JP2016049900A - Flight device - Google Patents
Flight device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016049900A JP2016049900A JP2014176994A JP2014176994A JP2016049900A JP 2016049900 A JP2016049900 A JP 2016049900A JP 2014176994 A JP2014176994 A JP 2014176994A JP 2014176994 A JP2014176994 A JP 2014176994A JP 2016049900 A JP2016049900 A JP 2016049900A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- links
- rotor
- flying device
- link
- frame
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Toys (AREA)
Abstract
Description
本発明は、複数のロータを用いた飛行装置に関するものである。 The present invention relates to a flying device using a plurality of rotors.
下記において、右肩の[n]は、明細書末尾の参考文献番号を示す。 In the following, [n] on the right shoulder indicates a reference number at the end of the specification.
近年、マルチロータを用いた飛行体(以下単に「マルチロータ」と略称することがある)に関する研究が盛んに行われている[1]。しかし、その殆どは不変な機体構造を持つため、それ自身のサイズより小さい隙間を通過することは困難である。 In recent years, research on aircraft using a multi-rotor (hereinafter sometimes simply referred to as “multi-rotor”) has been actively conducted [1] . However, since most of them have an invariable body structure, it is difficult to pass through a gap smaller than its own size.
マルチロータの応用として災害現場での自動探索が挙げられる。災害現場では、半開きの扉や、傾いた壁などにより、狭隘な飛行経路が存在すると予想される。マルチロータ自身の形状よりも小さい隙間を通過するのは、剛構造の躯体を持つ機体にとっては非常に難しいと考えられる。 As an application of multi-rotor, automatic search at disaster sites can be mentioned. At disaster sites, narrow flight paths are expected due to half-open doors and inclined walls. Passing through a gap smaller than the shape of the multi-rotor itself is considered to be very difficult for an aircraft with a rigid structure.
過去には、機体自身を縦方向に傾かせることによって、隙間を高速で通過するという研究[2]がなされた。しかしながら、複数ロータの回転軸が平行となっているマルチロータにとっては、縦方向に傾くのは非常に不安定な状態であり、安定した飛行は難しいと考えられる。 In the past, there was a research [2] in which the aircraft itself was tilted vertically to pass through the gap at high speed. However, for a multi-rotor in which the rotation axes of a plurality of rotors are parallel, tilting in the vertical direction is a very unstable state, and stable flight is considered difficult.
そこで、本発明者らは、蛇のように隙間を潜り抜けるという動作に着目し、機体を水平状態に保ちながら、縦長の隙間を通過する方法について考察した。その結果、水平面上で変形できる多節リンク構造を持つマルチロータによりこの問題を解決しうるとの知見を得た。特に、本発明者らは、4つのプロペラを有するクワッドロータの多節リンク構造と飛行制御の研究に取り組んだ。 Accordingly, the present inventors have focused on the action of passing through the gap like a snake and considered a method of passing through the vertically long gap while keeping the aircraft in a horizontal state. As a result, we have found that this problem can be solved by a multi-rotor with a multi-node link structure that can be deformed on a horizontal plane. In particular, the present inventors have worked on a multi-node link structure and flight control of a quadrotor having four propellers.
従来は、地上および水中で移動する多節リンク構造を持つロボットの研究が多くなされてきたが、空中での試みは行われてこなかった。本発明者らは、プロペラを中央に内蔵しているリンクを、回転軸方向が統一したサーボモータでつなぎ、2次元平面上で変形できるマルチロータの構成法について研究した。特に本研究においては4つのプロペラから構成される3関節を持つクワッドロータの実現を目指した。 Conventionally, many studies have been made on a robot having a multi-node link structure that moves on the ground and in water, but no attempt has been made in the air. The inventors of the present invention have studied a configuration method of a multi-rotor capable of connecting a link having a built-in propeller in the center with a servo motor having a uniform rotation axis direction and deforming on a two-dimensional plane. In particular, this research aimed to realize a quad-rotor with three joints composed of four propellers.
ところで、機体構造が不変であるマルチロータに関する研究自体は従前から存在する。その中でも、Oungら[3]は、シングルプロペラモジュールが任意の数で地上で合体し、任意の形を空中で保ちながら定位飛行する研究を行ってきた。この研究において、任意の2次元形状下で水平を保つための姿勢制御理論が述べられているが、空中での変形が飛行制御にもたらす影響については言及していない。 By the way, research on a multi-rotor whose body structure is unchanged has existed for some time. Among them, Oung et al. [3] have been researching the ability of a single propeller module to unite on the ground in any number and to fly in a stereo position while keeping any shape in the air. In this research, the attitude control theory to keep the level under any two-dimensional shape is described, but it does not mention the influence that the deformation in the air gives to the flight control.
本発明者らは、機体構造不変であるクワッドロータの姿勢および位置の制御理論[4]を元に、空中変形を伴う機体の飛行制御を実現可能であるという知見も得た。 The present inventors also obtained the knowledge that flight control of an airframe accompanied by aerial deformation can be realized based on the quadrature attitude and position control theory [4], which is the airframe structure unchanged.
本発明は、前記した知見に基づいてなされたものである。本発明の目的は、フレーム(構造体)を変形させることによって、狭隘な空間でも安定して通過することが可能な飛行装置を提供することである。 The present invention has been made based on the above findings. An object of the present invention is to provide a flying device that can pass stably even in a narrow space by deforming a frame (structure).
前記した課題を解決する手段は、以下の項目のように記載できる。 Means for solving the above-described problems can be described as follows.
