機体の設計Tweet機体の設計といっても設計図を書いたりする必要はありません。クワッドコプターで使用するフレームを選択したり使用する部品を選択することが主な作業となります。前提となる知識がない状態でクワッドコプターを製作する場合はここが最も難易度が高い工程になるかもしれません。FPVクワッドコプターの主要な構成部品としては以下のようになります。(1)機体フレーム(2)フライトコントローラー(3)ESC×4(4)モーター×4(5)プロペラ(6)受信機(操作用)(7)FPVカメラ(8)FPV送信機(9)FPVアンテナ(10)OSD(FPV映像に機体情報を表示する装置)(11)機体発見用ブザー(12)LED(13)記録用ビデオカメラこのそれぞれについて、どういった部品を入手して組み合わせていくかを考えます。クワッドコプターを作成する場合には、ブログ等で製作の記録を公開している人がいますので、そういった情報を集めて検討します。製作の場合はなるべく多くの人が使用している部品を選択しておくのが良いでしょう。情報量が多ければトラブル等への対応もしやすくなります。この分野はまだそれほど市場が大きいわけでもないため、部品の供給や流通体制が安定しておらず購入したい部品を手に入れることが難しいような場合もあります。いった場合は代替の部品を選択せざるを得ず結果としてオリジナルの構成となる場合が多いようです。構成部品の選択にあたっては、よく利用されていて評判の良い部品を使用することと、スムーズに入手できるという条件が合うものの中から選択していくことになるかと思います。参考として2016年11月時点における各パーツの定番と思われるものを以下に記載します。主観的なものですので参考程度に考えていただければ幸いです。エキスパートの方で定番の認識が違っているという方がいらっしゃいましたら是非ご指摘をいただければと思います。(1)機体フレームドローンの製作は一般に機体フレームに部品を搭載していくことによって実現します。フレームはカーボン製のものが強度も強く軽量ですのでなるべくカーボン製のものを選択すると良いと思います。カーボン素材は電気を流す導電性がありますので製作時にはショートが発生しないように注意します。機体フレームはフライトコントローラーとモーターが水平かつ均等に配置できれば形状はどのようなものでも飛ばせますので自分でオリジナルフレームを作成することも可能です。重くなりますが3Dプリンターで作成した機体フレームを使用する人もいます。以前はFPVレーシングドローンの機体としては250サイズ(対角のモーター間隔が250mm)が主流でしたが最近はさらなる俊敏性などの観点から小型のフレームが使われることが多く、レースでの主流も210サイズに移行しています。210サイズの機体はレースで最もよく使用される5インチのプロペラが無理なく使用できます。機体のメインボディ部分が最小限サイズとなるXタイプもレーサーには人気ですが、部品を搭載するスペースがかなりタイトになりますので最初の機体としては避けた方が良いかと思います。価格を安く抑えたい場合はこれらの機体と形状の似た同等のフレームがHobbykingやBanggoodなどの海外通販で販売されています。最初に選択する機体としてはある程度品質のしっかりしたものを選択しておいた方が何かとストレスがないかと思いますので、できれば実績のあるLumenierの機体を選択するのが良いかと思います。QAV-R(2)フライトコントローラーフライトコントローラー(FC)はドローンの頭脳とも言える部品でドローンの姿勢を感知するジャイロや加速度等のセンサーを搭載し機体の姿勢とコントローラーからの操作指示にあわせてESCを通じて各モーターの回転数を制御します。フライトコントローラーはフライトコントローラーとその上で動作するファームウェアにより構成されます。8bitのフライトコントロールが使用されていましたが現在は32bitのフライトコントローラーが主流となっています。32bitのフライトコントローラーのハードウェアとしてはNaze32とCC3Dの2種類が使われています。Naze32にはAcroバージョンとFullバージョンがありFullバージョンには高度を感知するための気圧センサーと方位を感知する磁気センサーが搭載されています。FPVレーシングクワッドの場合これらセンサーを利用する必要性は低いためAcroバージョンが使われるのが一般的です。