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 hsgucci2015/7/23

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）

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

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

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！
•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

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

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

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

• 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

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
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

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
今回は地上ドローンは除外日本Androidの会ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23

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

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

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

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
X8 3DR3DR
DJI
DJI
DJI
μ drones
fpvlab.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 F450
HobbyKing
HobbyKing
HobbyKing
DJI

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

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)

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」

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

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

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

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/

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３Dモデル
http://www.cals-net.co.jp/

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/

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/

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/

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
３Dモデル作製収穫量予想
http://www.air4d.com/
日本Androidの会ドローンWG Copyright hsgucci
2015/7/23

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

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

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