Download - ドローンの仕組み( #ABC2015S )
ドローンのしくみ
日本 Android の会ドローン WG
hsgucci
ドローンとは?
• 雄ミツバチの意味.また,その羽音.→ ブンブンというプロペラ音.
→ 航空機の音.
・ UAV(Unmanned Airial Vehicle)・無人飛行ロボット
地上ローバー水上ボート
水中ロボット
これらもドローンと呼ぶが,由来から考えると地上機は含まれない?
日本 Android の会 ドローン WG Copyright hsgucci04/15/2023
ドローンってラジコン?
ラジオコントロール航空機
センサ
GNSS
マイクロコンピュータ
•ジャイロ•加速度•コンパス•気圧 …etc.
センサ・コンピュータを使ってラジコンを姿勢制御すること →フライ・バイ・ワイヤ制御
GNSS を使ってラジコンの移動を自動化すること →ウェイポイント・ナビゲーション
ケイアンドエス
Sparkfun
InvenSense
•8bit•16bit•32bit•64bit(?)
•GPS•GLONASS•Galileo•北斗•みちびき
(グローバルナビゲーションサテライトシステム)
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ドローン = ラジコンの高性能化
① ラジコン操縦にはミキシングが必要
② フライバイワイヤで自動制御
③ カメラを搭載して空撮
④ GNSS を使って完全自動飛行
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① ミキシングとは• 送信機のスティックを1つ動かすだけで, 複数のサーボモータ or モータアンプを動かす機
能.
車だとスロットルアンプ1つだけ
前進命令
ヘリだと3つのサーボを同時に動かす
ケイアンドエス
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② フライ - バイ - ワイヤ制御• マイコンとセンサを利用した
「フライトコントローラ (FC) 」が自動的にミキシング
操縦が飛躍的に簡単に!
KK Multicopter
•ジャイロセンサ•加速度センサ•磁気方位センサ•気圧センサ•GNSS
姿勢
方向高度
緯度経度
センサで機体の状況を計測し、機体を自動制御
初期のフライトコントローラはミキサーが主。センサはジャイロだけで補助的な役割だった。
現在では
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③ カメラを搭載して空撮• デジカメやデジカムを搭載して飛行
カメラ付きコプターが「ドローン」なの?(新聞や TV の扱いだとそう思える)
DJI
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④GNSS を使った自動飛行• 緯度経度の座標(ウェイポイント)を指定
すれば,そこへ自動飛行してくれる
ドローンの運用形態操縦者との距離に応じて異なる
目視で操縦 FPV( カメラ映像をモニタリング ) 完全自律
•肉眼で確認しながら操縦•GNSSが無くても運用可能•操縦スキルに依存
•カメラ映像を無線で転送•モニタや HMDに表示•目視とは異なる操縦スキル
•GNSSによる自動移動•操縦しない•パソコンソフトを使うだけ
近距離 中距離 遠距離
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目視操作に必要なもの
• 操縦スキル
• 操縦者のスキルに依存• 位置保持には GNSS も使える
• ほとんどの作業は 橋梁・トンネル・建物のそば
(GNSS が使えない )
• 現在の業務はほとんどコレ
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• カメラ映像を操縦者に送る装置
• 空撮や災害調査で使用• 空間把握能力が必要 カメラ視界外の障害物を記憶しておく
FPV 操作に必要なもの
• FPV 機材&操縦スキル
機体 操縦装置
ラジコン送信機ラジコン受信機
ビデオカメラ 映像受信機映像送信機 ディスプレイ
従来の無線装置
逆方向の無線装置
FPV 装置
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温度
タイマー
日付
時刻
コンパス 海面高度 機首方位
最高到達高度
ホームまでの距離
ホームの方向
上昇率
相対高度
水平面
高度目盛
速度目盛
速度
カメラ電源電圧
モータ電源ゲージ
モータ電源 合計消費電流
モータ電源電圧 モータ電源消費電流 フライトレコーダー状態
GPS 状態
緯度経度
字幕機能を使えばヘッドアップディスプレイ (HUD) もできる
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AEO Appache-OSD
完全自律に必要なもの
• パソコン・タブレット・スマホ
• 移動先や作業内容を入力
• スタートボタンを押したあとはドローンに「おまかせ」
• 現地到着後に FPV 操作が理想 (?)
• まだ利用例は少ない
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ドローンの種類
ドローンの種類固定翼機
ヘリコプター
マルチコプター
HobbyKing
ケイアンドエス
ケイアンドエス
今回は地上ドローンは除外日本 Android の会 ドローン WG Copyright hsgucci04/15/2023
固定翼機• ドローンと言うと軍用 UAV のイメージが強い
RQ-11 レイブン フルカバー操縦装置プレデター
グローバルホーク
•操縦は Playstation ポータブルのような装置.•着陸時の衝撃でバラバラになる→再組立
•屋外のディスプレイは見えにくい.
