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ソフトウェア

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
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CNETITmedia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。

  • 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

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    • by Anonymous Coward

      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。

  • by Anonymous Coward on 2021年02月06日 8時20分 (#3973411)

    そういや昔のUFOって回転してたよな。

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    • by Anonymous Coward

      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

  • by Anonymous Coward on 2021年02月06日 9時29分 (#3973430)

    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?

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    • by Anonymous Coward

      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

    • by Anonymous Coward

      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。

      • by Anonymous Coward

        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。

  • 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。

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    • 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]。

      • by Anonymous Coward

        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。

        • 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。

          • by Anonymous Coward

            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

            • 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。

            • by Anonymous Coward

              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。

              • by Anonymous Coward

                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。

            • by Anonymous Coward

              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。

    • by Anonymous Coward

      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。

    • by Anonymous Coward

      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。

  • by Anonymous Coward on 2021年02月06日 9時56分 (#3973443)

    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。

    ここに返信
  • by Anonymous Coward on 2021年02月06日 10時19分 (#3973449)
    クアッドコプターのローターが一つ止まったら、残ったローターを
    正三角形に配置しなおす可動式のアームも面白いかも。
    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      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。

      • 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

        • by Anonymous Coward

          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。

      • by Anonymous Coward

        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?

      • by Anonymous Coward

        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

    • by Anonymous Coward

      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。

      • by Anonymous Coward

        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?

  • by Anonymous Coward on 2021年02月06日 15時12分 (#3973558)

    「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)

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  • by Anonymous Coward on 2021年02月07日 10時36分 (#3973835)

    やはり回れば何とかなるものだな

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  • by Anonymous Coward on 2021年02月07日 13時25分 (#3973868)

    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。

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アレゲはアレゲ以上のなにものでもなさげ -- アレゲ研究家

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