マサチューセッツ工科大学の研究のおかげで、空気力学の知識がなくても、独自のハイブリッドドローンと制御システムを設計できるようになりました。

TL、DR

チームは飛行をシミュレートすることができるニューラルネットワークを設計しました...
ハイブリッドドローンの制御システムを最適化します。ユーザーは、コンポーネントのライブラリからパラメータをミキシング、マッチング、および操作することによって、独自のデザインを作成します。これが何を意味するのかというと、自分が何をしているのかわからない人でもハイブリッドドローンを設計できるということです。驚くばかり!

あなた自身のハイブリッドドローンをデザインしてください

チームは、CADで独自のハイブリッドドローンを簡単に設計できるシステムを開発しました。彼らは専門家によって設計されたサブコンポーネントのライブラリを開発しました。翼、胴体、プロペラマウントなど。これらの部品の形状とサイズは、 パラメトリック。部品の組み立て方法を決定する制約もあります。

トレーニングで使用された5つのハイブリッドモデル。すべてが非常に異なる形状とサイズのために選ばれました。レポート目的でのみ使用される画像。すべての著作権:XU、DU、Fosheyなどを飛ばすことを学ぶ。

その後、無人機は一連のシミュレーションに置かれます。 機械学習 安定した制御システムを生成するために使用されます。

ハイブリッドドローンとは何ですか?

ハイブリッドドローンは、マルチコプターと固定翼機の組み合わせです。

マルチコプターは優れた飛行柔軟性と安定したホバリング能力を持っています。しかしながら、それらは空力的に不安定であり、そしてそれらを常に安定させるために搭載コンピュータを必要とする。

一方、固定翼機は、水平飛行中はより安定し、エネルギー効率がよくなります。

ハイブリッドドローンは、これら2つの設計を組み合わせて、効率を最大化します。米軍でさえハイブリッドドローンを設計しています。ただし、それらの制御システムは通常、非常に複雑です。これは、ハイブリッドドローンでは、飛行中に空気力学が迅速かつ劇的に変化するためです。

これら2つのデザインを組み合わせるには、膨大な数の方法があります。これは、非常に率直に言って、混乱したドローンデザインの配列につながります。これらすべてが制御システムの設計をさらに複雑にします。このため、デザイナーはハイブリッドドローンを探求することにやや消極的でした。

ハイブリッドドローンをどのようにコントロールしますか?

通常、ハイブリッドドローンコントロールは3つの別々のモードで設計されています。 「ヘリコプター」、「飛行機」、および「トランジショナル」(両方のブレードセットが動いている場合)。このためのコントロールの設計は、多種多様な設計、形状、重心、および空力的な変化のために、非常に労働集約的で非常に複雑なタスクを引き起こす可能性があります。

これまで、制御システムはハードコードされていました。この新しいシステムは、3つのステージ間を自動的に遷移するニューラルネットワークを使用しています。

これは機械学習を使用します。つまり、すべての設計のすべてのシミュレーションで、プログラムは良くなります。将来的には、チームは、ある設計のシミュレーションからの計算を使用して、次の設計の計算を支援できるようになることを望んでいます。

彼らはさまざまな無人機の設計をシミュレーションに取り入れ、コンピューターが安定して制御された飛行を維持できるようになるまで繰り返し実行しました。

課題

コンピュータシミュレーションであなた自身のドローンをデザインしてください
シミュレーション飛行と実際のテストの比較。レポート目的でのみ使用される画像。すべての著作権:XU、DU、Fosheyなどを飛ばすことを学ぶ。

私たちみんながコンピュータシミュレーションと実生活を知っているので、必ずしも完全に整列するわけではありません。チームはシミュレーションに変数を追加して、現実とシミュレーションの違いを相殺する、より「強固な」テスト状態を作成しました。

実生活でのテスト

コンピュータシミュレーションに基づいて構築されたモデルハイブリッドドローン
CAD設計から作成された実際のモデル。レポート目的でのみ使用される画像。すべての著作権:XU、DU、Fosheyなどを飛ばすことを学ぶ。

彼らは無人偵察機の実際のモデルをうまく作成し、シミュレーションが生成した制御システムを使ってそれらを飛ばしました。テストされたそれぞれのハイブリッドドローンデザインは意図的に非常に異なっていました。

無人偵察機は、3D印刷、レーザー切断、および手動組み立てを使用して製作されました。内部のシャーシは、グラスファイバー強化3Dプリントナイロンコネクター付きのカーボンファイバーチューブでできていました。一方、翼はレーザーカットフォームかバルサ材と熱収縮プラスチックフィルムのどちらかで作られました。 (レーザーカットフォームはより耐久性があり、熱収縮翼はより効果的な揚力を持ちます。)

信じられないことに、同じコントローラが3つの実世界モデルすべてに使用されていました。

技術的なもの

フライトコントローラは、の修正版に基づいて構築されました ArduCopteron オープンソースのPixhawkフライトコンピュータハードウェア。プロペラはブラシレス電気モーターでした。

論文全文を読んでください。

次は何ですか?

チームは、舵などの可動部分の計算に追加するための原則をさらに発展させたいと考えています。また、設計プロセス中に構成部品の最適化を自動的に提案できるアルゴリズムを生成したいと考えています。