JP6425466B2 - 飛行装置 - Google Patents
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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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
・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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
クワッドロータの並進運動モデルは式3となる。
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。
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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.
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
Claims (7)
- 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、これらのリンクの端部どうしを接続して、前記M個のリンク全体として直列リンク構造と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おり、
前記ジョイント部は、少なくとも一つの、鉛直方向に配置された回動軸を有しており、これによって、前記M個のリンクどうしは、前記ジョイント部を中心として、少なくとも水平面内で回動できるようになっている
飛行装置。 - 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
請求項1に記載の飛行装置。 - 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いる
請求項2に記載の飛行装置。 - 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
請求項2に記載の飛行装置。 - 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
請求項2又は4に記載の飛行装置。 - 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
請求項1〜5のいずれか1項に記載の飛行装置。 - 請求項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。
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