Naze32はオンラインコミュニティではtimecopのハンドル名で知られる(おそらく)日本の方が開発しAbuseMarkというブランド名で販売されています。他社からもNaze32の名称の製品ラインセス販売されています。プロジェクトによって開発・販売されているフライトコントローラーです。計器飛行のためのより充実したセンサーを搭載しています。2016年12月現在、FPVレースドローンのフライトコントローラーとしてはNaze32をベースとして派生した製品が主流となっています。F4)などの種別があります。現在はF3ボードが利用されることが多くなっています。Controllerなどが定番と言えるかと思います。ここまではフライトコントローラーとして仕様するハードウェアについて紹介をしてきました。フライトコントローラーにはこれらハードウェアを使用して制御を行うアルゴリズムなどを実装したファームウェアをインストールして使用しますので、どういったファームウェアを使用するかも考えなければなりません。使用するファームウェアによってハードウェアを選択するのが正しい順番かもしれません。Wiiとして現在最も人気のフライトコントローラー・ファームウェアです。後述するBaseFlightから派生してCleanなコードで書き直しを行ったものと位置付けられています。Naze32やCC3Dなど様々なハードウェアに対応しています。GPLラインセンスのオープンソースプロジェクトとして開発・提供されています。Configuratorがブラウザ上で動作するChromeアプリとして提供されています。BetaFlighthttps://github.com/borisbstyle/betaflight/CleanFlightにレーシングやフリースタイル競技など極限の運動性能を求めるユーザーのために最新の実験的な機能を実装したバージョンがGitHubで公開されています。Cleanflightよりも先進的な機能をいち早く対応していますが一方でデフォルトでも安定した飛行が可能であり今ではCleanFlightよりも人気となっています。F4ボード及び最新のMultishotプロトコルに対応したESCの性能を最大限を活かすように実装されたフライトコントローラーです。最新のハードウェアに対応したことにより非常に高速な処理を実点しており滑らかな機動が可能となります。それほど頻繁に更新をされているわけでもなく今後の開発の動向がどうなるのか要注目です。FCハードウェア専用のフライトコントローラーファームウェアとなります。ESCとの組み合わせで使用する場合において優れた飛行特性を発揮し高い評価を受けています。設定等も比較的シンプルなものとなっており簡単に安定した飛行が可能となります。Wiiとして最初に開発されNaze32上で動作します。Naze32の開発者であるtimecop氏によって開始されました。CleanFlightはこのBaseFlightを改良してHydra氏が開発を始めたものです。Naze32はBaseFlightが搭載された状態で出荷されますがCleanFlightをインストールして使用されることが多いようです。フライトコントローラーに関しては前述のNaze32系のF3のフライトコントローラーにBetaFlightをインストールして利用するのが現在のところ主流と言えるかと思います。略でフライトコントローラーからの制御信号を受けて接続されたモーターの回転数をコントロールするアンプのような役割を持つ部品です。日本ではアンプと呼ばれることもありますが海外ではESCと呼ぶのが一般的です。通常1つのモーターに対して一つのESCが必要となります。ESCにはバッテリーから電源を供給する2本のワイヤとモーターを駆動するための3本のワイヤそしてESCから制御信号を受け取る3本のワイヤが接続されます。ESCは対応する電流の最大値によってサイズが決まりますのでモーターの最大電流よりも大きな電流値を持つESCを使用するようにします。一般に210サイズのクワッドの場合は20A〜30AのESCが使用されます。Circuit)の機能を持っているものが結構使われていましたが、最近はBECは別途用意してESCには搭載されないように成っています。フライトコントローラーと同様にESCもまたその制御用のプログラムをファームウェアとしてインストールできるようになっています。FCからESCに送られる制御信号の仕様が何種類か存在しておりOneshot125、Oneshot42、Multishot、また新たに開発されたデジタル形式のDshotなどがあります。