(項目1)
フレームと、揚力生成部とを備えた飛行装置であって、
前記フレームは、M≧2であるM個のリンクと、これらのリンクどうしを接続する可動のジョイント部とを備えており、
前記揚力生成部は、N≧2であるN個のロータを備えており、
前記M個のリンクには、それぞれ、少なくとも一つの前記ロータが取り付けられており、
前記揚力生成部は、ロータにより、少なくとも前記フレームを鉛直方向に上昇させる揚力を発生する構成となっており、
前記M個のリンクは、前記フレームが飛行している間に、前記リンク間の連結角度を、前記ジョイント部を介して変化させることができる構成となっている
飛行装置。
(Item 1)
A flying device including a frame and a lift generation unit;
The frame includes M links where M ≧ 2, and a movable joint portion that connects these links.
The lift generation unit includes N rotors where N ≧ 2,
At least one rotor is attached to each of the M links,
The lift generation unit is configured to generate lift that raises at least the frame in the vertical direction by a rotor,
The M links are configured such that a connection angle between the links can be changed via the joint portion while the frame is flying.
(項目2)
前記ロータは、プロペラと、回転軸とを備えており、
前記回転軸は、前記リンクに取り付けられており、
前記プロペラは、前記回転軸を中心に回転することによって、前記リンクに対して揚力を発生させる構成となっている
項目1に記載の飛行装置。
(Item 2)
The rotor includes a propeller and a rotating shaft,
The rotating shaft is attached to the link;
The flying device according to claim 1, wherein the propeller is configured to generate lift with respect to the link by rotating about the rotation axis.
(項目3)
前記M及びNは4以上の整数であり、
前記ジョイント部は、このジョイント部における前記リンクどうしの接続角度を変化させるジョイント駆動部を備えており、
前記ロータの回転軸は、鉛直方向にそって配置されており、
かつ、前記回転軸どうしは平行とされており、
前記リンクは、水平面内において、前記ジョイント部を介して回動可能となっている
項目2に記載の飛行装置。
(Item 3)
M and N are integers of 4 or more,
The joint portion includes a joint driving portion that changes a connection angle between the links in the joint portion,
The rotation axis of the rotor is arranged along the vertical direction,
And the said rotating shafts are made parallel,
The flying device according to
(項目4)
前記揚力生成部は、前記ロータの回転軸の角度を変更するためのチルト機構を備えている
項目2に記載の飛行装置。
(Item 4)
The flying device according to
(項目5)
前記揚力生成部は、前記プロペラのピッチを変更する可変ピッチ機構を備えている
項目2又は4に記載の飛行装置。
(Item 5)
The flying device according to
(項目6)
前記N個のロータは、全体として少なくとも3自由度での姿勢角制御が可能な構成となっている
項目1〜5のいずれか1項に記載の飛行装置。
(Item 6)
The flying device according to any one of items 1 to 5, wherein the N rotors are configured to be capable of attitude angle control with at least three degrees of freedom as a whole.
(項目7)
項目1〜6のいずれか1項に記載の飛行装置を制御する方法であって、
前記ロータの回転軸が一直線上に並ぶ状態、又はそれに近い状態を検出した場合には、そのような状態を避けるように、前記リンク間の接続角度を制御するステップを備える
制御方法。
(Item 7)
A method for controlling a flying device according to any one of items 1 to 6,
A control method comprising a step of controlling a connection angle between the links so as to avoid such a state when detecting a state in which the rotation axes of the rotor are aligned or close to each other.
本発明に係る飛行装置によれば、主要な構造体であるフレームを変形させることによって、狭隘な空間でも安定して通過することが可能となる。 According to the flying device of the present invention, it is possible to stably pass even in a narrow space by deforming the frame which is a main structure.
(第1実施形態)
以下、本発明の一実施形態に係る飛行装置を、添付の図面を参照しながら説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a flight device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明の飛行装置は、フレーム1と、揚力生成部(ロータ)2とを備えており、コントローラ3によって全体的な制御を行う構成となっている(図1参照)。 The flying device of the present invention includes a frame 1 and a lift generation unit (rotor) 2 and is configured to perform overall control by a controller 3 (see FIG. 1).