Wikipedia
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ヘリコプター
• YAMAHA R-MAX
•無人ヘリコプターの代名詞
•農薬散布の業務に多用
•大型な部類
•日本各地にフライヤー契約•基本は目視操作
•2000 機以上も飛んでいる
軍用を除けば、日本は実は世界有数のドローン利用国日本 Android の会 ドローン WG Copyright hsgucci04/15/2023
マルチコプター• 複数のプロペラをもつヘリコプター
•AR.Drone が大ヒット
•偶数枚のプロペラ
•プロペラは互いに逆回転して 反作用を相殺する
•ミキシングが絶対に必要 フライトコントローラ必須
DJI
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マルチコプターの詳細
マルチコプターの種類• プロペラ配置によって様々な呼び名がある
HEXA
OCTO Y6
Y4
TRIBI + QUAD
X QUAD
X83DR3DR
DJI
DJI
DJI
μ dronesfpvlab.com advrider.com
fpv-community.de
マルチコプターの名称• モータの軸間距離で表すことが多い
450mm
FPV250 TALI H500
Hercules 500
DJI F450HobbyKing
HobbyKing
HobbyKing
DJI
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大きさ• 指先サイズから大型まで様々
ペイロード 10kg以上の大型機軸間 800mm 前後の中型機
資料提供:株式会社ケイアンドエス
Arduino内蔵クワッドコプターHubsan社の世界最小クワッド
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各種センサを内蔵、機体姿勢を計算、モータ回転を制御する.
• DJI
• 3D Robotics
•NAZA•WooKong•A2
•APM•PX4•Pixhawk
その他 NAVIO+,ZeroUAV, MikroKopter, Xaircraft, CC3D, MultiWii,KKmulti など日本では自律制御システム研, XENO-UAV などの国産も頑張っている .
フライトコントローラ( FC)
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カメラジンバル• ステディカムのデジタル制御版
ステディカムはバネやオモリでバランスをとるアナログ式
Wikipedia
カメラジンバルは姿勢センサとモータでバランスをとるデジタル式
DJI
ジンバルとは、「複数の回転軸を持つ回転台」
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なぜマルチコプターが人気なのか?• 組み立てが簡単.整備・交換も簡単.
本体フレーム
新規参入しやすい (?)プロペラ&モータ&モータ駆動回路フライトコントローラ
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ヘリコプター VS マルチコプターヘリコプター マルチコプター
•メカニズムが複雑.•熟練に数年かかる.•整備性が悪い.
•部品を組み立てるだけ.•本体フレームも設計が容易•整備性が良い
ケイアンドエス
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ドローンの発展• 空撮• 測量,監視,警備• 橋梁・トンネルなどの検査• 災害調査,救助,防衛• 輸送,物流• IT農業• デジタルアート、集団行動、自撮り• レース,ロボコン
まだ黎明期なので,その他にもアイディア次第でいろいろ使えるはず!
カメラ系業務が現在の主流
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空撮• 高解像度写真・動画の撮影
資料提供:あおぞら映像
軍艦島
http://aozoraeizo.com/日本 Android の会 ドローン WG Copyright hsgucci04/15/2023
測量• 高解像度画像・ GPS情報を使った 画像の重ねあわせ、精密測量
資料提供:株式会社 日創建
差分による掘削土量計測金山トンネル掘削土の3 D モデル
http://www.cals-net.co.jp/
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メガソーラー検査• 熱赤外線カメラによる太陽電池パネルの診断
資料提供:株式会社 フカデン異常パネルの発熱を検知
太陽電池
http://www.fukaden.co.jp/日本 Android の会 ドローン WG Copyright hsgucci04/15/2023
災害地調査• 2014年 7月(発災 4 日後から) 長野県南木曾町 (土砂災害)
オルソ画像 数値表層モデル資料提供:泉 竹樹氏,首都大学東京
http://www.comp.tmu.ac.jp/lagis/日本 Android の会 ドローン WG Copyright hsgucci04/15/2023
物流• 離島,船舶,釣り場などへの配達
資料提供:株式会社かもめや
瀬戸内海 離島物流プラン
8km 飛行実証実験 http://kamome-air.com/
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雑草発生地点(赤)
資料提供:エアフォーディ株式会社
IT農業• 種蒔,植生・雑草の調査,肥料・農薬散布など多用途
3 D モデル作製収穫量予想
http://www.air4d.com/
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04/15/2023
ドローンアート• 49台の LED 搭載ドローンによる飛行アー
ト
Ars Electronica
https://www.youtube.com/watch?v=ShGl5rQK3ew
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群知能 (Swarm Intelligence)
• ペンシルバニア大学、チューリヒ大学が有名
群知能: 群れで行動するロボット.集団行動.
複数台を同時コントロール 複数カメラによる位置計測がキモ
ロボカップサッカー小型リーグも天井カメラレクサスの CM は 7台同時コントロール
手のひらドローン• 「自撮り」のできる小型機 . スマホ連携.
ZANO
Nixie
Anura
MeCam
FPV250 レーシング• 250mm サイズの小型機を使ったレーシン
グ
HMD をつけてパイロット気分森の中を飛び回る!
herve pellarin https://www.youtube.com/watch?v=ZwL0t5kPf6E