後者に向かうほど高速の通信が行われより俊敏で正確なモータ回転の制御が行われます。ESCの性能を最大限に発揮するためにはフライトコントローラーとの通信方式がマッチしている必要があります。(4)モーターFPV入門のページでも書いていますが、マルチコプターではモーターの外側が回転するブラシレスモーターを使用し210サイズ前後のミニクワッドでは直径18-22mm程度2000-2400kv程度の出力のものが使用されます。2204だと直径22mmで高さが4mmということになります。1960kvなどがあります。2300KVなどです。(5)プロペラこれもすでにFPV入門で書いたとおりサイズはその直径(インチ)とそのプロペラが1回転する間に進む距離の大きさ(ピッチ)で表現されています。210サイズの定番サイズは5インチであり初心者ようとしては5030サイズになります。プロペラについては特に初心者のうちはなるべく割れたり壊れたりしないものが良いでしょう。DALのプロペラは壊れにくいことで有名でクラッシュしてもちょっとやそっとのことでは壊れません。その分プロペラが若干重かったりクラッシュ時にプロペラが壊れないことによってモーターへの負担が大きくなるということもあるようです。CCW(反時計回り)などひねりの向きが2通りありますので必ずペアになるように用意しておきます。DAL5x4x3(4S),5×4.5×3(4S)です。(2016年9月8日現在これ以降の記述について未更新です。近日中に更新を予定しています。)(6)受信機ラジコンの送信機(プロポ)からの通信を受けてクワッドの操作に関する指示を行うための受信機になります。具体的にはフライトコントローラーに対して送信機上のスティックやスイッチがどのように操作されているかなどの情報を伝えます。現在のクワッドに利用されるフライトコントローラーはPPMという形式で各チャンネルに対応するスティックやスイッチの情報を受け取ることができるようになっており、PPMに対応した受信機を使用することが一般的です。PPMは一本の信号線の上に複数のチャンネルの制御信号を合わせて出力する規格で、それ以外には一つのチャンネル毎に一本の信号線を使用して制御信号を伝達するPWM形式の信号も使用することができます。挙げられますがこれは対応する送信機がFrSkyの製品に限られFrSkyの送信機は日本の技適を取得していないため現状ではこの受信機を日本で使用することができません。(FrSkyの一部外付けの送信モジュールが技適を取得しているという情報もありますが、、、。rev6以降はSBusやDSMXなどの信号も受け取ることができるようになりました。日本ではフタバもしくはJRの送信機を利用することが多いかと思います。フタバが販売する送信機に対応した受信機では通常S.Busという形式で信号を出力します。JR製の受信機についてはXBusやDMSSという形式の信号を出力します。フタバの送信機を使用する場合は、SBusを出力する受信機を用いてSBusで接続する、フタバの信号を受信してPPMを出力することのできるマルチプロトコル対応の受信機を使用するといった接続方法が考えられます。FrSky社のDelta-8という製品があります。Delta-8http://www.frsky-rc.com/product/pro.php?pro_id=110また、フタバの受信機が出力するS.Busの信号をPPMに変換するインバーターが発売されています。D4R-IIですが日本では使用できません。PPM等の出力が可能な製品を選択すると良いでしょう。(7)FPVカメラFPVカメラには使用するイメージセンサーがCCDのものとCMOSのものの二種類があり、FPVには特に明るさの変化への対応が早いCCDが適しています。CMOSでも通常の飛行には支障はありません。FPVカメラの解像度については600TVL、700TVLなどの形で表現され数字が大きいほど高くなります。解像度が高くなれば価格も高くなりますがFPV用途には600TVLあれば十分かと思われます。3.6mmなどがあります。これは数字が小さい方が広角レンズとなります。狭い範囲を鮮明に見たい場合は3.6mmという選択となります。これは好みの問題ではありますが初心者の内は視野の広めのものを利用した方が飛行の際に安心かもしれません。blockで大丈夫です。夜間は使用できませんが通常の画像品質が良い。sensitiveを選択すると明るく見えるようです。日中明るい場所での飛行の際に画質があまり良くないようです。