フレーム1は、M≧2であるM個のリンク11と、これらのリンク11どうしを接続する可動のジョイント部12とを備えている。ここで、本実施形態では、リンク11の個数は4となっている。以降の説明では、リンク全体を参照するときは符号11を用い、個別のリンクに対しては111〜11Mのように添え字を付することで識別する。
The frame 1 includes
リンク11は、本実施形態では、一方向に延長された長尺状とされている。また、本実施形態のリンク11としては、剛性のある材質が用いられている。ただし、リンクの形状及び材質は、主に飛行制御の容易性により決定されるので、飛行が可能であれば、特に制約されない。
In the present embodiment, the
本実施形態のリンク11は、水平面内において、ジョイント部12を介して回動可能となっている。つまり、本実施例におけるリンク11の回動軸線は、鉛直方向に延びている。
The
ジョイント部12は、各リンク間を、相対的に回動可能な状態で接続する要素である。これにより、M個のリンク11は、フレーム1が飛行している間に、リンク間の連結角度を、ジョイント部12を介して変化させることができる構成となっている。なお、本実施形態の説明では、複数のジョイント部に対して全体として符号12を用いる。
The
より具体的には、本実施形態のジョイント部12は、このジョイント部12におけるリンク11どうしの接続角度を変化させるジョイント駆動部121を備えている(図2参照)。ジョイント駆動部121としては、例えば、コントローラ3によって回転角度を制御できるサーボモータを用いることができる。
More specifically, the
図2では、リンク11の一端側(図2において左端側)にジョイント駆動部121としてのサーボモータが記載されている。このジョイント駆動部121は、隣接する別のリンク11の端部に形成されたジョイント部12に接続されるようになっている。図2におけるリンク11の右端には、別のリンク11におけるジョイント駆動部121に接続されるジョイント部12が記載されている。
In FIG. 2, a servo motor as the
本実施形態の揚力生成部2は、N≧4であるN個のロータ21を備えている。より具体的には、本実施形態の揚力生成部2は、4個のロータ21を備えている。なお、本実施形態の説明においては、複数のロータ全体をロータ21と称し、個別のロータを参照するときは符号211〜21Nのように添え字を用いる。
The
本実施形態における各ロータ21は、プロペラ22と、回転軸23とを備えている(図2参照)。
Each
各回転軸23は、各リンク11にそれぞれ取り付けられている。本実施形態における各ロータ21の回転軸は、鉛直方向に沿って配置されており、かつ、回転軸どうしは相互に平行とされている。したがって、本実施形態におけるプロペラ22の回転面は、ほぼ水平面に沿うものとなっている。
Each rotating
より詳しくは、本実施形態における各回転軸23には、回転軸23を回転駆動させるための回転モータ231が取り付けられている。この実施形態における回転モータ231の底面は、リンク11の上面に固定されており、回転軸23は、回転モータ231を介してリンク11に取り付けられている。もちろん、回転モータ231の取付形態に特に制約はない。
More specifically, a
本実施形態における各回転軸23は、隣接する回転軸23との間で、回転方向が異なるように設定されている。この点は、いわゆるマルチロータにおける従来の飛行制御と同様なので、詳しい説明は省略する。
Each
プロペラ22は、回転軸23を中心に回転することによって、リンク11に対して揚力を発生させる構成となっている。
The
本実施形態では、4個のリンク11のそれぞれに、1個のロータ21が取り付けられている(図1参照)。
In the present embodiment, one
本実施形態の揚力生成部2は、ロータ21により、フレーム1を少なくとも鉛直方向に上昇させる揚力を発生する構成となっている。ここで、本実施形態における4個のロータは、ロータ全体として少なくとも3自由度での姿勢角制御が可能な構成となっている。
The
コントローラ3は、ジョイント部12におけるジョイント駆動部121と、回転軸23における回転モータ231との回転制御を行うことができる構成となっている。コントローラ3は、例えばPCと適宜なプログラムとの組み合わせにより構成することができる。ここで、本実施形態の飛行装置では、フレーム1の位置/姿勢を計測するセンサ(図示せず)をさらに備えており、そのセンサの出力を元に、コントローラ3が制御指令を生成する構成となっている。位置/姿勢センサとしては、例えば、
・三軸ジャイロセンサと三軸加速度センサとを用いた慣性計測装置;
・外部から飛行装置の位置や姿勢を特定できる、いわゆるモーションキャプチャ装置;
・フレーム自体に搭載されて、自己位置を推定できるカメラ
のいずれか又はその組み合わせを用いることができる。他のセンサ(例えばフレームに取り付けられる地磁気センサ)を用いることも可能である。
The
・ Inertia measurement device using three-axis gyro sensor and three-axis acceleration sensor;
A so-called motion capture device that can identify the position and orientation of the flying device from the outside;
Any one or combination of cameras mounted on the frame itself and capable of estimating its own position can be used. It is also possible to use other sensors (for example, a geomagnetic sensor attached to the frame).
コントローラ3と各制御対象やセンサとの接続は、有線でも無線でもよい。
The connection between the
コントローラ3における制御の具体例については、後述の実施例において説明する。
Specific examples of the control in the
(第1実施形態の動作)
次に、前記した第1実施形態に係る飛行装置の動作を、図3及び図4をさらに参照しながら説明する。
(Operation of the first embodiment)
Next, the operation of the flying device according to the first embodiment will be described with further reference to FIGS.
まず、初期姿勢として、特に制約されないが、例えば図1のような状態を考える。この状態で、コントローラ3からの指令により、各ロータ21を回転させる(図3参照)。これにより、本実施形態では、上方(図1において紙面に対して上方)への揚力を発生させ、フレーム1と揚力生成部2とを含めた全体を上昇させることができる。
First, the initial posture is not particularly limited, but consider a state as shown in FIG. In this state, each
本実施形態の飛行装置では、ジョイント部12のジョイント駆動部121を、コントローラ3からの制御指令によって駆動することができる。これにより、例えば、図4に示すようなリンク配置をとることができる。
In the flying device of the present embodiment, the
本実施形態では、飛行装置が通過すべき幅が狭いときには、リンク配置を適宜に変更することにより、飛行装置自体の幅を狭くすることができる。このため、本実施形態では、安定な飛行を維持しつつ、災害現場のような狭隘な場所での飛行が容易になるという利点がある。したがって、この飛行装置によれば、例えば飛行空間が狭い災害現場での、空中からの情報収集を行うこともできる。 In the present embodiment, when the width that the flying device should pass through is narrow, the width of the flying device itself can be reduced by appropriately changing the link arrangement. For this reason, in this embodiment, there exists an advantage that the flight in a narrow place like a disaster site becomes easy, maintaining a stable flight. Therefore, according to this flying device, for example, it is possible to collect information from the air at a disaster site where the flight space is narrow.
