Bu11Fac Agr Shmane Un1v，2723−26，December20．1993 4軸回転翼型RCヘリコプタの開発に関する基礎的研究（1）一本機の試作一中尾清治・吉田忠彦・藤浦建史・挑剣亭 Fundamenta1Stud1es on Deve1opment of Four−Rotor Type RC−He11copter（Part1）一Tria1Production of RC−He1icopter一 Se1〕1NAKA0，Tadah1ko YosHIDA，Tatesh1FUJIURA and Kente1YoU Abstract RC−he11copter that can be contro11ed eas11y may be requ1red on use of farm work m future In th1s paper，four−rotor type RC−he11copter was tr1ed to de− ve1op and the resu1ts of some f11ght tests were reported The tr1a1RC−he11copter had four rotors wh1ch were dr1ven by DC motors，The p1tch ang1e was f1xed and the revo1ut1ona1speed of each motor was contro11ed by way of PWMl（pu1se w1dth modu1at1on）They revo1uted m the oppos1te d1rect1on each other1n order to defeat the react1on torque of the body caused by the revo1u− t1on of rotors The f11ght stab111ty of the RC−he11copter cou1d be contro11ed auto− mat1ca11y by two gWoscopes From the test resu1ts，the best pitch ang1e of the rotor was10degrees．The maxmum11ft1ng force of tr1a1RC−he11copter w1th the best p1tch ang1e was159N at1170rpm in rotor revo1ution． Key words Four rotor type RC−he11copter，p1tch ang1e，f11ght stab111ty，11ftmg force；rotor revo1ution．ような性格を持ち，各種のアタソチメントを適宜交換することにより，播種，施肥，除草，防除（液剤，．微粒剤，緒言粒剤，粉剤等の散布）等の多種の作業が可能であること，わが国の農業では，農業就業者の減少及ひ高齢化が大ヘリコプタのメインロータからのダウンウオッシュを利きな問題となっているこれらの問題の解決策のひとつ用して農薬の散布を効率的に行えること等である．として農業の機械化による作業の省力化，または人件費しかし，大型のヘリコプタでは，購入時及び利用時の削減等の低コスト化が必要とされている．コスト面の問題や農薬散布時に起こる範囲外飛散の影響農業の機械化における研究及び開発は，さまざまな角による環境汚染の問題がある．度から検討されている．その中のひとつに航空機の利用これらの問題の改善策として，近年，RCヘリコプタがあ1），日本では主に農薬散布にヘリコプタが利用されの農業利用への関心が高まっている．ているその理由としてあけられるのは，農地の区画面 RCヘリコプタを用いた場合の利点としてあげられる積が諸外国に比べてはるかに小さく，地形的にも起伏がのは，RCヘリコプタに薬剤タンク及び噴出ノズルを取多くて固定翼の飛行機の使用が困難である．一方，ヘリり付け，ロータの回転によって起こるダウィウオッシュコプタは，飛行速度が遅く，また地上のトラクタと似たを利用して薬剤散布を行う場合，従来よりも低空で散布することが可能なため，薬剤の範囲外飛散が少なく，ま吉田忠彦：島根大学大学院農学研究科修士課程た，付着効率を高めることができ，したがって微量散布跳剣亭：島根大学農学部研究生が可能であるという点である．また，小区画な畑作，果 23 島根大学農学部研究報告第27号 24 樹等の部門でも利用が可能であるという点もある．出に用いられるフリージャイロである．現在，農業用RCヘリコプタは一部の農家で購入されまた，基板ユニットからの出力だけでは大型のモータ実用化への試行が行われているが機体の操縦と，ノズルを回転させる出力が得られないために，DCモータドラの開閉の操作を別々の送信機で行っているため，2名かイブ用トランジスタにより増幅して，大型のモータを回ら3名の作業者を必要とし，とくに安定飛行するための転させていた．