マルチローター型ドローンでローターが一つ故障しても飛行を続けられる技術 57
ストーリー by nagazou
超級覇王電影弾 部門より
超級覇王電影弾 部門より
マルチローター型のドローンはローターが一つでも故障すると、安定しなくなりバランスを崩して墜落してしまいやすい。そんな中、スイスのチューリッヒ大学とオランダのデルフト工科大学の研究チームが、ローターが一つ故障した場合でも飛行が継続できる技術を開発したそうだ（チューリッヒ大学、CNET、ITmedia、チューリッヒ大学による動画）。
この技術では残ったローターで機体全体をコマのように高速回転させることでバランスを取って飛行、墜落を防ぐという逆転の発想的な仕組み。しかし機体全体が高速回転をするとドローンの内蔵された自機の位置を把握できなくなる。この問題を解決する方法は、GPSを使用してドローンに基準位置を提供することだが、実際にはGPS信号が受け取れない場所も多い。
そこで研究者たちは、ドローンに2種類の異なるカメラを搭載。一つは1秒に数回一定の速度で画像を記録する標準カメラ、もう一つは光の変化を検出した時のみ動作するイベントカメラ。この2種類のカメラから得られた映像を解析することで、高速回転中であっても周囲に対する機体の位置を適切に取得することができるアルゴリズムを作ることで、機体の位置を正確に把握して飛ばし続けることができるようになったそうだ。
この技術では残ったローターで機体全体をコマのように高速回転させることでバランスを取って飛行、墜落を防ぐという逆転の発想的な仕組み。しかし機体全体が高速回転をするとドローンの内蔵された自機の位置を把握できなくなる。この問題を解決する方法は、GPSを使用してドローンに基準位置を提供することだが、実際にはGPS信号が受け取れない場所も多い。
そこで研究者たちは、ドローンに2種類の異なるカメラを搭載。一つは1秒に数回一定の速度で画像を記録する標準カメラ、もう一つは光の変化を検出した時のみ動作するイベントカメラ。この2種類のカメラから得られた映像を解析することで、高速回転中であっても周囲に対する機体の位置を適切に取得することができるアルゴリズムを作ることで、機体の位置を正確に把握して飛ばし続けることができるようになったそうだ。
篠原重工のオートバランスは逸品だよ (スコア:1)
4つあるうちの一つが故障しても大丈夫、と聞いて
漫画版パトレイバーの、クラブマンハイレッグ [sakura.ne.jp]を思い出してしまった
Re: (スコア:0)
ギャビン・ライアルのどれかの作で、双発の飛行機では片方のエンジンが止まってももう一つの方で飛べるのが基礎技術なんだって知った。
確か、深夜プラスワンより前の作品。
未確認飛行物体 (スコア:0)
そういや昔のUFOって回転してたよな。
Re: (スコア:0)
謎の円盤UFOですか！ 今見てもこれのオープニングはかっこいい
機体を回転させるのが前提なら (スコア:0)
機体全体を回転させるのが前提なら、
ローターを支えている腕(中央胴体から飛び出してる)を翼の形状にしてしまえばいいんじゃないかな?
