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ドローンの仕組み( #ABC2015S )

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hsgcciさんの資料を代理アップ
2015/7/20に開催されたABC2015Sのドローントラック #1の続き

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ドローンの仕組み( #ABC2015S )

  1. 1. ドローンのしくみ 日本Androidの会 ドローンWG hsgucci
  2. 2. 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
  3. 3. 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) 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  4. 4. 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
  5. 5. 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
  6. 6. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  7. 7. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  8. 8. 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
  9. 9. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  10. 10. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  11. 11. • 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  12. 12. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23 AEO Appache-OSD
  13. 13. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  14. 14. ドローンの種類
  15. 15. 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
  16. 16. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  17. 17. 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 hsgucci2015/7/23
  18. 18. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  19. 19. マルチコプターの詳細
  20. 20. 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
  21. 21. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  22. 22. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  23. 23. 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) 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  24. 24. 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」 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  25. 25. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  26. 26. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  27. 27. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  28. 28. 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 hsgucci2015/7/23
  29. 29. 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/ 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  30. 30. 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 hsgucci2015/7/23
  31. 31. 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 hsgucci2015/7/23
  32. 32. 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/ 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  33. 33. 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
  34. 34. 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 日本Androidの会 ドローンWG Copyright hsgucci2015/7/23
  35. 35. 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
  36. 36. 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
  37. 37. 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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