ここで、本実施形態の飛行装置では、四つのロータ21を持つことにより3自由度、ジョイント部12でリンク11(つまりロータ21)を水平面内で回動可能とすることによって1自由度の飛行制御(つまり推力ベクトルの制御)が可能となる。このため、この装置によれば、ほぼ同じ姿勢(水平姿勢)を保ちつつ、飛行が可能になるという利点がある。
Here, in the flying device of the present embodiment, the four
また、本実施形態の飛行装置によれば、リンク11の位置を変化させることにより、リンク間で物を挟むことが可能になる。したがって、本実施形態の装置は、物を運ぶ用途にも利用可能である。
Moreover, according to the flying device of this embodiment, it becomes possible to pinch an object between links by changing the position of the
なお、第1実施形態では、ロータ21の回転軸23が一直線上に並ぶと、制御できる自由度が一つ減り、制御不能になる恐れがある。このような姿勢を特異姿勢と呼ぶ。そこで、この実施形態のコントローラ3は、ロータ21の回転軸23が一直線上に並ぶ状態、又はそれに近い状態を検出した場合には、そのような状態を避けるように、ジョイント駆動部121を駆動して、リンク間の接続角度を制御するようにすることが好ましい。これは、リンク間の回動角を検出するなどの適宜な手段により実現できる。これにより、飛行装置が特異姿勢をとることを未然に防止して、飛行の安全を向上させることができる。
In the first embodiment, when the
また、前記実施形態では、リンク数を4としたが、1リンクに少なくとも1ロータが取り付けられていることを前提にすれば、リンク数の最小個数は2となる。たとえば、第1のリンクに2個又は3個のロータ、第2のリンクに2個又は1個のロータを配置することは可能である。 In the above-described embodiment, the number of links is four. However, assuming that at least one rotor is attached to one link, the minimum number of links is two. For example, it is possible to arrange two or three rotors on the first link and two or one rotor on the second link.
(第2実施形態)
つぎに、図5及び図6を参照して、本発明の第2実施形態に係る飛行装置を説明する。この第2実施形態の説明においては、前記した第1実施形態と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより、重複する記載を避ける。
(Second Embodiment)
Next, a flight device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the description of the second embodiment, elements that are basically the same as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, thereby avoiding redundant description.
前記した第1実施形態では、4個のリンク11(リンク111〜114)を用いてフレームを構成していた。これに対して、この第2実施形態では、6個のリンク11(リンク111〜116)を用いてフレームを構成する。また、本実施形態では、ロータ21の数も、6個となっており、リンク数とロータ数とが同じとなっている。
In the first embodiment described above, a frame is configured using four links 11 (
第2実施形態の飛行装置においても、図6に示すように、飛行姿勢を変化させることができ、狭隘な場所の通過が容易になるという利点がある。 Also in the flight device of the second embodiment, as shown in FIG. 6, there is an advantage that the flight posture can be changed and it is easy to pass through a narrow place.
第2実施形態における他の構成及び利点は、前記した第1実施形態と同様なので、これ以上詳細な説明は省略する。 Other configurations and advantages of the second embodiment are the same as those of the first embodiment described above, and thus detailed description thereof is omitted.
(第3実施形態)
つぎに、図7を参照して、本発明の第3実施形態に係る飛行装置を説明する。この第3実施形態の説明においては、前記した第1実施形態と基本的に共通する要素については、同一符号を用いることにより、重複する記載を避ける。
(Third embodiment)
Next, a flying device according to a third embodiment of the invention will be described with reference to FIG. In the description of the third embodiment, elements that are basically the same as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, thereby avoiding redundant description.
前記した第1実施形態では、プロペラ22の回転軸23の方向は一定であった。これに対して、第3実施形態では、チルト機構24により、回転軸23の方向を変化させることができるようになっている。具体的には、本実施形態のチルト機構24は、第1の軸(リンク両端のジョイント部12どうしを接続する方向の軸)に沿う回転軸241と、これに交差(直交)する軸に沿う回転軸242とを備えるジンバル機構(図7参照)となっている。また、本実施形態では、コントローラ3によって、これらの軸241及び242を中心として所望の角度に回転制御することができるようになっている。
In the first embodiment described above, the direction of the
また、第3実施形態では、プロペラ22のピッチ角度(傾斜角度)を変化させる可変ピッチ機構25が取り付けられている。本実施形態では、コントローラ3からの制御指令に基づいて、可変ピッチ機構25により、プロペラ22のピッチ角を制御できるようになっている。可変ピッチ機構25は、プロペラ22による排気の方向を変化させることができるので、プロペラ22によって得られる推進力の方向を変化させるという制御を行うことができる。
In the third embodiment, a
第3実施形態によれば、一つのロータ21自体で制御できる自由度が3となるので、飛行に必要な最小のロータの数を減らすことができるという利点がある。1リンクに1ロータであることを前提とすると、最小のロータ数は、この実施形態では、2となる。
According to the third embodiment, since the degree of freedom that can be controlled by one
また、第3実施形態では、一つのロータで制御できる自由度が多いので、第1実施形態におけるようなジョイント駆動部121を省略することができる。ただし、この場合でも、ジョイント部12において自由な回動を行えることが好ましい。
Moreover, in 3rd Embodiment, since there are many degrees of freedom which can be controlled with one rotor, the
さらに、第3実施形態では、チルト機構24を備えるので、第1実施形態で説明した特異姿勢を持たないという利点もある。
Furthermore, since the
また、第3実施形態のように構成すると、リンク11を立体的に変形させることも可能になる。
Moreover, if comprised like 3rd Embodiment, it will also become possible to deform | transform the
なお、図7の例では、ジョイント部12における回動軸の方向を、リンクの一端と他端とで異ならせており、図示例では直交配置としている。
In the example of FIG. 7, the direction of the rotation axis in the
第3実施形態における他の構成及び利点は、前記した第1実施形態と同様なので、これ以上詳細な説明は省略する。 Other configurations and advantages of the third embodiment are the same as those of the first embodiment described above, and thus detailed description thereof is omitted.
