最近、UAV着陸システムに関する研究論文「Evolution of UAV landing structures in the bistable space of Kresling origami structures」がIEEE Robotics and Automation Lettersに掲載された
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信頼性の高い着陸システムは、UAVの複雑なミッションを支援し、高価な搭載機器を保護することができる。 既存のUAV着陸システムのほとんどは、特定のシナリオでの使用要件しか満たすことができず、さまざまなシナリオへの適応性に乏しい。
研究チームは折り紙構造にヒントを得て、クレスリング折り紙構造の双安定性に基づくUAV着陸システムのアルゴリズムモデルを設計した。
この新しい構造の性能は、モーションキャプチャシステムの助けを借りて着陸構造の位置
物理モデルを用いた屋内外の実験により、新構造がUAV着陸時の衝撃吸収能力と安全性を大幅に向上できることが示された。
3つの着陸システムの比較実験
折り紙の構造
折り紙は古くからある芸術である。 折り紙の双安定性は多くの研究者によって研究されており、ロボットシステム、医療、建築などの分野で広く利用されている。
研究チームは、4つの折り目を持つクレスリング管の双安定空間に基づき、グラフ文法の規則と剛体部材の二項規則を適用し、折り紙構造の空間グラフ表現を単純化する。 グラフ・ヒューリスティック探索アルゴリズムを用いて、新しい空間探索の枠組みを確立する。
図：折り紙構造のグラフ情報
比較実験
研究チームは、シミュレーションされた設計構造に基づいて物理モデルを構築し、NOKOV光学モーションキャプチャシステムを解析ツールとして使用して物理モデルのダイナミクスを解析し、屋内および屋外のさまざまな環境で着陸システムの性能をテストした。
比較実験には、3つのUAV着陸システムモデルを選んだ。1つは、独立した着陸システムを設置していない従来のUAV、2つ目は、着陸システムづけで双安定構造設計なしのUAV、3つ目は、双安定構造設計を使用し、本実験チームが設計した着陸システムが搭載したUAVである。
1.屋内実験
屋内実験では、3つの着陸構造について20回の屋内性能確認試験を行った。 以下の図は、屋内実験における3つの着陸システムの地面接触後2.5秒以内の速度と加速度の変化を示している。
図：異なる着地構造の速度と加速度の比較
双安定着陸構造は、集中した衝撃力を分散した小さな衝撃力に変換する。 この設計は、折り紙構造の変形を利用して、下向きの衝撃力をバネのエネルギーに変換し、着陸時のUAVの保護を向上させる。
表：異なる着陸構造のパラメータ比較
2.屋外実験
双安定着陸構造の総合性能をさらに検証するため、研究チームは平地、芝生、斜め15度の不整地で屋外実験を行った。 双安定着陸構造は、すべての地形において他の2つの構造を超え、UAV着陸時の地形状況に応じて最適な構造形態を選ぶことができ、よりスムーズな着陸を実現し、衝撃吸収効果を強化することができた。
参考文献
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