また，駆動装置及びフレーム部は，でき操作がかなり難しく，高度な熟練を必要とするため，誰るだけ軽量にするために，電動RCヘリコプタの部晶とでもが容易に利用できるというわけではない．して使用されているプラスチック製の部品とアルミ製のこの問題を解決するために，飛行安定性に優れ，操作部品を用い，ロータも強化を施した発砲スチロール製のが容易なRCヘリコプタを開発し，現在の航空散布作業ものを使用し，機体重量の軽減化をはかった．を補完する目的に向けての基礎研究として，4軸回転翼仕様は奉ユに示したとおりで，図2に示すロータの直型RCヘリコプタを試作し，基礎実験を行った．径は890mm，このロータ直径を基準としてB，Dのように対角に位置するトタの軸間1巨離はl1ll㎜，そし 1．4軸回転翼型RCヘリコプタの試作てC，Dのように隣あうロータの軸間距離は920mmと 1．1 4軸回転翼型RCヘリコプタの構造した。機体全質量は2．68kg（自重26．26N），駆動部分今回，試作した4軸回転翼型R Cヘリコプタ（図1）のギヤは4枚使用しており，ギヤ比は3．46：1となっは，室内用玩具として市販されている安定性のよい4枚ている．のロータを持つ小型RCヘリコプタの形状をもとにした表1 仕様ものである．以下に説明する基板ユニット，プロポ及びジャイロは上述した小型RCヘリコプタのものを使用した．基板ユニットは受信機とマイコン制御のコントロールアンプが組み込まれた3層構成のプリント配線基板，プロポは4 チャンネルで実機ヘリの操縦に近い操作が行えるもので，前後の操作と左右の操作が1本のスティックにまとめられているものである．ジャイロは2種類のものが搭載されており，ひとつは，回転しているジャイロを軸方向に変化させる回転力が働いた場合，その回転力の面と直角の面内で回転しようとする，いわゆるプリセッションとよばれる現象を利用し，主に角速度検出に用いられるレートジャイロと，もう1つは，ジャイロをフリーにしておくと，いつまでもその方向を保つことを利用した位置検全長・・…・1，570㎜全高……230㎜全質量…・・2．68㎏ロータ手蚤・・…・890mm ギヤ比……3．46：1 モータ…・・京商LE MANS PRO SUPER HERI（4個）使用電圧7．2V∼8．4V 全長56㎜直径36㎜質量178g ジャイロ……キーエンス社製E−570用フリージャイロ（質量8g）レートジャイロ（質量6g）電源装置……ネミソクラムタEWS60ト9 電圧6．5V∼12．0V ⊂）（） A アンテナ D 基板ユニットロータジヤイロ ■ グ7 1 フレーム酬“、 O B ソ］ ○ C スキッドベ／モータグトランジスタ図1 試作した4軸回転翼型RCヘリコプタ図2 4軸回転翼型RCヘリコプタ 1 > : 4 [ ] _ !R C- I) f )f 1. 2 I :* T(7) : - c7) ] li 7l ' : f i , 1f'" , ) - U ! f iC # ･-"--'･--fD *R -･ ---'f l l) jC V' iC 1 - ) - i l h* - r) =' : L I ' ' ; ) h) f iC E FIC V' ; 7 : E "-*=' f J r) jC J 7 iJ ; ;. UC E; '--*- f J v) 67) h I h ) 7 itT 3 7 U , ) V' f . L tLc7) :- t; ･ ) ; i ' ) ; m iC 2 iC i i? 'y ; i , J ' IC f i ) ) :- (7) IC } : t) , JiTi: v) , iJii , l ' :i i C'CV' . ; LC, t･*" ) t tt 'Jf;' * ; ' : **' 1j'f / f , i , l T ･ l) C(7) l ( :_ ) ; ) IC 4 Lt (7) Jf lC 67) i r) 1 - ), F ; iC " :f 10 f ) - : ) a) j i . L >U, i , : J ' : :_ !RC-1) :?7' ) ) l v,C 4 1)(7) [ ] : ) ' : :_ !RC- 1) * Jilf/t U , 7- ) /t - y (7) l lc v- ,/ II i =* :(7) : l U f jlc 3et : 1*-* ijj :i j := - 15.9N v･ 26.26N 42.16N v･ * ) J ; ' ' F ' 5: (7) , 4 * ;iC7 r f *=1170 rL/t. (7) - f f IC i c ; . U7 2 Cv･; t*- )Ic, Ji L f " , , E""I' 7 :v･ j 60cm EE tL 67)i i : i tt : f lc ' -) lc : t) l**- l f ifflf v･ ) f :4'f ) i 'I . '1 5 ,y ･･. lO y J 5 (7) ; ! i , '- i ' :; FI U /t L F; * !R C- l) 7' =* _ it C ] t A.b , 4 'y 1'6' > f l 3 ll U /t. ) - 1C1)V'C i fjJ, t ! R C '¥ l) f ; t : 7 l ,y /t. 8' 9' 1 1) ) 7, i ,jj )/t t), ) IC ,y V' C ) : - : l '.