(実施例)
以下、第1実施形態の構成を前提とした具体的な実施例について説明する。
(Example)
Hereinafter, specific examples based on the configuration of the first embodiment will be described.
実施例におけるジョイント駆動部(サーボモータ)121の可動範囲は−90°〜+90°である。すべてのサーボモータの回転軸方向は同じであるため、多節リンク11は2次元平面内で変形する。なお、各リンクの長さは480[mm]であり、重さは380[g]とした。
The movable range of the joint drive unit (servo motor) 121 in the embodiment is −90 ° to + 90 °. Since all servomotors have the same rotational axis direction, the
また、機体の姿勢に関しては、IMUボード(慣性計測装置)をフレームの中央付近に設置し、その点での3自由度の姿勢(roll, pitch, yaw)を推定する。本例の多節リンクは2次元平面でしか変形できないため、IMUボードで推定したrollとpitchの値はフレーム1全体のものとみなす。 As for the attitude of the aircraft, an IMU board (inertial measurement device) is installed near the center of the frame, and the attitude (roll, pitch, yaw) at that point is estimated. Since the multi-node link in this example can be deformed only on a two-dimensional plane, the roll and pitch values estimated by the IMU board are considered to be those of the entire frame 1.
本実施例では、機体構造不変であるクワッドロータの飛行制御理論[4]を元に、空中変形を伴う飛行制御を実現する。 In the present embodiment, flight control with airborne deformation is realized based on the flight control theory [4] of the quad rotor, which is invariant to the airframe structure.
(姿勢制御)
図8に示されている飛行装置(以下クワッドロータ」と称する)の形態をノーマルモードと呼び、このときの関節角度は全て90°となっている。本実施例では、−45°≦θ1≦90°、−45≦θ3≦90°の範囲内で関節角度を変化させることが空中での姿勢制御にどのような影響を及ぼすかについて論じる。文献[4]に述べられた制御理論により、ノーマルモードにおけるクワッドロータの回転運動モデルは式1で記述できる。
(Attitude control)
The form of the flying device (hereinafter referred to as “quad rotor”) shown in FIG. 8 is referred to as a normal mode, and the joint angles at this time are all 90 °. In the present embodiment, the influence of changing the joint angle within the range of −45 ° ≦ θ 1 ≦ 90 ° and −45 ≦ θ 3 ≦ 90 ° on the posture control in the air will be discussed. Based on the control theory described in [4], the rotational motion model of the quad rotor in the normal mode can be described by Equation 1.
なお、ノーマルモードにおいては、
及び
Ixy = Ixz = Iyz = 0 が成立する。
In normal mode,
as well as
I xy = I xz = I yz = 0 holds.
−45°≦θ1≦90°、−45≦θ3≦90°の条件下で変形する場合、Ixyが0にならないことがあるが、Ixx, Iyyの方が支配的であるため、Ixy≒0とみなせる。また、
であるため、
と近似する。よって、空中変形時の姿勢は式2のようなPID制御器を用いて制
御することができる。
In the case of deformation under the conditions of −45 ° ≦ θ 1 ≦ 90 ° and −45 ≦ θ 3 ≦ 90 °, I xy may not be 0, but I xx and I yy are dominant. , I xy ≈0. Also,
Because
And approximate. Therefore, the attitude during aerial deformation can be controlled using a PID controller such as
(位置制御)
クワッドロータの並進運動モデルは式3となる。
(Position control)
The translational motion model of the quadrotor is given by
本実施例において、多節リンクは
という前提条件の元でゆっくりと変形していくため、変形時も、多節リンク全体を一つの剛体とみなせる。よって、定位制御に関しては、式4のようなPID制御器を用いることができる。
In this example, the multi-node link is
Therefore, the entire multi-joint link can be regarded as a single rigid body. Therefore, for localization control, a PID controller as shown in Equation 4 can be used.
なお、本発明の内容は、前記各実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載された範囲内において、具体的な構成に対して種々の変更を加えうるものである。 The contents of the present invention are not limited to the above embodiments. In the present invention, various modifications can be made to the specific configuration within the scope of the claims.
例えば、前記ジョイント部としては、リンク部材どうしの位置関係を変更させることができ、かつ、制御可能な機構ないし材質であれば、さまざまなものを用いることができる。 For example, as the joint portion, various members can be used as long as the positional relationship between the link members can be changed and the mechanism or material can be controlled.
(本明細書中で引用した参照文献一覧)
[1] Vijay Kumar and Nathan Michael. Opportunities and challenges with autonomous micro aerial vehicles.
Vol. 31, pp. 1279 {1291, 2012.
[2] D. Mellinger and V. Kumar. Minimum snap trajectory generation and control for quadrotors. In Robotics and Automation (ICRA), 2011 IEEE International Conference on, pp. 2520{2525, May 2011.
[3] R. Oung, F. Bourgault, M. Donovan, and R. D'Andrea. The distributed flight array. In Robotics and Automation (ICRA), 2010 IEEE International Conference on, pp. 601{607, May 2010.
[4] S. Bouabdallah and R. Siegwart. Full control of a quadrotor. In Intelligent Robots and Systems, 2007. IROS 2007. IEEE/RSJ International Conference on, pp. 153{158, Oct 2007.
(List of references cited in this specification)
[1] Vijay Kumar and Nathan Michael. Opportunities and challenges with autonomous micro aerial vehicles.