Re: (スコア:0)
斜め上方向への揚力が発生するから機体位置のコントロールには邪魔でしょう
Re: (スコア:0)
機体に揚力が発生すると通常飛行時に邪魔やろ。しかも左右で違うとか。
Re: (スコア:0)
とっち回転のローターが死ぬか不明で、本体がどっち回転になるか不明だから、本体に付いたペラは可変ピッチ又は本体に付いた翼は可変取り付け角にする事になる。
こういうのってジャイロセンサーの出番だと思うんだけど (スコア:0)
9軸センサーの出力使えば実現できそうなんだけど・・・
カメラの映像を画像処理するよりもセンサーデータ処理の方が遅延すくないしきめ細かな制御ができる。
カメラで実現したという力業は感心するけどセンサーでできないのかな。何が問題になるんだろう。
Re:こういうのってジャイロセンサーの出番だと思うんだけど (スコア:2)
これは「p基のモーターが止まった時に、6軸の中からq個の軸の制御を諦めることで、r個の軸の制御を維持する」という研究と、「光の変化を検出するカメラを使って、激しい運動中でも自己運動推定を行う」という研究の合わせ技です。「モーターが1個止まっても飛べるクアッドコプターを作る」という商品開発ではないので、飛んでいるクアッドコプターそのものは目的を果たしません。
飛ぶだけならETHZの方がやってます [youtube.com]。
Re: (スコア:0)
目的を果たせないというのは通常飛行用のジャイロはそのままでは使えないという話だね。それは当然だよ。
分かりやすく言えば「通常飛行用のジャイロに加えて、故障したとき用のジャイロを載せればいい」という話ｗ
ジャイロセンサー自体は単なるセンサーであって、センサー自身の回転状態などを検出するもの。どう制御するかはソフトの問題。
故障で使える軸が減ったならそれに合わせた制御を（記事のようにカメラを使わずに）センサー値を使ってしてもできるのでは？という話だから論点が違う。
Re:こういうのってジャイロセンサーの出番だと思うんだけど (スコア:2)
4発中1発を喪ったまま飛ぶだけなら通常飛行用の通常の9軸IMUで飛べます。それは同じチューリヒのETHZが散々やっている [youtube.com]。
通常飛行用のジャイロはそのままでは使えないという話だね。
いいえ。
Re: (スコア:0)
2人の会話が噛み合ってない理由は #3973659 が親コメの「9軸センサーの出力使えば（カメラがなくても高速回転中の自機状態把握は）実現できそう」を「9軸センサーの出力使えば（高速回転しなくても機体の安定は）実現できそう」と読み違えてしまったからでは
Re:こういうのってジャイロセンサーの出番だと思うんだけど (スコア:2)
読み違えて……ないですね。機体の回転は姿勢の把握と関係ないです。
あ、回転してる理由の理解が違ってるのかな。この機体が高速回転しているのは、別にカメラで全周スキャンするために回ってるわけではないです。故障を模擬してモーター3個で飛んでいるせいで、仕方なく回ってるのです。回転面固定かつ3個の構成では、いずれか都合の良い方向に加速し続けるか、1方向周りに回転し続けないと飛べないのです。
具体的な理由は私も完全には理解していないので割愛しますが、例えばCH-47ではラダーを踏むと前後のローターが左右逆に傾斜しますし、3発マルチコプターでは"後方"の1発がラジコンサーボなどで尻尾丸ごと左右に傾斜してヨーイングするようになっています。回転と移動がカップリングしていても構わないけれども、最低4自由度がないと6軸すべてを維持することはできないわけですね。
Re: (スコア:0)
そういう風には読めないが。
#3973659の時点で回転している動画を示しているし。
Re: (スコア:0)
というか、9軸センサで位置推定とか学部生の万年研究テーマじゃん。
なんで、出来ると思っちゃうのかが理解できない。
Re: (スコア:0)
位置センサの話題なのに角速度センサとソフトウェアでなんとかなると思っている時点で話にならない。
物理とか制御以前に読解力の問題。
Re: (スコア:0)
ジャイロだと地上に対する位置が分からない（誤差が多い）んでは。
姿勢を安定させるだけなら相対値だけでもいいんだろうけど。
Re: (スコア:0)
スイカ割りと同じですよ。
人間も三半規管というジャイロセンサーを搭載していますが、何度も回転して入力過剰になると使い物にならないでしょう。
