濱根研　無人航空機

４ローターヘリコプター

近年、センサやバッテリー技術の発展は、無人航空機(UAV)の可能性を大きく広げることになりました。ほんの数年で、機体重量と推進パワーの関係が大きく改善されました。4ローターヘリコプターの最初の論文は1907年の the brequet-tichet Quad-rotor Helicopterに見つけることができます。近年の技術の発展から海外の大学などで、非線形制御理論の実証用実験機として利用される場合が増えています。我々は、制御理論の検証に加えて、離着陸を行う小型無人機と小型エアリアルロボットの開発を目的に研究を行っています。

クリックすると、全体を見ることができます。（3DCADによる設計）4ロータヘリコプターは、各プロペラが発生する推力を制御することで、全方向移動を実現できます。上昇・下降の動きは，4個のモータの推力をまとめて増加するか，または減少させることで制御します。前進後退の動きは前部のローターと後部のローターの推力差で制御します。同様に、左右への移動は、左右ローターの推力差によって制御できます。旋回移動は、各ローターブレードの反トルクの合計で制御を行います。反トルクとは、ローターブレードの回転と逆方向に回ろうとする力のことです。 4つのローターブレードの反トルクの合計が0になれば，旋回を止めることができます。
テスト機体

261g

750g

860/150/860mm
(ローターブレードを含む最大値)

ブラシレスDCモータ×４
65W×4個

リチウムポリマー電池
11.1V×2個
1600mAh×2個

ルネサスＳＨ２

11.1V 定格電流8Ａ

1軸ジャイロ×3個

（最大出力時）
10min

我々はアナログの操作ジョイスティックを製作しました。飛行をさせるには、姿勢安定化制御なしでは人間の操作では不可能でした。

ブラシレスＤＣモータのギアボックスはＦＲＰを加工しました。フレームには、カーボン（CFRP）を用いて軽量化を図っています。ギアボックスの製作においては、精度が求められます。
ギアボックスの製作
シミュレーション結果エアロダイナミクス、モータダイナミクスの非線形モデルを用いて、姿勢安定化制御シミュレーションを行いました。シミュレーションでは、ヨー、ロール、ピッチともに漸近収束が得られ、安定したフライトが得られています。しかし、離陸着陸に関するダイナミックスはシミュレーションには入っていません。実機では？
機体製作

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