Vol. 31, pp. 1279 {1291, 2012.
[2] D. Mellinger and V. Kumar. Minimum snap trajectory generation and control for quadrotors. In Robotics and Automation (ICRA), 2011 IEEE International Conference on, pp. 2520 {2525, May 2011.
[3] R. Oung, F. Bourgault, M. Donovan, and R. D'Andrea. The distributed flight array. In Robotics and Automation (ICRA), 2010 IEEE International Conference on, pp. 601 {607, May 2010.
[4] S. Bouabdallah and R. Siegwart. Full control of a quadrotor. In Intelligent Robots and Systems, 2007. IROS 2007. IEEE / RSJ International Conference on, pp. 153 {158, Oct 2007.
1 フレーム
11 リンク
12 ジョイント部
121 ジョイント駆動部
2 揚力生成部
21 ロータ
22 プロペラ
23 回転軸
231 回転モータ
24 チルト機構
241・242 チルト機構の回転軸
25 可変ピッチ機構
3 コントローラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (7)
前記フレームは、M≧2であるM個のリンクと、これらのリンクどうしを接続する可動のジョイント部とを備えており、
前記揚力生成部は、N≧2であるN個のロータを備えており、
前記M個のリンクには、それぞれ、少なくとも一つの前記ロータが取り付けられており、
前記揚力生成部は、ロータにより、少なくとも前記フレームを鉛直方向に上昇させる揚力を発生する構成となっており、
前記M個のリンクは、前記フレームが飛行している間に、前記リンク間の連結角度を、前記ジョイント部を介して変化させることができる構成となっている
飛行装置。 A flying device including a frame and a lift generation unit;
The frame includes M links where M ≧ 2, and a movable joint portion that connects these links.
The lift generation unit includes N rotors where N ≧ 2,
At least one rotor is attached to each of the M links,
The lift generation unit is configured to generate lift that raises at least the frame in the vertical direction by a rotor,
The M links are configured such that a connection angle between the links can be changed via the joint portion while the frame is flying.
前記回転軸は、前記リンクに取り付けられており、
前記プロペラは、前記回転軸を中心に回転することによって、前記リンクに対して揚力を発生させる構成となっている
請求項1に記載の飛行装置。 The rotor includes a propeller and a rotating shaft,
The rotating shaft is attached to the link;
The flying device according to claim 1, wherein the propeller is configured to generate lift with respect to the link by rotating about the rotation shaft.
前記ジョイント部は、このジョイント部における前記リンクどうしの接続角度を変化させるジョイント駆動部を備えており、
前記ロータの回転軸は、鉛直方向にそって配置されており、
かつ、前記回転軸どうしは平行とされており、
前記リンクは、水平面内において、前記ジョイント部を介して回動可能となっている
請求項2に記載の飛行装置。 M and N are integers of 4 or more,
The joint portion includes a joint driving portion that changes a connection angle between the links in the joint portion,
The rotation axis of the rotor is arranged along the vertical direction,
And the said rotating shafts are made parallel,
The flying device according to claim 2, wherein the link is rotatable through the joint portion in a horizontal plane.
請求項2に記載の飛行装置。 The flying device according to claim 2, wherein the lift generation unit includes a tilt mechanism for changing an angle of a rotation axis of the rotor.
請求項2又は4に記載の飛行装置。 The flying device according to claim 2, wherein the lift generation unit includes a variable pitch mechanism that changes a pitch of the propeller.
請求項1〜5のいずれか1項に記載の飛行装置。 The flying device according to any one of claims 1 to 5, wherein the N rotors are configured to be capable of attitude angle control with at least three degrees of freedom as a whole.
前記ロータの回転軸が一直線上に並ぶ状態、又はそれに近い状態を検出した場合には、そのような状態を避けるように、前記リンク間の接続角度を制御するステップを備える
制御方法。 A method for controlling a flying device according to any one of claims 1-6,
A control method comprising a step of controlling a connection angle between the links so as to avoid such a state when detecting a state in which the rotation axes of the rotor are aligned or close to each other.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014176994A JP6425466B2 (en) | 2014-09-01 | 2014-09-01 | Flight equipment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014176994A JP6425466B2 (en) | 2014-09-01 | 2014-09-01 | Flight equipment |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016049900A true JP2016049900A (en) | 2016-04-11 |
JP6425466B2 JP6425466B2 (en) | 2018-11-21 |
Family
ID=55657730
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014176994A Active JP6425466B2 (en) | 2014-09-01 | 2014-09-01 | Flight equipment |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6425466B2 (en) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017202630A1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-11-30 | Freudenhammer Stefan | Modular aircraft |
CN107585298A (en) * | 2016-07-06 | 2018-01-16 | 珠海天空速递有限公司 | Aerial deformable multi-rotor unmanned aerial vehicle |
JP2018030568A (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 株式会社Soken | Flight device |
JP2018030384A (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 株式会社Soken | Flying device |
WO2018037796A1 (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 株式会社Soken | Flight device |
CN107963204A (en) * | 2017-11-13 | 2018-04-27 | 西北工业大学 | One kind is based on modular combination culvert type rotor wing unmanned aerial vehicle |
JP2018144732A (en) * | 2017-03-08 | 2018-09-20 | 株式会社Soken | Flight device |
KR101965071B1 (en) * | 2017-10-25 | 2019-04-02 | 정승환 | Apparatus for implementing motion of robot using thrust |
WO2019083197A1 (en) * | 2017-10-25 | 2019-05-02 | 정승환 | Robot posture control device and robot having same |
KR101994947B1 (en) * | 2018-07-09 | 2019-07-01 | 정승환 | Apparatus for Controlling Posture of Robot and Robot Equipped with the Same |