-' l 3 5 ), . , :7 U U /t )j L 2 4 =jJj] (W) ,y 1)(7) *J-- L 80 (7)'x*=h - iC ' ;)__1 : * *. ; ] l i O 40 60 20 J ' ' : :_ !RC i ;f:1 V' C' -*-' t,_- ) - ) 7' T *･*, h/ .L ' ' : :_ i ' : :_ 6' L /t 4 ･ iC *' =fi U l ; 1 iC lL L =t 7 )IC 4 j, 1 - iC, 4O ' :J__* f = c jCf , l ) * 7' U/t 4 /t )IC, ) - IC V'C, 12' - I) --' r 4 t o 'y (7)1 : l , ,1' E i h ) 'jj ) j4. i * 1 = )1 U/ CV'. ; { l - (7) ij h ijjj N) (7) : * ) ll I ; tt; tLi * (7) /t A. f;' i f It ), i _-F ; )- I) f 1' ) *" :'f = (7) t :4T ) C :_ !RC-1) 7" j , ' ) ; (7) ) jj >" . f IC r) - ) ,y ) l U L ; (7) , * : ii 2e 7T t - ) * ; >i , ･y Ut,_- t :4'7iC i C 1 f ] ) ･y )It )iC, 4 Lt _-2 (7) 4 )Tb i E;U 4 ,y - tri.c t UC- : j T /t. 7' it ,' ) ' -j l l f 6 ) Ji 7 - ;i tL tL )t tL . f Lt._- 4 lC=' ** i , 7' l .' )t l v･ *, 6 7, 8, 9, 10; rpm, i _ F ' )- l) : i 7 h , J , f i (1) 25 *･J･ l i , -C, (7) ･y ) * ' : ) _ ; (7) * i rf t L Lt: - e) Di :(7) Uf' P * fbtL; . f U :t 7- A ) J =' : Ti ; )4f t )ft. i E i iUCv･ - ', T, f'f+ LrL IOW 110' 67) i ft, tL 4 (7)1 - j , ; tL tL t, ) - O :iCr 1 ] I (rpm) , 7 (N) 1400 13.2 1320 14.3 1250 12.2 1180 14.6 lO' 1170 15.9 11' 1080 13.5 , 島根大学農学部研究報告第27号 26 摘要操従が容易に行えるRCヘリコプタの開発は，航空機の農業への利用のために，今後必要になってくると考えられる．今回，基礎研究のために試作した4軸回転翼型 RCヘリコプタは，4枚のロータを持ち，互いに回転時に起きるトルクを打ち消し合うことによ｝）機体の安定をはかるまた，上下，前後左右の運動は，すへて電流のパルス幅制御による回転速度の変化で行わ札 2つのジャイロが機体の傾きを制御している．4軸回転翼型RCヘリコプタは，通常のRCヘリコプタと異なり，ピッチ角の変化を必要としないため，ロータのピッチ角は一定に図4 有線飛行実験なっている．試作した4軸回転翼型RCヘリコプタの基礎実験とし引用文献て，固定するピッチ角を調一べるために，1つのロータについて回転速度，ピッチ角ごとの揚力，ロータ軸トルク 1）市川良平，RCヘリコプターの開発，実用化農及園，を計測し，本機に最適なピッチ角は10。であるという結 65：169−176．1990．果が得られた．また，4つの組み合わせたロータについて，有線で飛行させ，本体の揚力，回転速度を諦則した． 2）笹倉新蔵，生まれ変わったキーエンスジャイロソーサー IIE−570．ラジコン技術，12：185−189．1990． 3），有線専用ジャイロソーサープロテクター同，その結果，プロポのレバーを最もあげたホバリングの状 3：159−161．1990．態でピッチ角10。のときに最大の揚力が得られロータの 4）昌田賢二，凧商E Pコンセプト電動ヘリ抜群のホハリン回転速度1170rpm揚力15．9Nという結果が得られた．グ安定性．同，9：159−164．1990．