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）


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！

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


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

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 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


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


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


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

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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/


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/


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


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

Science

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