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ドローン [ドローン]

ドローンの空撮の映像が youtube でもかなり上がってくるようになりました。
200g 以上だと法律の規制範囲なのですが、200g 以下のドローンはおもちゃということで法律の規制外です。

200g 以下のドローンで F183DH というのがあるのですが空撮の練習で買ってみました。

これは気圧センサーで高度を自動調整し、6軸ジャイロで機体を安定させるという物です。





で、室内で飛ばしてみました。
操作には mode1,mode2 というのがあり、とりあえずおもちゃドローンは左スロットル、右前後左右移動ということらしいので、それで操作してみました。

かなり安定していて狭い室内でもあまり事故もなく飛ばせましたが、着陸だけは気圧制御が入り、下におろしてもダメで、着陸ボタンを押さないといけないです。ここの制御が後でえらいことを引き起こします。

それで、外で飛ばしてみました。
普通に1mぐらいで飛ばしているときは順調でしたが、屋根の太陽電池を見ようと思って高度を上げて失敗しました。突然、勝手に上昇しだし、制御不能になりました。
どうやって戻したかわかりませんが、他の家の庭になんか落ちたらえらいことで、なんとか制御を戻してスロットルを下にするにも、まったく降りてきません。どうも風が吹くと気圧が上がったと思って上に行ってしまうようです。それでも、何とか目の前に戻して下げ続けますが、全然下がらず暴走気味になり、壁に激突してひっくり返って止まりました。

風が吹くと上に行くというすさまじい仕様で、風で流されるしで、直ぐにノーコンになります、下におろすのがとても難しい。どうも着陸ボタンを押すのが正解のようでこれは、慣れるまで大変そうです。このドローンは10mぐらいの範囲で上昇は2,3mにとどめたほうがよさそうです。10mぐらい勝手に上がって焦りました。川や海、公共の重要な施設、人が近くに居るところなどフェールセーフが完全でないドローンを飛ばすのは危険極まりないことが分かりました。GPS 制御もソフトがダメだと GPS がつかめなかったり誤検出した場合どっかに飛んでいってしまうでしょう。GPS は誤検出の修正をソフトでどれだけできるかでしょうが、どうも適当な気がしますし、そんなことにお金はかけないでしょう。

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中身を見ると送信機のアンテナは飾りで中にアンテナ線が横に収めてありました。

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チップ1つで全部制御しているようです。

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本体側はこれが問題の気圧センサーのようです。
風が当たらないような処理はしてありました。
裏側には stm f031k4 という ARM Cortex-M0 の MPU が載っているようでした。
これはおもちゃドローンでは一般的なようです。モーター制御は別ICが入っているかもしれませんが、基盤は外れませんでしたので未確認です。
アンテナ線はこれも中に入ってました。

FPV も付いていてこれはかなり良好ですが、距離が飛ばせません。
撮れたムービーはかなり良好で解像度もありました。一応マイクも入っていますが、モーター音しか入りません。

ドローンは今事故が多くなりつつあり社会問題になりつつありますが、不完全でも出してしまうのが日本企業にはまねできないところです。
試しでも広い所で飛ばすことが必要です。
風が吹いてビューと上に上がると怖いではすまないです。

このドローンはおもちゃぐらいの出力なのでノーコンで手でつかんだりしても羽も痛いぐらいで済みますが、高出力のものはガードもないし、まずはおもちゃドローンで危なさを体験するのがいいかもしれません。

とりあえず、機械の癖をつかんで出来る範囲で飛ばす必要がありそうです。

広い所で飛ばしてみました。
機体は6軸ジャイロで思ったより安定していて風が吹いても向きが変わらず水平を保ちます。
左スロットル、右で位置調整の mode2 で練習していましたが、練習はしたほうがパニック時の対応が違うと思いました。
上まで行けますがそれなりで留めました。
ムービーは記録程度で色も解像度もよくありません。
最近 GPS付でジンバルもついたドローンが 5万や3万で買えてしまいますが、法律の規制の200gを突破で来ていないので突破してくれたらいいと思います。
空撮は法律や事故に気をつければ身近なものになってきたなぁと思いました。



公園で飛ばしましたが突然また下降しなくなり右に流され続け木にぶつかりなんとか帰還。

見てみると1つモーターが回らなくなっていました。
さすが中華クオリティー。おもちゃと考えるとちょっと高いのでは、、、
スペアパーツもたくさん売ってます。売るのが前提か、、、自分で修理できるのも。

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7Vぐらいかかる割にかなり巻き線数が多いです。

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磁石が固定されてました。

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ブラシは細くてこれであのパワーなんだからモーターをストップさせてしまってスパークでもさせたら終わりかもしれません。回っているローターを止めないようにするのがコツかも。

ついでにベアリングも入ってません。
起動時に回らないプロペラが出てきましたがどうもブラシの接触が悪くなって低電圧では回らなくなったと思われます。スロットルを上げれば電圧が上がるので回転し始めますが、制御で電圧が下がると止まるという事で動きがおかしくなった原因がわかるような気がしますが、要するに直ぐにダメになるということです、、、

