Insect-Scale Tailless Robot with Flapping Wings: A Simple Structure and Drive for Yaw Control

要約

昆虫スケールの超小型航空機、特に軽量の羽ばたきロボットは、居住空間などの空間的に制限された環境での安全な動きのセンシングにとってますます重要になっています。
しかし、羽ばたき翼を使ったヨー制御は、回転翼を使うよりも根本的に難しいです。
この研究では、ヨー制御を可能にする 4 対の傾斜した羽ばたき翼 (重量 1.52 g) を備えた昆虫スケールの無尾ロボットが作製されました。
これは、トランスミッションとリフト制御信号を持たない直接駆動翼アクチュエーターのシンプルさの恩恵を受けています。
ただし、揚力には依然としてオフセットがあります。
したがって、オフセットを軽減するために適応コントローラーが設計されました。
数値実験により、提案されたコントローラーが線形二次積分コントローラーよりも優れた性能を発揮することが確認されました。
最後に、テザーで制御されたデモンストレーション飛行では、翼を傾ける配置と提案されたコントローラーによってヨードリフトが抑制されました。
この単純な構造の駆動システムは、重量 10 グラム未満のバッテリー駆動の尾翼の羽ばたきロボットの将来の制御飛行の可能性を示しています。

要約(オリジナル)

Insect-scale micro-aerial vehicles, especially, lightweight, flapping-wing robots, are becoming increasingly important for safe motion sensing in spatially constrained environments such as living spaces. However, yaw control using flapping wings is fundamentally more difficult than using rotating wings. In this study, an insect-scale, tailless robot with four paired tilted flapping wings (weighing 1.52 g) to enable yaw control was fabricated. It benefits from the simplicity of a directly driven wing actuator with no transmission and a lift control signal; however, it still has an offset in the lift force. Therefore, an adaptive controller was designed to alleviate the offset. Numerical experiments confirm that the proposed controller outperforms the linear quadratic integral controller. Finally, in a tethered and controlled demonstration flight, the yaw drift was suppressed by the wing-tilting arrangement and the proposed controller. The simple structure drive system demonstrates the potential for future controlled flights of battery-powered, tailless, flapping-wing robots weighing less than 10 grams.

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