その他カメラについては対応する電源のボルトについても確認をしておきます。通常は5〜17V程度の範囲に対応したものが多いかと思うのでその範囲の電源供給の方法を検討します。FPVカメラやFPV送信機に対しては電源からのノイズ混入を防止するためのLCフィルタの使用も検討します。V2(CMOS)です。(8)FPV送信機FPVカメラで撮影した映像を送信するためのモジュールです。1.2Ghzなどがありますが一般的には5.8Ghzを使用するのが最も一般的です。送信出力としては200mW、600mWなどのものがあります。600mWを使用すれば多少伝搬距離は伸びますが、複数人数でレース等を行う場合には出力が大きいほど他周波数への干渉も大きくなり混信の原因となります。飛行中に混信が発生すると機体からの映像を見ることができませんので十分注意します。複数人での飛行が想定されるような場合は200mWのものを使用するのが良いと思われます。FPV送信機はメーカーや製品によって送信可能な周波数の組み合わせ(チャンネル)が異なりますので、必ず自分が使用する予定のFPVゴーグルやFPV受信機と同じ周波数の電波を送信できるものであることを確認します。日本においてはアマチュア無線の開局申請が必要となるため開局の実績が多くこの手続きに必要な系統図が入手できるものを選択すると良いでしょう。日本での使用を前提とした場合、2016年2月現在の定番としてはTS5823が挙げられます。Antenna)を別途購入して使用するのが一般的です。これらアンテナ部分にキノコ型のカバーのついた製品も多くあります。木の枝などに接触した際にアンテナがひっかかることを防止できるのでカバーは無いよりはあった方が良いかと思われます。(RHCP))などの細かな仕様の違いがありますので購入時には間違いのないように気をつけましょう。SpiroNetが人気がありますが少し価格が高めです。私も使用していますが他と比較をしたわけではありませんので価格分の価値があるかは不明です。Display)の略でフライトコントローラーなどから取得できるドローンに関する様々な情報を表示するための部品となります。OSDはなくてもFPV機を飛ばすことは可能ですが最終的には多くの方がOSDを搭載しています。OSDの最も重要な機能がバッテリーの残量(電圧)を表示することになるかと思います。マルチコプターの飛行中の最も大きなリスクがバッテリー切れになるかと思いますが、バッテリーの残量管理の方法としては飛行時間をプロポ等に搭載されているタイマーで管理、アラーム機能付のバッテリーチェッカーを利用、バッテリー残量をラジコン受信機のテレメトリー機能を利用してプロポに送信する方法などがありますが、OSDに表示できれば一番確実で使いやすいかと思います。小型のFPVドローンの操縦はある程度の技量レベルに達するまでには衝突や墜落がつきものです。通常小型ドローンをFPVで飛行させるのは数百メートル程度の範囲にとどめることが多いかと思いますが、それでも墜落したドローンを探すのはそう簡単ではありません。森や草むらなどでは墜落したドローンが物陰に隠れたりしていて近くにいても見つけられないということもあります。言った場合に力を発揮するのがブザーです。buzzer”などの名称で販売されています。これらのブザーはフライトコントローラーのBuzzer出力に接続するか、ラジコン受信機の任意チャンネルに接続してコントローラー(プロポ)のスイッチによってブザー音のON/OFFをするように設定します。(12)LEDFPVでのフライトでは自分自身で飛行している機体を見ることはほとんどありません。LEDがついていてもそれを目にすることはないかと思います。スポッターと言って仲間に自身のドローンの飛行位置やや状態を確認してもらうことを容易なものとし、他の操縦者と一緒にレース等を行う際などには自身の機体の存在をアピールし不要な衝突を避けることができます。墜落した機体を発見する際、LEDがある方がいくらか見つけやすいという効果もあります。何よりビデオ等を撮影した際の見た目が非常に格好良いものになるかと思います。最近行われるレース等ではLEDの搭載を義務付けているものも増えているようです。LEDに関しては特に決まった製品があるわけではなく自身の好きなものを選んで装着すれば良いでしょう。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。*サイト上に表示された文字を入力してください。