JP6603847B1 (en) * | 2018-07-17 | 2019-11-13 | 株式会社エアロネクスト | Aircraft system comprising a plurality of connectable aircraft |
JP2021059339A (en) * | 2021-01-22 | 2021-04-15 | 株式会社エアロネクスト | Flight body system comprising a plurality of connectable flight bodies |
JP2022173470A (en) * | 2019-09-10 | 2022-11-18 | 株式会社エアロネクスト | Flight body system comprising a plurality of connectable flight bodies |
JP2023500568A (en) * | 2019-09-27 | 2023-01-10 | ワイズ ネットワーキング プロプライエタリ リミテッド | airborne communication device |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11970268B2 (en) | 2019-12-13 | 2024-04-30 | Georgia Tech Research Corporation | Fractal tetrahedron unmanned aircraft system assembly |
Citations (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05301600A (en) * | 1991-04-22 | 1993-11-16 | Toshihiko Shimizu | Helicopter |
JP2005206015A (en) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Toyota Motor Corp | Attitude control device of vertical takeoff and landing airplane |
DE102005014949A1 (en) * | 2005-04-01 | 2006-10-05 | Dolch, Stefan, Dipl.-Ing. (FH) | Multi-rotor helicopter e.g. reconnaissance drone for urban areas, has support frame divided into at least two groups of structures mechanically connected together as such that electrical connection between groups is possible |
JP2008094278A (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-24 | Osaka Prefecture Univ | Double reversal rotation impeller machine |
WO2008147484A2 (en) * | 2007-02-16 | 2008-12-04 | Donald Orval Shaw | Modular flying vehicle |
US20100044499A1 (en) * | 2008-08-22 | 2010-02-25 | Draganfly Innovations Inc. | Six rotor helicopter |
US20100301168A1 (en) * | 2006-11-02 | 2010-12-02 | Severino Raposo | System and Process of Vector Propulsion with Independent Control of Three Translation and Three Rotation Axis |
JP2011514287A (en) * | 2008-03-18 | 2011-05-06 | アセンディング テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Rotating ring aircraft |
JP2013032147A (en) * | 2011-07-29 | 2013-02-14 | Agustawestland Spa | Convertiplane |
JP2013525185A (en) * | 2010-04-22 | 2013-06-20 | エアロバイロメント,インコーポレイテッド | Unmanned aerial vehicle and method of operation |
JP2013531573A (en) * | 2010-05-26 | 2013-08-08 | エアロヴァイロンメント インコーポレイテッド | Reconfigurable battery-powered drone system |
JP2013189104A (en) * | 2012-03-14 | 2013-09-26 | Ihi Corp | Vertical takeoff/landing aircraft |
WO2014108026A1 (en) * | 2013-01-10 | 2014-07-17 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Transformable aerial vehicle |
US8794564B2 (en) * | 2012-08-02 | 2014-08-05 | Neurosciences Research Foundation, Inc. | Vehicle capable of in-air and on-ground mobility |
CN104002963A (en) * | 2014-05-12 | 2014-08-27 | 国家电网公司 | Unmanned patrol aircraft for power transmission lines |
WO2015109322A1 (en) * | 2014-01-20 | 2015-07-23 | Robodub Inc. | Multicopters with variable flight characteristics |
-
2014
- 2014-09-01 JP JP2014176994A patent/JP6425466B2/en active Active
Patent Citations (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05301600A (en) * | 1991-04-22 | 1993-11-16 | Toshihiko Shimizu | Helicopter |
JP2005206015A (en) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Toyota Motor Corp | Attitude control device of vertical takeoff and landing airplane |
DE102005014949A1 (en) * | 2005-04-01 | 2006-10-05 | Dolch, Stefan, Dipl.-Ing. (FH) | Multi-rotor helicopter e.g. reconnaissance drone for urban areas, has support frame divided into at least two groups of structures mechanically connected together as such that electrical connection between groups is possible |
JP2008094278A (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-24 | Osaka Prefecture Univ | Double reversal rotation impeller machine |
US20100301168A1 (en) * | 2006-11-02 | 2010-12-02 | Severino Raposo | System and Process of Vector Propulsion with Independent Control of Three Translation and Three Rotation Axis |
WO2008147484A2 (en) * | 2007-02-16 | 2008-12-04 | Donald Orval Shaw | Modular flying vehicle |
JP2011514287A (en) * | 2008-03-18 | 2011-05-06 | アセンディング テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Rotating ring aircraft |
US20100044499A1 (en) * | 2008-08-22 | 2010-02-25 | Draganfly Innovations Inc. | Six rotor helicopter |
JP2013525185A (en) * | 2010-04-22 | 2013-06-20 | エアロバイロメント,インコーポレイテッド | Unmanned aerial vehicle and method of operation |
JP2013531573A (en) * | 2010-05-26 | 2013-08-08 | エアロヴァイロンメント インコーポレイテッド | Reconfigurable battery-powered drone system |
JP2013032147A (en) * | 2011-07-29 | 2013-02-14 | Agustawestland Spa | Convertiplane |
JP2013189104A (en) * | 2012-03-14 | 2013-09-26 | Ihi Corp | Vertical takeoff/landing aircraft |
US8794564B2 (en) * | 2012-08-02 | 2014-08-05 | Neurosciences Research Foundation, Inc. | Vehicle capable of in-air and on-ground mobility |
WO2014108026A1 (en) * | 2013-01-10 | 2014-07-17 | SZ DJI Technology Co., Ltd. | Transformable aerial vehicle |
WO2015109322A1 (en) * | 2014-01-20 | 2015-07-23 | Robodub Inc. | Multicopters with variable flight characteristics |
CN104002963A (en) * | 2014-05-12 | 2014-08-27 | 国家电网公司 | Unmanned patrol aircraft for power transmission lines |