平衡感覚が狂っていても、目隠しを取ってよいのなら視覚情報からスイカの元に辿り着くことは出来ます。
産業用には使えなさそう (スコア:0)
産業用ドローンでは１個のローター故障が起きても飛行が継続できる６ローターのヘキサコプター以上が普通ですね。
可動式アームとか面白そう (スコア:0)
正三角形に配置しなおす可動式のアームも面白いかも。
Re: (スコア:0)
アームの変形完了を待ってる間に墜落しそう。
なんで直角3角形だとダメなんだろう。
正三角形よりは複雑な制御になりそうだけど、こんな墜落してるようにしか見えないものが制御できるんだし。
Re:可動式アームとか面白そう (スコア:2)
正三角形にする必要はないと思う。
しかし、機体の重心が、残った3個の推力の内側になければ姿勢をたもてない。
・・・3個回さないで、1個死んだら、向かい側の1個を停めてしまって、2個だけ回せば重心の問題は気にせず飛行を続けられないだろうか。
ところで、ローターの逆ピッチは、交互に配置しなければならない理由は何だろうか。
順 逆
×
逆 順
交互に配置せず、機体の対角線位置の対で逆ピッチにしておけば
死んだ対になるローターを止めればCH-47チヌークのようになると思う。
順 順 順 死
× ×
逆 逆 止 逆
・・・正常状態で、横に走ってしまうか
・・・重心をずらして、推力を鉛直から斜めにずらせばいいかな
順 順
×
逆 逆
・・・制御が大変か
Re: (スコア:0)
ぴったり対角線上に重心がこないとひっくり返ってしまう。
死んだ対になるローターを、バランスを取るためだけに正逆制御する必要があるけど、回転慣性がでるから制御は無理じゃないかな。
Re: (スコア:0)
直角3角形だからダメなんじゃなくて、ローターの止まったアームがあるから難しいんでしょ。
つまり、ロケットパンチ（有線）みたいに当該アームだけが一瞬で分離すればいいんじゃね？
Re: (スコア:0)
ドローンに何か機能を持たせたい、例えばでかいカメラをつけたい、小包を配送したいとか
そういう時にベースの機体が非対称な形だと設計が難しくなるんじゃないかな
Re: (スコア:0)
推測だが、故障したローターの対角線上にある２基のローターを故障した側に傾け（なおかつ反対側のローターの出力を弱める？）れば、なんとか飛行できそうだが。
そのかわり、強制的に故障したローター側に進むことになるが、回転するよりはマシだろう。
Re: (スコア:0)
それって故障したローターの方向が制御できないと、見かけ上、無制御と大差ないのでは？
初代はやぶさくん (スコア:0)
「ああ、それね。」
（はやぶさ２は順調すぎて中のひとは暇だったろうから、意図的に故障させてソフトのブラッシュアップをすればよかったのに）
Re:初代はやぶさくん (スコア:1)
はやぶさ2の運用チームは神様に虐められてて暇じゃなかったよ。
シミュレーションで故障はさせてたし、人的なソフトのブラッシュアップもされてた模様。
https://gendai.ismedia.jp/articles/-/78081 [ismedia.jp]
ウルトラマン (スコア:0)
やはり回れば何とかなるものだな
研究としては良いが (スコア:0)
GNSSで位置をロストする前に不感地帯を脱出させるべきでないの。
Re:使えない↓ (スコア:1)
回転するカメラで、全周パノラマ動画撮影をするのだ。
ローターの数も減らせて(1個でいい)一石二鳥。
Re:使えない↓ (スコア:1)
いざという時に可能な限り安全な位置に不時着できるなら、今よりもっと自由に空撮や輸送ができるようになるかもしれん。
Re:使えない↓ (スコア:1)
機体が高速回転では撮影できない。
撮影はできるよ。
それを人間が見て意味があるか、という問題はあるけどね。
十分な明るさがあれば、ブレの問題は解消できそうだし、画像処理でなんとかならないかな。
Re: (スコア:0)
オートローテーション的な意味はあるんじゃないの？
何とか着陸できれば面倒なことを避けられる。
有人マルチコプターとかを考えるなら必須技術かと。
Re: (スコア:0)
同意だけど、有人でこれやったら中の人死ぬような
＃耐GスーツとかエヴァのLCL的な浮力があればワンチャン？
Re:使えない↓ (スコア:2)
マルチローターではなく、通常のヘリでの超絶操縦の例
