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本気で語り合おうオープンソースのドローン開発とIoTの事(2017 01-10) 公開版

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・LoRaWANの概要
・ROSを使ってドローンをセンサ情報をAzureにアップしPower BIで表示するデモ
・日本発のオープンソースのドローン開発プロジェクト「DCoJA」の紹介
・「DCoJA」におけるプロジェクトの概要
・オープンソースLinuxベース フライトコントローラ「Yatagarasu」の紹介
・オープンソースLinuxベース他律制御ドローン「Hachidori」の紹介
・オープンソースLinuxベースのグランドステーション&リモートコントローラ「Hato」の紹介

Veröffentlicht in: Geräte & Hardware
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本気で語り合おうオープンソースのドローン開発とIoTの事(2017 01-10) 公開版

  1. 1. ドローンワークス株式会社 代表取締役 今村博宣 hiro.imamura@drone.co.jp 本気で語り合おう オープンソースのドローン開発と IoTの事 なんちゃってドローンの話はもうやめて そろそろ本気の話をしようぜ 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 1 IoT ALGYAN新年明けまして勉強会
  2. 2. LoRaとLoRaWANって どう違うの? 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 2
  3. 3. LoRaとLoRaWANって何が違うの? • LoRaはSemtech社が開発した変調方式のこと  各社がLoRa変調を用いた独自プロトコルの個別 のモジュールを作成 • LoRaWANは、LoRa変調を使用するシステムの 1つでLoRaAllianceにて標準化をされた通信シ ステムのこと 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 3
  4. 4. LoRaWAN入門 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 4
  5. 5. IoT/M2Mプラットフォーム 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 5 m2B AWS Internet Cloud M2B Gateway IoT Device 3G / 4G LTE LoRaWAN / LPWA Network IoT Device NTT Docomo 基地局 IoT Platform
  6. 6. LoRaWANの特徴 • 「LoRa」はアンライセンスバンドである920MHz帯を 使用する無線通信方式 • 従来方式と比較して伝搬距離が大幅に長いのが特徴 • 免許不要で最大5km程度の長距離通信が可能 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 6 LoRaWAN
  7. 7. LoRaWANの定義 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 7
  8. 8. LoRaWANの構成(データの流れ) 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 8
  9. 9. 「LoRaモジュール」と 「LoRa GPS Box」 M2BのLoRaモジュールは、とて も小さくマイコンも搭載してい るのでバッテリで長期間利用す ることが可能 「LoRa GPS Box」は、GPS付き のArudinoシールドを用いて、簡 単に実証実験が可能 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 9
  10. 10. 「LoRa GPS Box」の構成 USB DC5V Arduino 本体LoRa Arduino シールド GPS ボタン電池 CR2032 M2B LoRa モジュール アンテナ端子 *GPSのバックアップ電池 PoCでは、USBケーブルにて外 部バッテリーから給電します。 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 10
  11. 11. LoRaWAN コミュニティーラボ @KOIL 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 11
  12. 12. 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 12
  13. 13. 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 13
  14. 14. 柏市でのIoT実証実験の提案 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 14 半径5kmの円
  15. 15. 自己紹介 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 15
  16. 16. 自己紹介と会社概要 自己紹介 • 83年 ソード株式会社 – ハードウェア開発に従事 • 87年 半導体ベンチャ- – GPUの設計に従事 • 89年 ハフトテクノロジー 株式会社設立 – ワークステーション開発 – デジタル放送設備開発 – デジタル家電開発 – スマートグラス開発 – 音楽配信システム開発 会社概要 • 2015/9/1 ドローンワークス 株式会社設立 – 国産フライトコントローラの開 発・製造・販売 – ドローンの受託開発・製造・販 売 – バルーンカムの製造・販売 – ドローン用クラウドサービスの 開発・運営 – ドローン教習サービス 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 16
  17. 17. 企業理念 • 【企業理念・事業目的】 – 「安全な産業用ドローンの普及」 – 「安全な産業用ドローンのサービス提供」 • 【将来像を表すキーワード】 – 「ドローンにより人々に新しい視点を与える」 – 「安全な産業用ドローンの先駆者」 – 「安全な産業用ドローンを開拓し続ける」 • 【実現したい目標】 – ドローンによる放送・広告メディア・監視・農 業・点検・測量などへの新しい視点の提供 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 17
