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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
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•ジャイロ
•加速度
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•気圧
…etc.
センサ・コンピュータを使って
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→フライ・バイ・ワイヤ制御
GNSSを使ってラジコンの移動を
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→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)
日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
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
日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
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
日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
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!
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•加速度センサ
•磁気方位センサ
•気圧センサ
•GNSS
姿勢
方向
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緯度経度
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現在では
日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
③カメラを搭載して空撮
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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 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
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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
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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
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•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
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
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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/
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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3D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
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太陽電池
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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
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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
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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
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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!
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