飛行の神髄（加藤寛一郎、ISBN 978-4062562041）で紹介されている。
陸上自衛隊のOH-6Jが、テールローターにボルテックスリングが生じ、機体が2秒に1回くらいの周期で旋転した。
パイロットは、旋転する周期にあわせて操縦桿を操作して、3分間かけて機体を谷の方へ誘導した。
谷で高度に余裕を確保して、ピッチを下げて脱出できた。
機体の旋転は、目が回って常人は耐えられないが、Gは問題なさそうです。
ローターのボルテックスリングは、ローター下面から噴き出した気流をローター上面が吸い込み、推力が減る。
推力を増やそうとしてピッチを上げると、リングが強化されて推力がさらに減る。
テールローターでそれが発生すると、メインローターのトルクを打ち消せなくなって機体が旋転する。
Re: (スコア:0)
どう見ても2秒に1回どころではないわな。x0.1とかx0.2のスローモーション見て言ってない？
>毎秒一回転させられ失神しそうな状況でやるのは至難の業だ。
https://koyamachuya.com/column/uchiyama/101090/ [koyamachuya.com]
でもこのぐらいでもまだ耐えれるらしい。
Re: (スコア:0)
緊急着陸できれば良いってのならパラシュートや滑空用の翼付けるとか。
バランスとって飛ばし続けるにもしても
対角線の故障してない2つでなんとかするとか既に研究されてそうだけど
わざわざ回転させるメリットあるんだろうか。
Re:使えない↓ (スコア:2, 興味深い)
低空だとパラシュートは展開が間に合わないし、落下場所をコントロールし難い。
電線に紐が引っ掛かったりとかするとより面倒なことに。
翼は通常時に邪魔になるし、喪失する箇所に全対応した翼ってどうするのかしら。
今回のは回転させることで推力喪失した水平方向に進むのを全方向に分散して水平方向の移動を最小化してるのでは。
回転と言いつつ、実際は螺旋状の航路になってるかと。
十分な性能の画像処理プロセッサーが有れば処理である程度なんとかできそうだけどね。
Re:使えない↓ (スコア:2)
対角線上の2個では2個を結ぶ軸周りのロールが制御できません。なので3個目で押さえ込む必要があります。そこで死んだ側を上げて横っ飛びにするわけですが、その状態でヨーを入れればこれと同じ、X/Y/Z/Rx/Ryの5軸を維持した状態になります。Rx/Ry/Rzを固定すると皺寄せがX/Y/Zのどれかに行きます。回転させるというより、放置した軸が発散しているわけですね。
Re:使えない↓ (スコア:2)
その「できてほしい」と「できる」の間の見極めができるようになると、Kickstarterで損せずに届くものだけ買えるようになりますよ。
Re:使えない↓ (スコア:1)
翼もパラシュートもそれなりの速度を出してる時にしか効果がないんですよ。
一方でマルチコプターは対地速度は（飛行機などと比べて）低速で用いることが多いですからね。
まず、翼による滑空はかなりの面積と対空気速度が必要でありながら、通常時はデッドウェイトかつ空力的にも邪魔です。
パラシュート自体も、安定して風をうける状況でないと安定した形に開かない上に、低速であるほど効果が薄いので、低空での墜落では使えません。
どちらも「そこそこ高い場所を高速で飛んでる時」こそ生きる技術。
Re: (スコア:0)
関係ないけど、「主な用途」と「用途の主なもの」ってなんかニュアンス違うの？
Re: (スコア:0)
配列の構造体と構造体の配列の違いみたいなものだろ。
アグリゲーションの仕方で結果が異なりうる。
Re: (スコア:0)
「配列の構造体」って何なんだ？
変なたとえはともかく、結局どう違うの？
Re: (スコア:0)
スラドの用途は？
AC「主に情報収集、あとマウントとって気持ちよくなる」
AC「主に誤字探し、あとマウントとって気持ちよくなる」
AC「主に論理的思考の訓練、あとマウントとって気持ちよくなる」
AC「主に誤字探し、あとマウントとって気持ちよくなる」
スラドの主な用途：誤字探し
スラドの用途の主なもの：マウントとって気持ちよくなる
Re: (スコア:0)
？？？
Re: (スコア:0)
「主な用途」で書き始めれば、続いて挙げられるのは用途の羅列だが、特殊なものは除かれるのでは？
だが、
「用途の主なもの」で書き始めれば続いて挙げられるのは用途の羅列の中でも突出したものではないですかね。