  18. 18. ドローンの用途 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 18 ホビー 災害対策 IT農業 点検 警備監視 環境観測 輸送物流 ・ビジネス記録 撮影 ・映画 / 記録撮影 ・津波・火山等の 監視 ・山岳遭難捜索/ 海上遭難捜索 •農薬、肥料散布 と虫防除 •土壌状況と作物 の生育状況調査 • 高速道路、橋梁、 トンネルの巡視 • 送電線/ 河川・ ダムの巡視・ 点検 •密入国監視、麻薬 管理 •海上、沿岸警備、 国境警備 •大気汚染、海洋 汚染 •各種汚染の観測、 計測 •緊急物資輸送 •配達
  19. 19. ニーズ 人が多いところで 安全に ドローンを飛ばしたい 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 19
  20. 20. 製品コンセプト イベント会場などの人が多いところでは ドローンは飛ばせない。 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 20 放送、撮影・広告、監視、点検・エンターテイメントなどの ドローンサービスが広く提供できる。 もし飛ばせられたら! 安全だからこそ提供できる新しい視点
  21. 21. 提供商品・サービスの概要 • 提供するもの 「バルーンタイプの安全なドローン」 • 提供形態 カスタマイズ・製造・販売・付帯するサービス 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 21
  22. 22. 産業用ドローン 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 22 デカイです
  23. 23. 現実のドローンの性能 • 離陸重量15kgのドローンをホバリングさせるため に48V 50A必要 • 離陸重量25kgのドローンをホバリングさせるため に48V 100A必要 • 現在、市販されているのリチウムポリマー電池の 最大は20Ah – これを2個直列に使用し48V 16〜20Ahを確保 • 理論的には15kgのドローンなら約30分、25kgな ら10分程度のホバリングが可能 – 実際の飛行時間はもっと短くなるので、15kgで15〜 20分、25kgで7〜8分程度の飛行時間になる 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 23
  24. 24. 求められるのドローンの性能 • カメラのペイロード(カメラ+ジンバル) – GoPro程度で500g程度のペイロードになる – ミラーレス一眼で1.5kg〜1.8kg程度のペイロードに なる – 一眼レフで4kg程度のペイロードになる • 農薬散布のペイロード – 1反(10a)で800ccの農薬を散布 – 5反(50a)で4㍑(4kg)のペイロードになる 今はペットボトル2本を積んで 約15分飛行させるのが精一杯の現状 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 24
  25. 25. どの分野ならドローンが使えるのか? • 物流系の物の運搬はかなり厳しい • 農薬散布もかなり厳しい 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 25 • 農業分野 ⇒ 写真撮影 • 測量分野 ⇒ 写真撮影 • 災害分野 ⇒ 写真撮影 • 撮影分野 ⇒ 写真撮影 • 防犯・警備 ⇒ 写真撮影 • 点検・保守 ⇒ 写真撮影 ドローンの肝は撮影!
  26. 26. 分野別ドローンの販売台数 農業分野と撮影分野が多数を占める 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 26 出所:日経BPクリーンテック研究所 クリックしてリンクをご参照下さい
  27. 27. ドローンの安全性 PCの黎明期 • 作れば売れる – カスタマイズが可能なショップブ ランド • CPUの乱立 • 殆どが台湾メーカー • 中国製の台頭 • 保証がない • 日本のパーツが使われない • 長期供給、保守部品の在庫がな い 現在のドローン • 作れば売れる – カスタマイズ案件が多数 • FCの乱立 • 殆どが中国メーカー • 中国製が独占状態 • 保証がない • 日本のパーツが使われない • 長期供給、保守部品に在庫に 対する対応が無い 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 27 産業用PCの出現 本当の産業用ドローン が待たれている 実はまだ 黎明期
  28. 28. 産業用ドローンのあるべき姿 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 28 オリジナル フライトコントローラ 農薬散布装置 カメラ&ジンバルコンテナホルダー 各種計測器 他 農薬向ドローン 測量・空撮向 ドローン 物流向ドローン災害対応ドローン サービス層 サービス デバイス層 コア デバイス層 モーター モータードラーバー バッテリー 各種センサー アライアンス ・日本メーカー ・新たな規格 ・フォーマット 標準化 ・コネクタ ・プロトコル ・サイズ
  29. 29. Nidec & STマイクロ 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 29 産業用ドローン モータースピードコントローラー (STマイクロエレクトロニクス製ESC) 産業用ドローン モーター(Nidecモーター) 日本電産の永守会長は、こうした未来像を「一 人一台のマイ・ドローンを持つ時代が来る」と 予見しており、同社の主要事業であるモーター こそが、IoTを支えるキー・コンポーネントで あると確信したのだそう。旧来よりPCや携帯電 話にも搭載されてきたモーターが、来るべきド ローン普及時代にはさらに重要なIoT機器の構 成要素になっていくというわけです。 特にドローン向けモーターのモジュール化にお いては、半導体のトップメーカーであるSTマイ クロエレクトロニクス社との共同開発を行い、 ハード・ソフト両面で高い品質のモーター・モ ジュールをパッケージにして供給することを目 指しているといいます。 http://www.nidec.com/brand/tech/drone/index.html
  30. 30. Nidec(日本電産)製 国産モーターの飛行 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 30