Cited By (22)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017202630A1 (en) * | 2016-05-24 | 2017-11-30 | Freudenhammer Stefan | Modular aircraft |
CN107585298A (en) * | 2016-07-06 | 2018-01-16 | 珠海天空速递有限公司 | Aerial deformable multi-rotor unmanned aerial vehicle |
JP2018030568A (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 株式会社Soken | Flight device |
JP2018030384A (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 株式会社Soken | Flying device |
WO2018037796A1 (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 株式会社Soken | Flight device |
WO2018037795A1 (en) * | 2016-08-22 | 2018-03-01 | 株式会社Soken | Flight device |
JP2018144732A (en) * | 2017-03-08 | 2018-09-20 | 株式会社Soken | Flight device |
WO2019083196A1 (en) * | 2017-10-25 | 2019-05-02 | 정승환 | Device for implementing motions of robot by using propulsive force |
KR101965071B1 (en) * | 2017-10-25 | 2019-04-02 | 정승환 | Apparatus for implementing motion of robot using thrust |
WO2019083197A1 (en) * | 2017-10-25 | 2019-05-02 | 정승환 | Robot posture control device and robot having same |
US11110604B2 (en) | 2017-10-25 | 2021-09-07 | Seung Whan Jung | Posture control device for robot and robot having the same |
US10888997B2 (en) | 2017-10-25 | 2021-01-12 | Seung Whan Jung | Device for implementing robot motions using propulsive force |
CN107963204B (en) * | 2017-11-13 | 2020-09-22 | 西北工业大学 | Duct type rotor unmanned aerial vehicle based on modular combination |
CN107963204A (en) * | 2017-11-13 | 2018-04-27 | 西北工业大学 | One kind is based on modular combination culvert type rotor wing unmanned aerial vehicle |
KR101994947B1 (en) * | 2018-07-09 | 2019-07-01 | 정승환 | Apparatus for Controlling Posture of Robot and Robot Equipped with the Same |
WO2020016941A1 (en) * | 2018-07-17 | 2020-01-23 | 株式会社エアロネクスト | Flying body system equipped with plurality of connectable flying bodies |
JP6603847B1 (en) * | 2018-07-17 | 2019-11-13 | 株式会社エアロネクスト | Aircraft system comprising a plurality of connectable aircraft |
JP2022173470A (en) * | 2019-09-10 | 2022-11-18 | 株式会社エアロネクスト | Flight body system comprising a plurality of connectable flight bodies |
JP7376174B2 (en) | 2019-09-10 | 2023-11-08 | 株式会社エアロネクスト | Flying vehicle system with multiple connectable flying vehicles |
JP2023500568A (en) * | 2019-09-27 | 2023-01-10 | ワイズ ネットワーキング プロプライエタリ リミテッド | airborne communication device |
JP7514302B2 (en) | 2019-09-27 | 2024-07-10 | ワイズ ネットワーキング プロプライエタリ リミテッド | Air-distributable communication device |
JP2021059339A (en) * | 2021-01-22 | 2021-04-15 | 株式会社エアロネクスト | Flight body system comprising a plurality of connectable flight bodies |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6425466B2 (en) | 2018-11-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6425466B2 (en) | Flight equipment | |
US11708160B2 (en) | Unmanned aerial vehicle with protective outer cage | |
JP7374517B2 (en) | Unmanned aerial vehicle with crash-resistant propulsion and controller | |
Lippiello et al. | Exploiting redundancy in Cartesian impedance control of UAVs equipped with a robotic arm | |
Brescianini et al. | Design, modeling and control of an omni-directional aerial vehicle | |
EP3529683B1 (en) | Thrust vectored multicopters | |
JP6145613B2 (en) | Floating mobile body and floating mobile body system using the floating mobile body | |
JP6536043B2 (en) | Flying body | |
CN106985159B (en) | Flight mechanical arm with flexible grabber | |
US20200307755A1 (en) | Systems and methods for an origami-inspired foldable quad-rotor | |
JP6229184B2 (en) | Aircraft and control method of aircraft | |
JPWO2019135264A1 (en) | How to fly a flying object | |
JP6536042B2 (en) | Flying body | |
Long et al. | Omnicopter: A novel overactuated micro aerial vehicle | |
KR20160102826A (en) | Multi rotor unmanned aerial vehicle | |
JP6772917B2 (en) | Aircraft | |
Quan et al. | Singularity-robust hybrid visual servoing control for aerial manipulator | |
JP2023023440A (en) | Robot arm and flight robot | |
Lim et al. | Mechanism and control of coaxial double contra-rotation flying robot | |
Czerwiński et al. | Mathematical model, computer aided design and programming of a multifunctional flying object | |
JP6922370B2 (en) | Aircraft | |
Villagomez et al. | Backstepping and sliding-mode techniques applied to an underactuated camera onboard a rotorcraft mav | |
Yoon et al. | Spinning a Small-sized Quadrotor Efficiently to Achieve a 3D Omnidirectional Field of View | |
Fukuda et al. | Modeling and stabilization of the novel quadrotor with tilting propeller | |
JP2022126002A (en) | Flight body, posture control device of loaded object, method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170828 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180518 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180529 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20180717 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180919 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181016 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181023 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6425466 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |