなければならなかった。そして、該傾斜角の修正操作は経験や勘に頼るところが多く、熟練した者でないと該飛翔ロボットを水平または所定の角度となるように維持することができなかった。 However, since the tilt angle can be automatically held for only a short time, if the tilt angle is deviated, a human must frequently perform an operation of correcting the tilt angle while watching the flight status of the flying robot. There wasn't. In many cases, the operation for correcting the tilt angle relies on experience and intuition, and the flying robot cannot be maintained horizontally or at a predetermined angle unless it is a skilled person.
人間が入り込めない狭い場所や人間にとって危険な場所の状況察知用などの飛翔ロボットおいては、従来のように人間が該飛翔ロボットの動きを見ながら操縦するということができないため、傾斜角の修正操作を頻繁に行うことなく該飛翔ロボットを水平または所定の角度となるように維持することが必要となる。 In flying robots such as for detecting the situation of narrow places where humans cannot enter or places that are dangerous for humans, it is impossible for humans to steer while watching the movement of the flying robots as in the past. It is necessary to keep the flying robot horizontal or at a predetermined angle without frequently performing correction operations.
従来の飛翔ロボットにおいて、傾斜角センサで傾斜角を計測して傾斜角を制御するにも拘わらず該飛翔ロボットを水平または所定の角度に保持できない大きな原因として、飛翔ロボットの姿勢が外乱によって目標の傾斜角からずれて傾いた時、該姿勢角を水平または所定の傾斜角に戻す際、傾斜角が目標値になった時に角速度が0にならず、該飛翔ロボットがまだ有限の角速度を持っているということが挙げられる。 In a conventional flying robot, although the inclination angle is measured by an inclination angle sensor and the inclination angle is controlled, the flying robot cannot be held horizontally or at a predetermined angle. When the tilt angle deviates from the tilt angle, when returning the posture angle to a horizontal or predetermined tilt angle, the angular velocity does not become zero when the tilt angle reaches the target value, and the flying robot still has a finite angular velocity. It is mentioned that.
傾斜角が目標値になった時に飛翔ロボットが角速度を持っていると、その角速度で目標の傾斜角を通り過ぎてしまい、傾斜角が反対側にずれた時点でふたたび修正されることになる。 If the flying robot has an angular velocity when the inclination angle reaches the target value, the flying robot passes the target inclination angle at that angular velocity, and is corrected again when the inclination angle is shifted to the opposite side.
そのため、飛翔ロボットの傾斜角が振動的変化を繰り返し、なかなか水平または所定の傾斜角にできない。 For this reason, the inclination angle of the flying robot repeats vibrational changes, and it is difficult to achieve a horizontal or predetermined inclination angle.
そして、任意の傾斜角外乱に対して傾斜角が目標値に戻らないうちに次の外乱が加わったりすると、傾斜角が大きく変わり、極端な場合には修正操作が間に合わず、該飛翔ロボットが墜落してしまう。 If the next disturbance is applied to an arbitrary tilt angle disturbance before the tilt angle returns to the target value, the tilt angle changes greatly. In extreme cases, the corrective operation is not in time, and the flying robot crashes. Resulting in.
このため、傾斜角が水平または目標の傾斜角に自動的に保持され、外乱が加わってもすぐに元に戻る新しい飛翔ロボットの開発が必要である。 For this reason, it is necessary to develop a new flying robot in which the inclination angle is automatically maintained at the horizontal or target inclination angle and immediately returns to the original state even when a disturbance is applied.
勿論、該飛翔ロボットは、目標の傾斜角を変える指令を送った場合には、直ちに追従しなければならない。 Of course, when the flying robot sends a command to change the target tilt angle, it must immediately follow.
このように、機体の傾斜角を自動保持する飛翔ロボットとしては、たとえば、2002年精密工学会春季大会学術講演会講演論文集194頁に示されているように、バイモルフ振動型角速度センサを用いて姿勢角変化の角速度を検出し、該角速度信号を積分して姿勢角を示す角変位信号を得、その角速度信号と積分して得た角変位信号を加算増幅した信号をもとに、揚力源である複数の回転翼の回転数を制御し、水平を維持する飛翔ロボットが考えられている。 As described above, as a flying robot that automatically maintains the tilt angle of the aircraft, for example, as shown in the pp. 194 of the 2002 Annual Meeting of the Japan Society for Precision Engineering, a bimorph vibration angular velocity sensor is used. The angular velocity signal of the posture angle change is detected, and the angular velocity signal is integrated to obtain an angular displacement signal indicating the posture angle. Based on the signal obtained by adding and amplifying the angular displacement signal obtained by integrating the angular velocity signal, the lift source A flying robot that controls the rotation speed of a plurality of rotor blades and maintains the level is considered.
しかし、この従来の飛翔ロボットにおいては、積分して得た角変位信号が徐々にドリフトしてしまうため、たとえば、飛翔ロボットを水平に固定したまま、該角変位信号が水平を示す値となるように飛翔ロボットの回転翼の回転数を制御しても、前記角変位信号がドリフトした分だけ傾斜角が変化してしまうという問題点があった。 However, in this conventional flying robot, the angular displacement signal obtained by the integration gradually drifts. For example, the angular displacement signal becomes a value indicating horizontal while the flying robot is fixed horizontally. In addition, even if the rotational speed of the rotor blades of the flying robot is controlled, there is a problem that the inclination angle changes by the amount of drift of the angular displacement signal.
また、積分して得た角変位信号を短時間に限って信頼するにしても、積分開始時の飛翔ロボットの絶対傾斜角を検出できないため、たとえば水平状態を人間が目視で確認して積分を開始せざるを得ず、結局、該飛翔ロボットを人間が目視しないと傾斜角を水平に維持することができなかった。 Even if the angular displacement signal obtained by integration is trusted only for a short time, the absolute tilt angle of the flying robot at the start of integration cannot be detected. In the end, the inclination angle could not be kept horizontal unless the human eyes looked at the flying robot.
以上に述べたように、従来の飛翔ロボットにおいては、傾斜角を測定して飛翔ロボットの傾斜角を制御するにしろ、角速度を測定して該角速度信号とそれを積分して得た角変位信号を併用して傾斜角を制御するにしろ、操縦に熟練した人間が該飛翔ロボットを見て、傾斜角の補正や角変位積分の開始などの指示をこまかに与えない限り、飛翔ロボットを目標の傾斜角に維持することはできなかった。 As described above, in the conventional flying robot, even if the inclination angle is measured and the inclination angle of the flying robot is controlled, the angular velocity signal and the angular displacement signal obtained by integrating the angular velocity signal are measured. In order to control the tilt angle using the, the flight robot can be used as a target unless the person who is skilled in maneuvering sees the flight robot and gives instructions such as correction of the tilt angle and start of angular displacement integration. The tilt angle could not be maintained.
すなわち、飛翔ロボットに目標傾斜角を指令として与え、該目標傾斜角に飛翔ロボットの傾斜角を長時間自動維持することは到底できなかった。 That is, it has been impossible to give the flying robot a target inclination angle as a command and automatically maintain the inclination angle of the flying robot at the target inclination angle for a long time.
以上に示した課題を解決するため、本発明の飛翔ロボットにおいては、機体を媒質中に浮揚させる浮揚装置を有し、該機体の水平基準面が水平面に対してなす傾斜角を重力加速度の成分をとらえて検出する加速度センサと、該傾斜角方向への角速度を検出する角速度センサを有し、前記加速度センサの出力信号に任意の信号を加減する加速度信号基準調整回路と、前記角速度センサの出力信号に任意の信号を加減する角速度信号基準調整回路を有し、前記加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と前記角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、該加算増幅回路により得た加速度センサの出力信号と角速度センサの出力信号を回路演算して一つにした信号の大きさが0または所定の値となるように、前記機体の傾斜角を修正すべく、傾斜角修正機構に駆動指令信号を送る傾斜角調整回路を有し、前記機体の傾斜角を水平または所定の傾斜角に自動維持するようになす。 In order to solve the above-described problems, the flying robot of the present invention has a levitation device for levitating the aircraft in the medium, and the gravitational acceleration component defines the inclination angle formed by the horizontal reference plane of the aircraft relative to the horizontal plane. An acceleration sensor that detects and detects an angular velocity, an angular velocity sensor that detects an angular velocity in the tilt angle direction, an acceleration signal reference adjustment circuit that adjusts an arbitrary signal to an output signal of the acceleration sensor, and an output of the angular velocity sensor An angular velocity signal reference adjustment circuit for adjusting an arbitrary signal to the signal, and an output signal of the acceleration signal reference adjustment circuit or a signal obtained by amplifying the output signal and an output signal of the angular velocity signal reference adjustment circuit or the output signal A summing amplifier circuit for summing or amplifying the signal obtained by the summing and amplifying the output signal of the acceleration sensor and the output signal of the angular velocity sensor obtained by the summing amplifier circuit A tilt angle adjusting circuit for sending a drive command signal to the tilt angle correcting mechanism to correct the tilt angle of the aircraft so that the magnitude of the unified signal becomes 0 or a predetermined value; The tilt angle is automatically maintained horizontally or at a predetermined tilt angle.
より具体的には、機体の水平基準面内に設けたx、y軸まわりの傾斜角を、y、x方向の重力加速度成分をとらえて検出する加速度センサと、該x、y軸回りの角速度を検出する角速度センサを有し、該x、y軸に関して対向する位置にそれぞれ2個ずつ合計4個の、機体を媒質中に浮揚させる浮揚装置を兼ねた回転翼を有し、前記x、y方向の加速度を検出する加速度センサの出力信号に任意の信号を加減するx、y方向加速度信号基準調整回路と、前記x、y軸回りの角速度を検出する角速度センサの出力信号に任意の信号を加減するx、y軸回り角速度信号基準調整回路を有し、前記y方向加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と、前記x軸回り角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを、x軸に関して対向する位置に配置した2個の回転翼を定常回転させる駆動信号とともに加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、前記機体の傾斜角が目標値からずれた場合に、該加算増幅回路の出力信号に基づいて傾斜角が修正されるように、該2個の回転翼のうち一方の回転数を増し、他方の回転数を減じるべく、各回転翼の駆動装置に傾斜角調整信号を発する傾斜角調整回路を有し、また、前記x方向加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と、前記y軸回り角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを、y軸に関して対向する位置に配置した2個の回転翼を定常回転させる駆動信号とともに加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、前記機体の傾斜角が目標値からずれた場合に、該加算増幅回路の出力信号に基づいて傾斜角が修正されるように、該2個の回転翼のうち一方の回転数を増し、他方の回転数を減じるべく、各回転翼の駆動装置に傾斜角調整信号を発する傾斜角調整回路を有し、前記4個の回転翼の回転数の増減により、前記機体の傾斜角を水平または所定の傾斜角に自動維持するようになす。 More specifically, an acceleration sensor for detecting an inclination angle about the x and y axes provided in the horizontal reference plane of the aircraft and detecting gravitational acceleration components in the y and x directions, and an angular velocity about the x and y axes. A total of four rotary wings that also serve as levitation devices for levitation of the fuselage in the medium, each having two angular velocities at opposite positions with respect to the x and y axes. An arbitrary signal is added to the output signal of the angular velocity sensor for detecting the angular velocity around the x and y axes, and the x and y direction acceleration signal reference adjusting circuit for adjusting an arbitrary signal to the output signal of the acceleration sensor for detecting the acceleration in the direction. An x / y-axis angular velocity signal reference adjustment circuit to adjust, an output signal of the y-direction acceleration signal reference adjustment circuit or a signal obtained by amplifying the output signal, and an output signal of the x-axis angular velocity signal reference adjustment circuit, Increase the output signal When the tilt angle of the airframe deviates from the target value, the signal has a summing amplifier circuit that adds or amplifies the received signal together with a drive signal for steady rotation of two rotor blades arranged at positions facing each other with respect to the x-axis. Further, in order to increase the rotation speed of one of the two rotor blades and decrease the other rotation speed so that the inclination angle is corrected based on the output signal of the summing amplifier circuit, the drive device for each rotor blade And an output signal of the x-direction acceleration signal reference adjustment circuit or a signal obtained by amplifying the output signal and an output signal of the angular velocity signal reference adjustment circuit about the y-axis. Or an addition amplifying circuit for adding or amplifying a signal obtained by amplifying the output signal together with a drive signal for steady rotation of two rotor blades arranged at positions opposed to each other with respect to the y-axis. In order to increase the rotational speed of one of the two rotor blades and decrease the rotational speed of the other so that the inclination angle is corrected based on the output signal of the summing amplifier circuit when deviating from the target value, An inclination angle adjustment circuit that issues an inclination angle adjustment signal to each rotor driving device, and automatically maintains the inclination angle of the airframe horizontally or at a predetermined inclination angle by increasing or decreasing the number of rotations of the four rotor blades. Do it like this.
または、機体を媒質中に浮揚させる浮揚装置を有し、該機体の水平基準面内に設けたx、y軸まわりの傾斜角を、y、x方向の重力加速度成分をとらえて検出する加速度センサと、該x、y軸回りの角速度を検出する角速度センサを有し、該x、y軸に関して対向する位置にそれぞれ2個ずつ合計4個の回転翼を前記浮揚装置とは別に有し、前記x、y方向の加速度を検出する加速度センサの出力信号に任意の信号を加減するx、y方向加速度信号基準調整回路と、前記x、y軸回りの角速度を検出する角速度センサの出力信号に任意の信号を加減するx、y軸回り角速度信号基準調整回路を有し、前記y方向加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と、前記x軸回り角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを、x軸に関して対向する位置に配置した2個の回転翼を定常回転させる駆動信号とともに加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、前記機体の傾斜角が目標値からずれた場合に、該加算増幅回路の出力信号に基づいて傾斜角が修正されるように、該2個の回転翼のうち一方の回転数を増し、他方の回転数を減じるべく、各回転翼の駆動装置に傾斜角調整信号を発する傾斜角調整回路を有し、また、前記x方向加速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号と、前記y軸回り角速度信号基準調整回路の出力信号または該出力信号を増幅した信号とを、y軸に関して対向する位置に配置した2個の回転翼を定常回転させる駆動信号とともに加算または加算増幅する加算増幅回路を有し、前記機体の傾斜角が目標値からずれた場合に、該加算増幅回路の出力信号に基づいて傾斜角が修正されるように、該2個の回転翼のうち一方の回転数を増し、他方の回転数を減じるべく、各回転翼の駆動装置に傾斜角調整信号を発する傾斜角調整回路を有し、前記4個の回転翼の回転数の増減により、前記機体の傾斜角を水平または所定の傾斜角に自動維持するようになす。 Alternatively, an acceleration sensor having a levitation device for levitating the airframe in the medium and detecting the inclination angles around the x and y axes provided in the horizontal reference plane of the airframe by detecting gravitational acceleration components in the y and x directions And an angular velocity sensor for detecting angular velocities about the x and y axes, and a total of four rotor blades, two each at opposite positions with respect to the x and y axes, separately from the levitation device, An x and y direction acceleration signal reference adjustment circuit for adjusting an arbitrary signal to an output signal of an acceleration sensor for detecting acceleration in the x and y directions, and an output signal of an angular velocity sensor for detecting an angular velocity about the x and y axes. And an x- and y-axis angular velocity signal reference adjusting circuit for adjusting the signal, and an output signal of the y-direction acceleration signal reference adjusting circuit or a signal obtained by amplifying the output signal, and an x-axis angular velocity signal reference adjusting circuit of the x-axis Output signal or the An addition amplification circuit for adding or amplifying a signal obtained by amplifying a force signal together with a drive signal for steady rotation of two rotor blades arranged at positions facing each other with respect to the x-axis, and the inclination angle of the airframe is a target value In order to correct the tilt angle based on the output signal of the summing amplifier circuit in the case of deviation from the above, the rotation speed of each of the two rotor blades is increased and the rotation speed of the other rotation speed is decreased. A tilt angle adjusting circuit for issuing a tilt angle adjusting signal to the wing driving device; and an output signal of the x-direction acceleration signal reference adjusting circuit or a signal obtained by amplifying the output signal and the y-axis rotation angular velocity signal reference adjusting An addition amplification circuit for adding or amplifying an output signal of the circuit or a signal obtained by amplifying the output signal together with a drive signal for steady rotation of two rotor blades arranged at positions facing each other with respect to the y-axis, When the body tilt angle deviates from the target value, the rotation speed of one of the two rotor blades is increased so that the tilt angle is corrected based on the output signal of the summing amplifier circuit, and the other rotation In order to reduce the number, an inclination angle adjustment circuit that issues an inclination angle adjustment signal to the driving device of each rotor blade is provided, and the inclination angle of the airframe is set to a horizontal or predetermined inclination by increasing or decreasing the number of rotations of the four rotor blades. Keep it at the corner automatically.
図1は本発明の飛翔ロボットの実施形態を示す構成図である。機体1に加速度センサ2と角速度センサ3を取り付けてある。加速度センサ2は、機体1の水平基準面が鉛直軸に対してなす傾斜角を重力加速度の成分をとらえて検出する。また、角速度センサ3は、該傾斜角方向の角速度を検出する。 FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a flying robot of the present invention. An
加速度信号基準調整回路4は前記加速度センサ2の出力信号に任意の信号を加えるかもしくは前記加速度センサ2の出力信号から任意の信号を差し引く回路、角速度信号基準調整回路5は前記角速度センサ3の出力信号に任意の信号を加えるかもしくは前記角速度センサ3の出力信号から任意の信号を差し引く回路である。前記加速度センサ2や前記角速度センサ3の出力信号の増幅信号に任意の信号を加減してもよい。 The acceleration signal
加速度信号基準調整回路4を経た前記加速度センサ2の出力信号および角速度信号基準調整回路5を経た前記角速度センサ3の出力信号は、それぞれ増幅回路6、7により適切な増幅率で増幅し、両信号を加算または加算増幅する加算増幅回路8に導く。 The output signal of the
該加算増幅回路8により加速度センサ2の出力信号と角速度センサ3の出力信号を回路演算して一つにした信号の大きさが0または所定の値となるように、該物体の傾斜角を調整する機構を駆動する傾斜角調整回路9に指令を与える。 The summing amplifier circuit 8 adjusts the inclination angle of the object so that the output signal of the
10は浮揚装置であり、任意の個数の回転翼、気球、ガス噴射体などを抽象的に示している。これらを任意に組み合わせた浮揚装置でもよい。
傾斜角調整回路9から、浮揚装置10に揚力のバランスを変えて傾斜角を調整する傾斜角制御機構11に、駆動信号を送り、傾斜角を制御する。図に示すように、傾斜角制御機構11が11a、11b、・・・など複数に分かれていてもよい。 The tilt
図1においては、加速度センサ2と角速度センサ3を各1個ずつ描いてあるが、機体の立体的な傾斜角を制御するには、2方向の傾斜角、たとえば、ピッチ角とロール角の両方を検知し、制御する必要がある。したがって、加速度センサ2、角速度センサ3、加速度信号基準調整回路4、角速度信号基準調整回路5、増幅回路6、7、加算増幅回路8、姿勢角調整回路9は2方向に対応した2式の装備が必要である。 In FIG. 1, one
加速度センサ2、角速度センサ3には、1個のセンサで、直交する2軸以上の方向の加速度や角速度を検出できるものもある。その場合には、加速度センサ2、角速度センサ3は1個でよいことは言うまでもない。 Some
飛翔ロボットの姿勢が水平に戻るようにするには、飛翔ロボットの機体1を水平に静止させ、前記加速度センサ2の出力を反映する加算増幅回路8への入力が0となるように加速度信号基準調整回路4を調整し、同時に、前記角速度センサ3の出力を反映する加算増幅回路8への入力も0となるように角速度信号基準調整回路5を調整しておく。 In order to return the flying robot to the horizontal position, the flying robot body 1 is stopped horizontally, and the acceleration signal reference is set so that the input to the addition amplification circuit 8 reflecting the output of the
加速度信号基準調整回路4の調整は、図示していない操縦機のジョイスティック、ハンドル、ボタン、つまみなどを操作し、該操作に対応させて加速度信号基準調整回路4の調整値を送信することにより行う。 Adjustment of the acceleration signal
前記のように加速度信号基準調整回路4および角速度信号基準調整回路5を調整しておけば、入力加速度も入力角速度も0ならば、加速度センサ2および角速度センサ3から加算増幅回路8へ入る信号は0となる。 If the acceleration signal
また、0以外の加速度や角速度が加速度センサ2および/または角速度センサ3により検出された場合は、加算増幅回路8へ入力信号が伝わり、加算増幅回路8への加速度センサ2および角速度センサ3からの入力信号が0に戻るように、機体1に傾斜角の修正動作を加える信号を傾斜角調整回路9に送る。 When acceleration or angular velocity other than 0 is detected by the
傾斜角または角速度のどちらかが残存していても機体1が傾斜するので、加算増幅回路8への加速度センサ2および角速度センサ3からの入力信号が0となるように機体1の傾斜角を修正すれば、結果的に傾斜角および角速度が0に修正される。 Even if either the tilt angle or the angular velocity remains, the airframe 1 tilts. Therefore, the tilt angle of the airframe 1 is corrected so that the input signals from the
前記のように入力加速度も入力角速度も0ならば、加速度センサ2および角速度センサ3から加算増幅回路8へ入る信号が0となるように加速度信号基準調整回路4および角速度信号基準調整回路5を調整した後、加算増幅回路8へ所定のバイアス入力を加えるようにし、加算増幅回路8への入力が前記のバイアス入力に等しくなるように機体1に傾斜角の修正動作を加える信号を傾斜角調整回路9に送り、機体1の傾斜角を修正するようにしてもよい。 As described above, if the input acceleration and the input angular velocity are zero, the acceleration signal
傾斜角調整回路9からは機体1の傾斜角を修正する傾斜角制御機構11へ駆動信号を送る。図1は、浮揚装置10の浮揚バランスを調整して傾斜角を調整する場合を想定しており、浮揚装置10がヘリコプターのように主回転翼を持つ場合には、たとえば、傾斜角制御機構11として前記主回転翼の回転面の角度を修正する機構を設け、該傾斜角制御機構11を駆動する。 A drive signal is sent from the tilt
浮揚装置10が回転翼を複数個持つ場合には、各回転翼の回転数を加減すればよく、浮揚装置10の回転翼自体が傾斜角制御機構11となる。 When the
浮揚装置10とは別に、傾斜角調整用の複数個の回転翼を傾斜角制御機構11として設けてもよい。たとえば、ヘリコプターのような主回転翼や二重反転回転翼を浮揚装置として用い、前記主回転翼や二重反転回転翼のほかに傾斜角調整用の複数個の回転翼を設けてもよい。 Apart from the
浮揚装置10と直接関係しない傾斜角調整機構9を設けてもよく、その場合には、姿勢角調整回路7から該傾斜角調整機構9に駆動信号を送る。たとえば、重心を移動する機構や姿勢を変化させる気体噴射機構を用いた傾斜角制御機構11を設けてもよい。 An inclination
飛翔ロボットの機体1を所定の傾斜角で静止保持し、前記加速度センサ2から加算増幅回路8に入る信号が0となるように加速度信号基準調整回路4を調整し、前記角速度センサ3から加算増幅回路8へ入る信号が0となるように角速度信号基準調整回路5を調整しておけば、該加速度センサ2および該角速度センサ3から加算増幅回路8へ入る信号が0となるように機体1に傾斜角の修正動作を加えるための信号を傾斜角調整回路9に送ることにより、機体1を前記所定の傾斜角に保持することもできる。 The flying robot body 1 is held stationary at a predetermined tilt angle, and the acceleration signal
機体1を水平に維持する場合と同様に、傾斜角が所定の角度、すなわち、入力加速度が所定の値で、入力角速度が0の時に、加速度センサ2および角速度センサ3から加算増幅回路8へ入る信号が0となるように加速度信号基準調整回路4および角速度信号基準調整回路5を調整した後、加算増幅回路8へ所定のバイアス入力を加えるようにし、加算増幅回路8への入力が前記のバイアス入力に等しくなるように機体1に傾斜角の修正動作を加える信号を傾斜角調整回路9に送り、機体1の傾斜角を修正してもよい。 As in the case where the airframe 1 is kept horizontal, when the tilt angle is a predetermined angle, that is, when the input acceleration is a predetermined value and the input angular velocity is 0, the
加速度センサ2が、入力加速度が0の時に所定の信号が出力され、加速度が加わるとその分だけ信号が変化するタイプの加速度センサの場合や、加速度信号に搬送波が乗っている場合も、該入力加速度0の時の信号を相殺するように、加速度信号基準調整回路4により加速度センサ2の出力を補正すればよい。 When the
すなわち、機体1を水平に制御する場合には、機体1を水平に静止させる時、該加速度信号基準調整回路4の出力が0になるように、また、機体1を所定の傾斜角に制御する場合には、機体1を該所定の傾斜角で静止させる時、該加速度信号基準調整回路4の出力が0になるように、該加速度信号基準調整回路4を調整する。 That is, when controlling the aircraft 1 horizontally, when the aircraft 1 is stopped horizontally, the output of the acceleration signal
角速度センサ3が、入力角速度が0の時に所定の信号が出力され、角速度が加わるとその分だけ信号が変化するタイプの角速度センサの場合も、同様に該入力角速度が0の時に角速度信号基準調整回路5の出力が0になるように補正する。 In the case where the angular velocity sensor 3 is a type of angular velocity sensor in which a predetermined signal is output when the input angular velocity is zero and the signal changes correspondingly when the angular velocity is applied, the angular velocity signal reference adjustment is similarly performed when the input angular velocity is zero. Correction is performed so that the output of the
以上に説明したように、加速度信号基準調整回路4の設定により機体1の傾斜角目標値を変えることができるので、有線または無線制御により加速度信号基準調整回路4の設定を任意にコントロールできるようにすれば、機体1の傾斜角を任意の角度に変更でき、加速度信号基準調整回路4の設定を任意の条件に維持すれば、機体1の傾斜角は一定に保持される。 As described above, since the target inclination angle of the airframe 1 can be changed by setting the acceleration signal
図1のアンテナ12および受信機13は無線による傾斜角の制御を想定して描いてあり、図示していない操縦機のジョイスティック、ハンドル、ボタン、つまみなどの操作量に対応して発せられる傾斜角設定信号を受信する。 The
前記受信機13で受信した傾斜角設定信号に基づいて加速度信号基準調整回路4を調整するが、傾斜角設定信号がディジタル信号の場合や加速度信号基準調整回路4に直接加えられない信号の場合は、受信機13と加速度信号基準調整回路4との間にインターフェイス回路14を置く。インターフェイス回路14が必要に応じてコンピュータやディジタル/アナログ変換回路を含んでもよいことは言うまでもない。 The acceleration signal
また、インターフェイス回路14に設けるコンピュータを使用するか、別のコンピュータを設けて、傾斜角制御に必要な以上に説明した破線15で示した回路全体や受信機13をコントロールするようにしてもよい。 Further, a computer provided in the
16はバッテリーであり、加速度センサ2、角速度センサ3、加速度信号基準調整回路4、角速度信号基準調整回路5、増幅回路6、7、加算増幅回路8、傾斜角調整回路9、浮揚装置10、傾斜角制御機構11、受信機13、インターフェイス回路14などに必要な電力を供給する。なお、図中では、バッテリー16から前記各センサ、機構、回路などへの配線の記入は省略してある。
図1では無線制御の場合を示したが、有線で制御してもよいことは言うまでもない。図2に有線制御の場合の実施形態を示す。少なくとも、加速度センサ2、角速度センサ3、浮揚装置10、傾斜角制御機構11を機体17に搭載すればよく、加速度信号基準調整回路4、角速度信号基準調整回路5、増幅回路6、7、加算増幅回路8、傾斜角調整回路9は接続線18を介して機体1から離れた操縦位置に置く。勿論、重量や大きさに支障がなければ、前記加速度信号基準調整回路4、角速度信号基準調整回路5、増幅回路6、7、加算増幅回路8、傾斜角調整回路9の一部または全部を機体17に搭載してもよい。 Although FIG. 1 shows the case of wireless control, it goes without saying that it may be controlled by wire. FIG. 2 shows an embodiment in the case of wired control. At least the
接続線18の長さは任意であり、両端にコネクタ19a、19bを設けることも任意である。20は操縦位置に置く回路の基板または筐体である。 The length of the
加速度信号基準調整回路4を操縦位置に置く場合は、該加速度信号基準調整回路4を直接調整して目標傾斜角を設定できるようにするか、図示していない操縦機を設け、ジョイスティック、ハンドル、ボタン、つまみなどの操作量に対応して加速度信号基準調整回路4の傾斜角設定がなされるようにする。 When the acceleration signal
傾斜角設定信号を加速度信号基準調整回路4に付与する際、コンピュータを介在させてもよい。 When the tilt angle setting signal is applied to the acceleration signal
機体1を水平または所定の傾斜角に保つための、加速度センサ2、角速度センサ3、加速度信号基準調整回路4、角速度信号基準調整回路5、増幅回路6、7、加算増幅回路8、傾斜角調整回路9、浮揚装置10、傾斜角制御機構11、インターフェイス回路14各部の動作は、図1の場合と同様である。給電は外部電源を用いて行ってもよく、図1と同様にバッテリーを用いて行ってもよい。
ところで、本発明に用いる加速度センサ2は、該加速度センサ2が傾斜した時に、該傾斜角に対応して該加速度センサ2にはたらく重力加速度の成分を検出できるセンサである必要がある。すなわち、傾斜角を検出できる加速度センサでなければならない。 By the way, the
図3は、加速度センサ2に重力加速度gが加わる時の加速度成分を示しており、加速度成分ahが加速度センサ2に検出される。水平面に対する加速度センサ2の傾斜角をφとすれば、加速度成分ahは、ah=gsinφの関係にあるので、ahを検出することによりφが求まる。φが小さい角度範囲では、ah=gφとなる。FIG. 3 shows an acceleration component when gravitational acceleration g is applied to the
次に、本発明の飛翔ロボットの具体的な実施例について説明する。図4は、本発明の実施例の、2回転翼回転ピボット支持の飛翔ロボットである。 Next, specific examples of the flying robot of the present invention will be described. FIG. 4 is a flying robot that supports a two-rotor blade rotation pivot according to an embodiment of the present invention.
モータ21aおよび21bによって駆動する全翼長が約135mm、翼弦長が約14mm、質量約1gのスチロール製の回転翼22aおよび22bが機体23に取り付けてある。モータ21aおよび21bは直流モータである。 The
機体23には回転軸受24を設け、軸25の回りに自在に回転し得るように支持してある。回転軸受24の穴26の直径は軸25の直径より十分大きく、回転翼22aおよび22bを回転させる時、回転軸受24の穴26と軸25との相対位置関係により機体23が浮上するのが確認できるようにしてある。軸25は押さえ27によって基台28に固定した。 The
機体23に水平面内の回転トルクが働くのを防ぐため、モータ21aおよび21bは逆方向に回転させる。矢印29a、29bは回転翼22a、22bの回転方向、回転翼22a、22bの回りに描いた円30a、30bは回転翼22a、22bの回転範囲を示す。 In order to prevent rotational torque in the horizontal plane from acting on the
機体23には回転軸受24の回りの傾斜角を検出する加速度センサ31として米国Analog Devices社製ADXL202、角速度を検出する角速度センサ32として株式会社村田製作所製バイモルフ振動型角速度センサのジャイロスターENC−03を取り付けた。33は基板である。 The
そして、外部に加速度信号基準調整回路34、角速度信号基準調整回路35、増幅回路36、37、加算増幅回路38、傾斜角調整回路39を設けた。40は外部に置いた基板または筐体である。 An acceleration signal
機体23上に取り付けた加速度センサ31、角速度センサ32やモータ21aおよび21bへの給電と、外部に置いた基板または筐体40内の回路との接続は接続線41によって行った。42a、42bはコネクタである。 The connection between the power supply to the
加速度センサ31は加速度入力が0の時に出力が0となるセンサであるため、加速度信号基準調整回路34は、目標とする傾斜角を指定するために用いた。したがって、たとえば、機体23を水平に保ちたい場合は、機体23を水平に静止させる時、加速度信号基準調整回路34の出力が0になるように調整した。また、機体23を所定の傾斜角に保ちたい場合は、機体23を該傾斜角で静止させる時、加速度信号基準調整回路34の出力が0になるように調整した。 Since the
一方、角速度センサ32は角速度入力0の時に所定の電圧が出力され、角速度が加わるとその分だけ出力電圧が変化するタイプの角速度センサなので、角速度信号基準調整回路35は、角速度センサ32に角速度入力が加わらない時、該角速度信号基準調整回路35の出力が0になるように調整した。 On the other hand, the
加速度信号基準調整回路34と角速度信号基準調整回路35の出力は、それぞれ増幅回路36、37により適切な倍率で増幅した。そして、前記回転翼22aおよび22bを定常回転させて機体23を浮上させるために必要なモータ21aおよび21bの駆動信号を加え、加算増幅回路38に入れた。43は回転翼22aおよび22bを定常回転させて機体23を浮上させるため、モータ21aおよび21bに駆動信号を加える回路である。 The outputs of the acceleration signal
加算増幅回路38の出力信号は傾斜角調整回路39へ入れた。傾斜角調整回路39は、加算増幅回路38からの出力信号に基づいて、前記回転翼22aおよび22bを回転させるためのモータ21aおよび21bの駆動信号を調整して該回転翼22aおよび22bの回転速度を変え、機体23の傾斜角を調整する。 The output signal of the summing
すなわち、該回転翼22aおよび22bのうち傾斜して下がった方の回転翼の回転数を上げ、他方の回転数を下げることにより、加速度信号基準調整回路34の出力および角速度信号基準調整回路35の出力が0に戻るように制御する。 That is, the output of the acceleration signal
機体23が水平静止状態の時、または、所定の傾斜角傾けた時に加速度信号基準調整回路34の出力が0、または、増幅回路36の出力が0となるように加速度信号基準調整回路34を調整しておけば、機体23は増幅回路36と増幅回路37の出力の和が0に戻るように制御されるため、機体23は、前記の加速度信号基準調整回路34の出力が0、または、増幅回路36の出力が0となるように設定された傾斜角に、角速度も0になるように制御される。 The acceleration signal
なお、回転翼22aおよび22bを図4では2枚羽の回転翼としたが、各回転翼の羽の枚数は任意である。 Although the
図5は、図4に示した飛翔ロボットの傾斜角制御の回路図の実施例である。図中の点A、Bは上段の回路図が下段の回路図に点A、Bでつながることを示している。 FIG. 5 is an embodiment of a circuit diagram of tilt angle control of the flying robot shown in FIG. Points A and B in the figure indicate that the upper circuit diagram is connected to the lower circuit diagram at points A and B.
加速度センサ31、角速度センサ32に接続する加速度信号基準調整回路34、角速度信号基準調整回路35、増幅回路36、37、加算増幅回路38、傾斜角調整回路39、機体23を浮上させるための定常的な駆動信号を加える回路43は、図中に破線で囲って示した部分である。 The
増幅回路36、37の出力により回転翼22aおよび22bの両方を制御するため、加算増幅回路38は38a、38bの2回路、傾斜角調整回路39は39a、39bの2回路、機体23を浮上させるための定常的な駆動信号を加える回路43は43a、43bの2回路設けてある。 Since both of the
演算増幅器48〜55には新日本無線株式会社製のNJM4580を用いた。加速度センサ31の回路のコンデンサ56a、56b、ダイオード57、角速度センサ32の回路の電解コンデンサ58、ダイオード59、加速度信号基準調整回路34の抵抗64a、64b、64c、可変抵抗65、コンデンサ66、角速度信号基準調整回路35の抵抗67a、67b、67c、可変抵抗68、コンデンサ69、増幅回路36の抵抗71a、71b、増幅回路37の抵抗72a、72b、回転翼22aを定常回転させる駆動信号を加える回路43aの抵抗73、可変抵抗74、回転翼22bを定常回転させる駆動信号を加える回路43bの抵抗75、可変抵抗76、加算増幅回路38aの抵抗77a、77b、77c、77d、加算増幅回路38bの抵抗78a、78b、78c、78d、傾斜角調整回路39aの抵抗80、トランジスタ81、傾斜角調整回路39bの抵抗82、トランジスタ83、回転翼22aを回転させるためのモータ21aのコンデンサ84、ダイオード85、および回転翼22bを回転させるためのモータ21bのコンデンサ86、ダイオード87は、それぞれの回路が良好に動作するように適宜選定して用いた。 NJM4580 made by New Japan Radio Co., Ltd. was used for the operational amplifiers 48-55.
電源は、端子88に+3V、端子89に+5V、端子90に−5V、端子91に+5V、端子92に−5Vを加えた。 As the power source, + 3V was applied to the terminal 88, + 5V to the terminal 89, -5V to the terminal 90, + 5V to the terminal 91, and -5V to the terminal 92.
本飛翔ロボットの傾斜角を自動保持するには、まず、モータ21aおよび21bに駆動信号を加える回路43a、43bの可変抵抗74、76を調整し、回転翼22aおよび22bを定常回転させて機体23を浮上させる。 In order to automatically maintain the inclination angle of the flying robot, first, the
次に、該機体23を水平状態または所定の傾斜角に、任意の方法により、静止させる。その状態で、加速度信号基準調整回路34の出力信号が0となるように、したがって、増幅回路36を経て加算増幅回路38aおよび加算増幅回路38bに入る信号が0となるように、該加速度信号基準調整回路34の可変抵抗65を調整する。 Next, the
また、前記のごとく飛翔ロボットの機体23を水平状態または所定の傾斜角に静止保持した状態で、角速度信号基準調整回路35の出力信号も0となるように、したがって、増幅回路37を経て加算増幅回路38aおよび加算増幅回路38bに入る信号も0となるように、該角速度信号基準調整回路35の可変抵抗68を調整する。 Further, as described above, the output signal of the angular velocity signal
傾斜角調整回路39aおよび39bは、傾斜角と角速度が反映された加算増幅回路38aおよび加算増幅回路38bの出力に応じて、飛翔ロボットの機体23が設定した水平状態または傾斜角になるように、回転翼22aおよび22bの回転速度を変更する駆動信号をモータ21aおよび21bに送る。 The inclination
たとえば、設定した飛翔ロボットの傾斜角に対し、回転翼22aが下がる方向に傾いた時は、回転翼22a駆動用のモータ21aの速度が上がり、反対側の回転翼22b駆動用のモータ21bの速度が下がるようにモータ速度を変更する信号を出力し、回転翼22aが上がる方向に傾いた時は回転翼22a駆動用のモータ21aの速度が下がり、反対側の回転翼22b駆動用のモータ21bの速度が上がるようにモータ速度を変更する信号を出力する。 For example, when the
該傾斜角調整回路39aおよび39bからのモータ駆動信号によりモータ21aとモータ21bの回転速度を変えると、該回転速度に応じて回転翼22aと回転翼22bの揚力が変わり、傾斜角が修正される。 When the rotational speeds of the
したがって、時間を経ても機体23は最初に設定した水平状態または所定の傾斜角を自動的に保持する。図6は、図4に示した飛翔ロボットの機体23の傾斜角が図5に示した回路により自動保持されることを実証したグラフである。端子88、89、90、91、92に外部電源から給電し、水平保持を設定した結果、傾斜角を測定した約2時間の間、機体23の傾斜角は±3°以内に自動保持された。このように、半無限の時間、設定した傾斜角を維持できる。 Therefore, even after a lapse of time, the
なお、回転翼22aおよび22bの回転方向を図4に示したように反対方向としておけば、反動トルクが相殺され、機体23の鉛直軸まわりの回転が引き起こされないで済む。 If the rotation directions of the
図7は、本発明の別の実施例であり、4回転翼の飛翔ロボットである。図5に示した傾斜角制御の回路を直交する2方向に対して設けた。 FIG. 7 shows another embodiment of the present invention, which is a four-rotor flying robot. The inclination angle control circuit shown in FIG. 5 is provided in two orthogonal directions.
図示のようにx、y、z軸をとり、十字状の骨組で示した機体95上にモータ96a、96b、96c、96dにより駆動される4つの回転翼97a、97b、97c、97dを設ける。回転翼97a、97cはx軸を挟んで配置し、回転翼97b、97dはy軸を挟んで配置してある。矢印98a、98b、98c、98dは回転翼97a、97b、97c、97dの回転方向を示している。また、回転翼97a、97b、97c、97dの回りに描いた円99a、99b、99c、99dは回転翼97a、97b、97c、97dの回転範囲を示す。モータ96a、96b、96c、96dには直流モータを使用した。 As shown in the figure, four
傾斜角を検出する加速度センサ102として米国Analog Devices社製ADXL202、x、y軸回りの角速度を検出する角速度センサ103a、103bとして株式会社村田製作所製バイモルフ振動型角速度センサのジャイロスターENC−03を取り付けた。 ADXL202 manufactured by Analog Devices, USA as an
加速度センサ102および角速度センサ103a、103bは機体95上の基板104に取り付けた。保持具は省略して描いてある。 The
105はセンサ部のカバー、106は無線用のアンテナ、107は姿勢制御用の回路を納めた制御基板、108は電池である。
使用した加速度センサ102としては、重力加速度の直交x、y2方向の成分を検出してy、x軸回りの傾斜角成分を検出できるものを使用した。 As the used
制御基板107には、x方向加速度信号用の加速度信号基準調整回路、増幅回路、y方向加速度信号用の加速度信号基準調整回路、増幅回路、x軸回りの角速度信号用の角速度信号基準調整回路、増幅回路、y軸回りの角速度信号用の角速度信号基準調整回路、増幅回路、複数の加算増幅回路、複数の傾斜角調整回路、受信機を設けた。 The
前記受信機はアンテナ106と接続してあり、該受信機により外部の操縦者からの該飛翔ロボットの傾斜角設定信号を受信し、該傾斜角が制御目標値となるように、加速度信号基準調整回路を調整する。 The receiver is connected to an
図示していないが、飛翔ロボットには、必要に応じてカメラ、ガスセンサなどの検知機器を搭載する。その場合には、該カメラ、ガスセンサを使用するための回路や該カメラの画像情報や該ガスセンサの検出情報を操縦者側に送信するための送信機も設ける。 Although not shown, the flying robot is equipped with a detection device such as a camera or a gas sensor as necessary. In that case, a circuit for using the camera and the gas sensor, and a transmitter for transmitting image information of the camera and detection information of the gas sensor to the pilot side are also provided.
電池108は、加速度センサ102、角速度センサ103a、103b、制御基板107上の前記各回路および受信機に給電する。電池108は任意の電池の組合せでもよい。なお、配線の記入は省略した。 The
図2と同様に、制御基板107を機体95から切り離して別置きとし、加速度センサ102、角速度センサ103a、103bとの間を機体95の飛翔を妨げない柔らかい接続線で接続し、外部電源から給電したり、傾斜角の制御目標値を設定してもよい。その場合は受信機、送信機やアンテナ106は不要である。 As in FIG. 2, the
図8は図7に示した飛翔ロボットの姿勢制御回路の構成を示す図である。加速度センサ102内のx軸方向の加速度すなわちy軸回りの傾斜角を検出する加速度センサ102a、y軸方向の加速度すなわちx軸回りの傾斜角を検出する加速度センサ102b、制御基板107に設けたx方向加速度信号用の加速度信号基準調整回路111a、増幅回路113a、y方向加速度信号用の加速度信号基準調整回路111b、増幅回路113b、x軸回りの角速度を検出する角速度センサ103a、制御基板107に設けたx軸回りの角速度信号用の角速度信号基準調整回路112a、増幅回路114a、y軸回りの角速度を検出する角速度センサ103b、制御基板107に設けたy軸回りの角速度信号用の角速度信号基準調整回路112b、増幅回路114b、回転翼97a、97b、97c、97dを定常回転させる駆動信号を加える回路115a、115b、115c、115d、前記の増幅回路113b、増幅回路114a、回転翼を定常回転させる駆動信号を加える回路115aの出力を加算増幅する加算増幅回路116a、増幅回路113a、増幅回路114b、回転翼を定常回転させる駆動信号を加える回路115bの出力を加算増幅する加算増幅回路116b、増幅回路113b、増幅回路114a、回転翼を定常回転させる駆動信号を加える回路115cの出力を加算増幅する加算増幅回路116c、増幅回路113a、増幅回路114b、回転翼を定常回転させる駆動信号を加える回路115dの出力を加算増幅する加算増幅回路116d、傾斜角調整回路117a、117b、117c、117dを図示のように接続した。 FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the attitude control circuit of the flying robot shown in FIG. An acceleration sensor 102a that detects acceleration in the x-axis direction in the acceleration sensor 102, that is, an inclination angle around the y-axis, an acceleration sensor 102b that detects acceleration in the y-axis direction, that is, an inclination angle around the x-axis, and x provided on the control board 107 Acceleration signal reference adjustment circuit 111a for direction acceleration signal, amplification circuit 113a, acceleration signal reference adjustment circuit 111b for y direction acceleration signal, amplification circuit 113b, angular velocity sensor 103a for detecting angular velocity around the x-axis, and control board 107 An angular velocity signal reference adjustment circuit 112a for an angular velocity signal around the x axis, an amplifier circuit 114a, an angular velocity sensor 103b for detecting an angular velocity around the y axis, and an angular velocity signal reference adjustment for an angular velocity signal around the y axis provided on the control board 107 The circuit 112b, the amplifier circuit 114b, and the rotor blades 97a, 97b, 97c, and 97d Circuits 115a, 115b, 115c, 115d for adding drive signals, the amplifying circuit 113b, the amplifying circuit 114a, a summing amplifier circuit 116a for adding and amplifying the output of the circuit 115a for adding a driving signal for rotating the rotor blades at regular intervals, an amplifying circuit 113a, The output of the amplifier circuit 114b, the addition amplifier circuit 116b for adding and amplifying the output of the circuit 115b for adding the drive signal for rotating the rotor blades, the output of the amplifier circuit 113b, the amplifier circuit 114a and the circuit 115c for adding the drive signal for rotating the rotor blades to the steady state. Summing
加速度信号基準調整回路111a、111bは、加速度センサ102a、102bからの出力を所定の値に調整する回路である。機体95を水平に維持したい場合は、機体95を水平に静止させた状態で、該加速度信号基準調整回路111a、111bの出力または増幅回路113a、113bの出力が0になるように調整する。また、傾いた所定の傾斜角に機体95を保ちたい時は、該所定の傾斜角に機体95を静止させた状態で、該加速度信号基準調整回路111a、111bの出力または増幅回路113a、113bの出力が0になるように調整する。 The acceleration signal
角速度信号基準調整回路112a、112bは、角速度センサ103a、103bの出力を所定の値に調整する回路である。使用した角速度センサ103a、103bは、角速度入力0の時に所定の信号が出力され、角速度が加わるとその分だけ信号が変化するタイプの角速度センサなので、機体95を静止させた状態で、角速度信号基準調整回路112a、112bを調整して前記の角速度入力0の時の信号を相殺し、該角速度信号基準調整回路112a、112bの出力または増幅回路114a、114bの出力が0になるようにした。 The angular velocity signal
傾斜角調整回路117a、117cは、x軸回りの傾斜角と角速度が反映された加算増幅回路116a、116cの出力に応じて、飛翔ロボットの機体95が水平または設定した傾斜角になるように、回転翼97a、97cを駆動するモータ96a、96cに駆動信号を発する。 The tilt
たとえば、設定した飛翔ロボットのx軸回りの傾斜角に対し、回転翼97aが下がる方向に傾いた時は、回転翼97a駆動用のモータ96aの速度が上がり、回転翼97c駆動用のモータ96cの速度が下がるようにモータ駆動電圧を変更する信号を出力し、回転翼97aが上がる方向に傾いた時は回転翼97a駆動用のモータ96aの速度が下がり、回転翼97c駆動用のモータ96cの速度が上がるようにモータ駆動電圧を変更する信号を出力する。 For example, when the
該傾斜角調整回路117a、117cからのモータ駆動電圧変更信号により回転翼97aと回転翼97cの回転速度を変えると、それに応じて回転翼97aと回転翼97cの揚力が変わり、x軸回りの傾斜角が修正される。 When the rotational speeds of the
回転翼97aおよび97cの回転方向を図7に示したように同方向としておけば、片方の回転を増し、他方の回転を減ずる時に反動トルクの合計値がほとんど変わらない。したがって、傾斜角を修正する動作により機体95のz軸回りの回転が引き起こされないで済む。 If the rotation directions of the
一方、傾斜角調整回路117b、117dは、y軸回りの傾斜角と角速度が反映された加算増幅回路116b、116dの出力に応じて、飛翔ロボットの機体95が水平または設定した傾斜角になるように、回転翼97b、97dを駆動するモータ96b、96dに駆動信号を発する。 On the other hand, the tilt
たとえば、設定した飛翔ロボットのy軸回りの傾斜角に対し、回転翼97bが下がる方向に傾いた時は、回転翼97b駆動用のモータ96bの速度が上がり、回転翼97d駆動用のモータ96dの速度が下がるようにモータ駆動電圧を変更する信号を出力し、回転翼97bが上がる方向に傾いた時は回転翼97b駆動用のモータ96bの速度が下がり、回転翼97d駆動用のモータ96dの速度が上がるようにモータ駆動電圧を変更する信号を出力する。 For example, when the
該傾斜角調整回路117b、117dからのモータ駆動電圧変更信号により回転翼97bと回転翼97dの回転速度を変えると、それに応じて回転翼97bと回転翼97dの揚力が変わり、y軸回りの傾斜角が修正される。 When the rotational speeds of the
回転翼97bおよび97dの回転方向を図7に示したように同方向としておけば、片方の回転を増し、他方の回転を減ずる時に反動トルクの合計値がほとんど変わらない。したがって、傾斜角を修正する動作により機体95のz軸回りの回転が引き起こされないで済む。 If the rotation directions of the
以上のようにすれば、x、y2軸回りの傾斜角自動維持制御ができるため、飛翔ロボットの機体95を水平または所定の傾斜角に自動維持できる。 In this manner, since the tilt angle automatic maintenance control around the x and y2 axes can be performed, the flying
また、回転翼97aおよび97cの回転方向に対し、回転翼97bおよび97dの回転方向を逆方向とし、反動トルクを打ち消しておけば、機体95のz軸回りの回転が引き起こされないで済む。 Further, if the rotational direction of the
なお、回転翼97a、97b、97c、97dを図7では2枚羽の回転翼としたが、各回転翼の羽の枚数が任意であることは言うまでもない。 Although the
また、図7および図8により説明した本発明の飛翔ロボットでは、回転翼の個数を4個としたが、回転翼の個数は3個以上であれば任意であり、加算増幅回路116a、116b、・・・および傾斜角調整回路117a、117b、・・・を適宜必要な数だけ設けて傾斜角を補正すればよい。 Further, in the flying robot of the present invention described with reference to FIGS. 7 and 8, the number of rotor blades is four, but the number of rotor blades is arbitrary as long as it is three or more, and summing
ところで、図7に示した本発明の飛翔ロボットでは、回転翼97a、97b、97c、97dを浮揚装置を兼ねて使用しているが、別に浮揚装置を設け、該回転翼97a、97b、97c、97dを傾斜角の保持を主目的に使用してもよいことは明らかである。 By the way, in the flying robot of the present invention shown in FIG. 7, the
図9は、傾斜角調整のための回転翼131a、131b、131c、131dのほかに、二重反転する主回転翼132、133を浮揚装置として別に有する本発明の飛翔ロボットの実施例である。図9では浮揚のための装備のみを示し、加速度センサ、角速度センサ、傾斜角調整のための各種回路などは省略してあるが、図8と同様な回路を用いれば、機体134を水平または所期の傾斜角に自動保持することができる。 FIG. 9 shows an embodiment of the flying robot according to the present invention, which has the
回転翼131a、131b、131c、131dを常時回転させ、浮揚力を一部補助することが任意であることは言うまでもない。 Needless to say, it is optional to always rotate the
図10は、傾斜角調整のための回転翼141a、141b、141c、141dのほかに、主回転翼142を浮揚装置として別に有する本発明の飛翔ロボットの実施例である。主回転翼142の軸回りに反動トルクによって機体143が回転するのを防止するため、機体回転抑止回転翼144を設けてある。図10でも、浮揚のための装備のみを示し、加速度センサ、角速度センサ、傾斜角調整のための各種回路などは省略してあるが、図8と同様な回路を用いれば、機体143を水平または所期の傾斜角に自動保持することができる。 FIG. 10 shows an embodiment of the flying robot of the present invention having a
この場合も、回転翼141a、141b、141c、141dを常時回転させ、浮揚力を一部補助することが任意であることは言うまでもない。 Also in this case, it goes without saying that it is optional to always rotate the
図11は、傾斜角調整のための回転翼151a、151b、151c、151dのほかに、気球152を浮揚装置として別に有する飛翔ロボットの実施例である。図11でも、浮揚のための装備のみを示し、加速度センサ、角速度センサ、傾斜角調整のための各種回路などは省略してあるが、図8と同様な回路を用いれば、機体153を水平または所期の傾斜角に自動保持することができる。 FIG. 11 shows an embodiment of a flying robot having a
この場合も、回転翼151a、151b、151c、151dを常時回転させ、浮揚力を一部補助することが任意であることは言うまでもない。 In this case as well, it goes without saying that
以上に説明したように、本発明の飛翔ロボットにおいては、該飛翔ロボットの傾斜角が、操縦者が該飛翔ロボットを見ながらこまめに操縦しなくても、水平状態または指令として与える設定傾斜角に自動的に保持される。 As described above, in the flying robot of the present invention, the inclination angle of the flying robot is set to a set inclination angle that is given as a horizontal state or as a command even if the operator does not frequently maneuver while watching the flying robot. Retained automatically.
傾斜角を制御するのに、加速度センサと角速度センサを用い、傾斜角と角速度という2つのセンシング情報により傾斜角を制御するが、両センサからの出力を予め加算増幅器で1つの信号に合成してから、該合成信号を制御情報として傾斜角調整に用いるため、傾斜を復元するのに用いる傾斜角制御機構への駆動指令を極めて簡明にでき、飛翔ロボットが外乱によって傾斜した時の復元をスムーズに短時間で行える。 In order to control the tilt angle, an acceleration sensor and an angular velocity sensor are used, and the tilt angle is controlled by two sensing information of the tilt angle and the angular velocity. The outputs from both sensors are combined into one signal by a summing amplifier in advance. Therefore, since the composite signal is used as control information for tilt angle adjustment, the drive command to the tilt angle control mechanism used to restore the tilt can be greatly simplified, and the restoration when the flying robot is tilted due to disturbance can be performed smoothly. It can be done in a short time.
回転翼を定常速度で回転させる信号を一緒に加える場合を含め、加算増幅器で合成した単一の信号により、回路により各回転翼の目標回転数を一義的に決定して、傾斜角と角速度という2つの物理量を同時に目標値に近づけることができるため、制御アルゴリズムがきわめて簡明になる。 The target rotational speed of each rotor blade is uniquely determined by the circuit using a single signal synthesized by the summing amplifier, including the case where a signal for rotating the rotor blades at a steady speed is added together. Since the two physical quantities can be brought close to the target value at the same time, the control algorithm becomes very simple.
回路が単純であることから装備を小型軽量にできるため、飛翔ロボットの揚力が小さくて済み、該飛翔ロボットを小型化できる。また、バッテリーによって飛翔させる場合には使用可能時間を長くすることができる。そして、同じ揚力を有する飛翔ロボットを想定すると、搭載物積載可能重量を増すことができる。 Since the circuit is simple, the equipment can be reduced in size and weight, so that the flying robot can have a small lift, and the flying robot can be downsized. In addition, when the battery is used for flight, the usable time can be extended. Then, assuming a flying robot having the same lift, the loadable weight can be increased.
従来は、操縦者が飛翔ロボットの位置や傾斜角を目視しながら、勘に頼ってこまめに傾斜角を調整しなければ、飛翔ロボットの傾斜角を安定に保つことができず、かなりの熟練を積まないと飛翔ロボットをうまく操縦することができなかったのに対し、本発明の飛翔ロボットは、強制的に機体の傾斜を変更する指令を与えないかぎり、水平姿勢または任意の傾斜姿勢を自動的に保持するので、容易に操縦することができる。 Conventionally, if the operator does not adjust the tilt angle frequently by looking at the position and tilt angle of the flying robot and relying on intuition, the tilt angle of the flying robot cannot be kept stable, and considerable skill is required. While the flying robot could not be controlled well without it being piled up, the flying robot of the present invention automatically takes a horizontal posture or an arbitrary inclined posture unless a command for forcibly changing the inclination of the aircraft is given. Because it is held in, you can easily maneuver.
放射性物資、有害なガスや液体の漏洩や散逸など、事故や災害によって、狭い場所や危険な場所に人間が取り残されることがある。そうした場合、すぐに救助や復旧が必要となるが、順序としては、まず何が原因で何が起こり、今どうなっているのか、その状況を早く正確に把握することが重要である。人間が入っても大丈夫なのか、火災や爆発のおそれはないか、誰かが倒れたり、閉じ込められたりしていないか、等の状況を把握しなければ、その先何もできない。このような場合の状況察知に本発明の飛翔ロボットを用いれば、地上の地形に拘わらず目標の場所に急行でき、任意の視点で状況を察知できるという利点がある。 Humans may be left in confined or dangerous places due to accidents and disasters, such as the leakage and dissipation of radioactive materials and harmful gases and liquids. In such a case, rescue and recovery are required immediately, but as a sequence, it is important to quickly and accurately grasp what is happening and what is happening now. You can't do anything without knowing the situation, such as whether it is safe for humans to enter, whether there is a risk of fire or explosion, or whether someone has fallen or trapped. If the flying robot of the present invention is used to detect the situation in such a case, there is an advantage that it is possible to express the target location regardless of the landform on the ground and to detect the situation from an arbitrary viewpoint.
事故や災害時のみならず、人間が入り込めない狭い場所や人間に危険な場所の状況を察知したい用途は色々想定される。たとえば、無人運転装置の保守、監視、建物内の防犯監視などが考えられる。これらの用途においては、固定カメラだと特定の場所しか見ることができないのに対して、本発明の飛翔ロボットを用いれば視点を変えて見ることができるという利点がある。 There are many possible uses for not only accidents and disasters, but also to detect the situation of narrow places where humans cannot enter and places that are dangerous to humans. For example, maintenance and monitoring of unmanned driving devices, crime prevention monitoring in buildings, and the like can be considered. In these applications, a fixed camera can see only a specific place, but using the flying robot of the present invention has an advantage that the viewpoint can be changed.