  31. 31. ドローン産業用のクラウドサービス 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 31 フライト コントローラ ビッグデータ Cloud セキュアな ネットワーク • 安全運用のサービス • 農業向けサービス • 測量向けサービス • 災害対策向けサービス ドローンそのものが IoT 機械学習 ディープラーニング
  32. 32. ROSでAzureとの通信 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 32
  33. 33. AzureによるDroneクラウドサービス デモの概要 © 2017 DroneWorks Inc. 33 メッセージング DCoJA Alliance Drone デバイス接続 サービス サービス連携 ストレージ 表示・通知 2017/01/10 Linuxベースのドローン用フライトコントローラ ROSによるAzureとの通信 異常通知 IoT Hub Event Hub Stream Analytics Mobile Power BI Table Storage Azure WebSites AMQP 異常データ 正常データ IoT Hub Client ROS Topic センサデータ
  34. 34. Erle Brainからのセンサ情報を Power BIで表示 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 34
  35. 35. オープンソースで開発する ドローンプロジェクト「DCoJA」の紹介 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 35
  36. 36. ドローンを取り巻く環境 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 36 • 現在ドローンを開発している会社は多数あるが、中国のDJI社が一 番有名 – Appleと同じように完全垂直統合の企業で、設計〜製造〜 販売まで一 貫して自社で行っている。 – 最近ではドローンに搭載するデジタルカメラまで自社設計〜製造をし ていて、その技術力には眼を見張るものがありる • Dronecodeの中心メンバーは3DR(3DRobotics)で、率いるのはあ の「MAKERS」の著者クリス・アンダーソン – 3DRは、一番肝心なフライトコントローラ部分を全部オープンソース として公開している – まるでGoogle。 – あちらがAppleと言うならこちらはAndroid的なやり方 – たくさんのコミュニティーメンバーに支えられてバージョンアップを 繰り返しながら機能・性能・安全を向上させている
  37. 37. DroneCodeって何? 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 37 LINUX FOUNDATION COLLABORATIVE PROJECTS
  38. 38. 「Dronecode」の概要 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 38 • 2014/10にLinux Foundationの元で発足した無 人機のフライトコントローラ等をオープン ソースで開発するプロジェクト • オープンソース・ソフトウェア、オープン ソース・ハードウェアの両面から無人ヘリコ プターだけではなく、無人飛行機、無人ビー クルも開発している • 最近ではVTOL機の開発も進んでいる
  39. 39. Dronecode プロジェクトメンバー 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 39
  40. 40. Dronecodeの分裂と現状(1) 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 40 ハードウェア:APM ソフトウェア:ArduPilot ハードウェア:PX4 ソフトウェア:PX4 ワンボード化 ポーティング DrondCodeとしてスタート コミュニティー主導 ArduPilot チューリッヒ大学 PX4プロジェクト
  41. 41. Dronecodeの分裂と現状(2) 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 41 コミュニティー主導 ArduPilot チューリッヒ大学 PX4プロジェクト ハードウェア:PIXHAWK ソフトウェア:PX4 ハードウェア:PIXHAWK ソフトウェア:ArduPilot 分 裂 GPL v3ライセンス BSDライセンス
  42. 42. Linuxベースのフライトコントローラ 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 42 NAVIO+ Erle Brain Raspberry Pi B+ または2がベース Beagle Bone Blackがベース 2つともArduPilot系
  43. 43. Linuxベースだと何が良い? 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 43 • こだわりたいところだけイジればいい – >姿勢制御(フィルタとか制御則とか) – >GNSSの精度(RTKとか) – >無線方式の変更 – >センサの追加 – >アクチュエータの追加
  44. 44. 「DCoJA」の概要 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 44 • 日本発のオープンソースのドローンプロジェクト • DroneCode Japan Association のつもりだったんだけど、Dronecodeが分裂して、 我々が使おうとしていたコードはArduPilot.orgに なってしまい、事実上Dronecode(ソース的には PX4)を使わない方向になった • Drone Community Japan Association と言う名前に変更
  45. 45. 「DCoJA」で進行中のプロジェクト • 現在3つのプロジェクトが進行中 – Yatagarasu(八咫烏) – Hachidori(蜂鳥) – Hato(鳩) 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 45
  46. 46. Yatagarasu(八咫烏)の概要 • ARM 64bit マルチコアSoC • Linuxベース • 96Boards用メザニンボードにFCに必要な機 能を搭載 • 複数個のセンサを搭載 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 46