本発明の飛翔ロボットは、上記のように、人間が入り込めない狭い場所や人間にとって危険な場所で、人間が該飛翔ロボットを見ながら操縦することのできない場合に適用すれば、とくに有用である。 As described above, the flying robot of the present invention is particularly useful when applied to a narrow place where a human cannot enter or a dangerous place for a human, where the human cannot operate while looking at the flying robot. .
また、熟練しなくても操縦できるため、ホビー用や広告用などに活用することもできる。 In addition, since it can be operated without skill, it can be used for hobbies and advertisements.
飛翔ロボットを防水構造にすれば、液体中で傾斜角を維持することも可能であり、水中探査ロボットに使用することも可能である。 If the flying robot has a waterproof structure, the tilt angle can be maintained in the liquid, and it can be used for an underwater exploration robot.
1 機体
2 加速度センサ
3 角速度センサ
4 加速度信号基準調整回路
5 角速度信号基準調整回路
6 増幅回路
7 増幅回路
8 加算増幅回路
9 傾斜角調整回路
10 浮揚装置
11 傾斜角制御機構
12 アンテナ
13 受信機
14 インターフェイス回路
16 バッテリー
17 接続線
21a、21b モータ
22a、22b 回転翼
23 機体
24 回転軸受
25 軸
28 基台
31 加速度センサ
32 基板
33 角速度センサ
34 加速度信号基準調整回路
35 角速度信号基準調整回路
36 増幅回路
37 増幅回路
38a、38b 加算増幅回路
39a、39b 傾斜角調整回路
40a、40b 傾斜角制御回路
43a、43b 回転翼を定常回転させるのに必要なモータの駆動信号を加える回路
48〜55 演算増幅器
81 トランジスタ
83 トランジスタ
95 機体
96a、96b、96c、96d モータ
97a、97b、97c、97d 回転翼
102 加速度センサ
103a、103b 角速度センサ
107 制御基板
108 電池
111a、111b 加速度信号基準調整回路増幅回路
112a、112b 角速度信号基準調整回路
113a、113b、114a、114b 増幅回路
115a、115b、115c、115d 回転翼を定常回転させるのに必要なモータの駆動信号を加える回路
116a、116b、116c、116d 加算増幅回路
117a、117b、117c、117d 傾斜角調整回路
131a、131b、131c、131d 回転翼
132、133 二重反転する主回転翼
134 機体
141a、141b、141c、141d 回転翼
142 主回転翼
143 機体
151a、151b、151c、151d 回転翼
152 気球
153 機体DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Airframe 2 Acceleration sensor 3 Angular velocity sensor 4 Acceleration signal reference adjustment circuit 5 Angular velocity signal reference adjustment circuit 6 Amplification circuit 7 Amplification circuit 8 Addition amplification circuit 9 Inclination angle adjustment circuit 10 Levitation device 11 Inclination angle control mechanism 12 Antenna 13 Receiver 14 Interface Circuit 16 Battery 17 Connection line 21a, 21b Motor 22a, 22b Rotor blade 23 Airframe 24 Rotary bearing 25 Shaft 28 Base 31 Acceleration sensor 32 Substrate 33 Angular velocity sensor 34 Acceleration signal reference adjustment circuit 35 Angular velocity signal reference adjustment circuit 36 Amplification circuit 37 Amplification Circuits 38a and 38b Addition amplification circuits 39a and 39b Inclination angle adjustment circuits 40a and 40b Inclination angle control circuits 43a and 43b Circuits 48 to 55 for adding motor drive signals necessary for steady rotation of the rotor blades Operational amplifier 81 Transistor 83 Transistor 95 Aircraft 96 a, 96b, 96c, 96d Motor 97a, 97b, 97c, 97d Rotary blade 102 Acceleration sensor 103a, 103b Angular velocity sensor 107 Control board 108 Battery 111a, 111b Acceleration signal reference adjustment circuit Amplifier circuit 112a, 112b Angular velocity signal reference adjustment circuit 113a, 113b, 114a, 114b Amplifier circuits 115a, 115b, 115c, 115d Circuits 116a, 116b, 116c, 116d for adding motor driving signals necessary for rotating the rotor blades at regular intervals Addition amplifier circuits 117a, 117b, 117c, 117d Adjustment circuits 131 a, 131 b, 131 c, 131 d Rotor blades 132, 133 Main rotor blades that are doubly reversed 134 Airframes 141 a, 141 b, 141 c, 141 d Rotor blades 142 Main rotor blades 143 Airframes 151 a, 151 b, 15 c, 151d rotary blades 152 Balloon 153 airframe
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Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007050871A (en) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Tokyo Denki Univ | Flying robot control device and flying robot control method |
DE102006013402B4 (en) * | 2006-03-23 | 2011-04-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Modular unmanned aerial vehicle |
JP2013510760A (en) * | 2009-11-13 | 2013-03-28 | パロット | Navigation electronic card support for drone drones |
EP2576342A4 (en) * | 2010-05-26 | 2014-08-20 | Aerovironment Inc | Reconfigurable battery-operated vehicle system |
JP2014227016A (en) * | 2013-05-22 | 2014-12-08 | 富士重工業株式会社 | Remote control type pilotless plane |
CN106218883A (en) * | 2016-09-05 | 2016-12-14 | 广州市丹爵通讯科技有限公司 | A kind of unmanned plane with high-definition camera ability for oil exploration |
JP2018503194A (en) * | 2015-01-13 | 2018-02-01 | ▲広▼州▲極飛▼科技有限公司Guangzhou Xaircraft Technology Co., Ltd. | Method and system for scheduling unmanned aircraft, unmanned aircraft |
WO2019198155A1 (en) * | 2018-04-10 | 2019-10-17 | 株式会社自律制御システム研究所 | Unmanned aerial vehicle, flight control mechanism for unmanned aerial vehicle, and method for using unmanned aerial vehicle and mechanism for unmanned aerial vehicle |
-
2003
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Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4670052B2 (en) * | 2005-08-19 | 2011-04-13 | 学校法人東京電機大学 | Flying robot control device and flying robot control method |
JP2007050871A (en) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Tokyo Denki Univ | Flying robot control device and flying robot control method |
DE102006013402B4 (en) * | 2006-03-23 | 2011-04-21 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Modular unmanned aerial vehicle |
JP2013510760A (en) * | 2009-11-13 | 2013-03-28 | パロット | Navigation electronic card support for drone drones |
US11220170B2 (en) | 2010-05-26 | 2022-01-11 | Aerovironment, Inc. | Reconfigurable battery-operated vehicle system |
EP2576342A4 (en) * | 2010-05-26 | 2014-08-20 | Aerovironment Inc | Reconfigurable battery-operated vehicle system |
JP2014227016A (en) * | 2013-05-22 | 2014-12-08 | 富士重工業株式会社 | Remote control type pilotless plane |
JP2018503194A (en) * | 2015-01-13 | 2018-02-01 | ▲広▼州▲極飛▼科技有限公司Guangzhou Xaircraft Technology Co., Ltd. | Method and system for scheduling unmanned aircraft, unmanned aircraft |
CN106218883A (en) * | 2016-09-05 | 2016-12-14 | 广州市丹爵通讯科技有限公司 | A kind of unmanned plane with high-definition camera ability for oil exploration |
CN112236361A (en) * | 2018-04-10 | 2021-01-15 | 自动化控制系统研究所株式会社 | Unmanned aerial vehicle, flight control mechanism of unmanned aerial vehicle and method for using unmanned aerial vehicle and flight control mechanism |
WO2019198155A1 (en) * | 2018-04-10 | 2019-10-17 | 株式会社自律制御システム研究所 | Unmanned aerial vehicle, flight control mechanism for unmanned aerial vehicle, and method for using unmanned aerial vehicle and mechanism for unmanned aerial vehicle |
US11332244B2 (en) | 2018-04-10 | 2022-05-17 | Acsl Ltd. | Imaging investigation system and imaging investigation method |
US11970266B2 (en) | 2018-04-10 | 2024-04-30 | ACSL, Ltd. | Unmanned aerial vehicle, flight control mechanism for unmanned aerial vehicle, and method for using unmanned aerial vehicle and mechanism for unmanned aerial vehicle |
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