  47. 47. Yatagarasu(八咫烏)の開発風景 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 47
  48. 48. Yatagarasu(八咫烏)のブロック図 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 48 96Boards LS Connector SPI I2C MS 5611 MPU 9250 MPU 6000 気圧 センサ MAX 14830 UART CAN MAX 14830 HMC 5883 BME 280 2SMPB -02A 9軸 センサ 6軸 センサ コンパス センサ 温度・気圧 センサ 気圧 センサ PCA9685 PWM External Option
  49. 49. Hachidori(蜂鳥)の概要 • 他律制御(自律制御をモジッた造語) • LinuxベースのYatagarasuから派生させ、ドローンのセンサ情報を WiFiで飛ばす • 本来のドローンの制御部は96BoardsやPC上のLinux 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 49 HachidoriHachidori Server Mission Planner USB
  50. 50. Hachidoriの経緯 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 50
  51. 51. Hachidori(蜂鳥)の開発風景 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 51
  52. 52. Hachidoriのデバッグ中の様子 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 52
  53. 53. Hachidori(蜂鳥)のブロック図 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 53 WROOM-02 Wi-Fi Module INA 226 MPU 9250 FT 230 電流・電圧 センサ BME 280 9軸 センサUSB 温度・気圧 センサ PCA9685 PWM I2C SPIUART FET モーター ドライバー
  54. 54. Hato(鳩)の概要 • OpenTXみたいなプロジェクト • Raspberry Piで送信機を作る 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 54 USB CPPM Hachidori Hachidori Server Mission Planner
  55. 55. 新電波帯域 ロボット用電波利用システムの要求条件 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 55
  56. 56. 新電波帯域を使ったプロポの妄想 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 56 Hatoプロジェクトで用途に合った コントローラが開発できるようになる
  57. 57. 本気だよ! JASA(一般社団法人 組込みシステム技術協会) • JASA IoT技術研究会を2015年7月に発足 • 5月のJASA関東支部例会にてプレアナウ ンス 同研究会内にドローン部会を設置 – Dronecodeなどに対応するための準備会議 – DCoJAから今村も参加 – 経産省系のJASAではオープンソース (S/W、H/W)までの対応 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 57 JASA内にドローン・オープンソース 対応の準備会議がスタート
  58. 58. 本気だよ! MCPC(モバイルコンピューティング推進コンソーシアム) • MCPC 旧モバイルクラウド委員会 – 改め、AIロボット委員会 • MCPC 旧無線LAN委員会 – 改め、ワイヤレスシステム活用委員会 • 12/2の年次総会にて上申され決定 – ワイヤレスシステム活用委員会 • ドローンワーキング部会 • 12/6に準備会議をキックオフ • DCoJAからは今村が参加 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 58 MCPC内にドローン無線の 準備会議がスタート
  59. 59. 本気だよ! • 関連団体との協調 – DCoJA(ドローン コミュニティー ジャパン アソシエーション) – JUIDA(一般社団法人日本UAS産業振興協議会) – JUTM(日本無人機運行管理コンソーシアム) – UPMA(一般社団法人無人航空機操縦士・整備士協会) – IoT推進コンソーシアム – MCPC(モバイルコンピューティング推進コンソーシアム) – IPA(独立行政法人情報処理推進機構) – JASA(一般社団法人 組込みシステム技術協会) • 通信セキュリティ • 航空管制 – 衝突回避 – 電波干渉抑止 • マルチコプタ以外の移動体 – 海洋ドローン(水上、水中) – ローバー • 海外対応 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 59
  60. 60. まとめ • ドローンは重いペイロードには不向き – 基本的に撮影することが効率がいい • ドローンはプロペラが付いたロボットである • 市場は大きい – ドローン産業向けに、モーター、SoC、パワーTr、コネクタ、 ケーブル、加速度センサ、角速度センサ、地磁気センサ、気圧 センサ、GPSモジュールなどのコアデバイスだけはドローン専 用が必要 • ドローンはシステムでなければ売れなくなる – クラウドサービスが主戦場 – 画像解析、ビッグデータ解析 – ディープラーニング、機械学習 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 60
  61. 61. 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 61 ドローン+Azure+LoRaWAN 全部つながったでしょ?! ドローンそのものがIoT
  62. 62. ご清聴ありがとうございました ご質問は hiro.imamura@drone.co.jp 2017/01/10 © 2017 DroneWorks Inc. 62

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