まぁ、色々いじれて面白いですが、絶対に人が多い場所では飛ばさないほうがいいです。

モーターをamazonで買いました。4個1400円ぐらいでした。中国からの直送で来るのに10日ぐらいでした。結構格安国際便としては早かったです。つけなおして復活しましたが、部屋の中での練習用という感じです。
大阪は府営公園もドローンは飛行禁止、私有地上空も難しいし、空撮できる場所がないです。目立ちすぎるし。
ラジコンを走らせる場所は近くにありますが、ドローン飛ばせる場所はない感じですね、、、

F183DH は JRC H8C と同じ基本構造のようで、モーターについてはネットでかなり情報がありました。
8520 という大きさの小型モーターを使っていますが、耐圧は良くて4V程度それに 7.2V をかけているので直ぐ焼けます。どうも、外でぶんぶん飛びまわすことができるぐらいのパワーがあるようです。
設計上モーターが焼けるのは仕方ないので使い方で工夫するしかありません。
改造は、軸受けのボールベアリング化、モーター上部のプラを削って空冷強化とコンタクトスプレーの穴を露出、飛行のたびにコンタクトスプレーという感じで予備のバッテリーは付いていても連続で飛ばすのは良くないようです。
全開にするのはもっとまずいようで急上昇とかはやめたほうが良さそうです。
かなり DIY できる感じですが、弄る気がない人は別なのがいい気がします。
2か月でモーター5個ダメになりました。

部屋で飛ばすには Parrot Mambo というのが一番安定しているようで、高度を計る超音波センサー、水平を保つカメラによる画像認識等安い中では1つとびぬけている感じで部屋での練習はこちらの方がいいかもしれません。FPVをつけても飛べるようで面白そうです。

2017/2/12 追記
youtube にアップされてる動画やネットで情報を集めてモーターが壊れるのは熱が原因の主な物という事が分かってきて対策しました。

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まず、空力は悪くなりますがモーターに向かって風を送り込むフィンをアルミ缶を加工して接着剤でつけました。
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モーターの周りにあるプラスチックは切除してモーターを露出させています。このままではモーターは抜けてくるのですが初めに浮いていれば押し込んでおけば飛行中に抜けることはなかったです。

非接触の温度計があったのでそれでモーターの温度を計ると、フル充電から1回自然着地するまで飛ばすと大体38~42度ぐらいの温度でした。
モーターが冷めるまで連続して飛ばさなければこれで、10回ほどフライトして羽の回転が悪くなる事がなくなりました。
前は最悪なときは1回飛ばしただけで羽の回転が悪くなってダメになっていたのでだいぶ効果があると思います。

外で飛ばしてみましたが、風があると前に進まず流されてしまいました。
どうも、50% 出力制限では難しくて 70% にすると大丈夫でした。
100%にするときりもみや急旋回をするとモーターがストップするというとんでもないことになりました。どうも墜落したと思うらしいです。

トイドローンでPhantom 等の大型のドローンの練習をする場合気をつけないといけないのは、トイドローンは2つの大まかな高度制御系がある事です。
高度の自動維持機能があるものと高度をスロットルで調整するものです。
F183DHは高度維持機能がありこれが Phantom 等の練習に使えます。
高度維持機能が付いていないトイドローンは操作の感覚がまるで違うので練習にならないと思います。

トイドローンで高度維持機能が付いているものはスロットルを離すとニュートラルの位置にばねで戻るようになっていて、フライトコントローラが高度を気圧計などで維持します。
高度維持機能が付いていない機種(H33等)はスロットルを離してもばねが付いておらずその場で止まっており、下がりっぱなし、または、上がりっぱなしになります。
この調整が難しくて高度を維持するには微妙なスロットルワークが必要になります。
F183DHやPhantomはこの操作は必要ありません。スロットルを離せば自動で制御されます。

F183DH 等の高度維持機能が付いたドローンになれると維持機能のないトイドローンはかなり飛ばすまでハードルが高いです(苦労してます)。
今まで回転させて前進が簡単にできたものが回転させるとスロットルが変化して高度が大幅に変化します。下がってあげてとヨーヨー状態になり地面に激突という感じです。

なので Phantom の練習には F183DH 等の高度維持機能が付いたものを使用する必要があると思います。

2017/7/9 追記
販売元から新バージョンが出ていて今までの不具合は修正されたとのことで機体を無償提供したいとの事で直ってるなら評価しますという事でニューバージョンが届きました。

a1.jpg
中身は整理されてる感じですが、カメラ部分が回路がかなり変わっているように見えたのですが、ほとんど変化が無いように見えます。軸受けもベアリングではありません。

a2.jpg
制御基板も見たところ変化がないです。
モーターも相変わらず"超力"ですし。

今までの不具合としては、
・外で飛ばすとどんどん上に上がっていき下がってこない。
・モーターが直ぐに壊れる。
の致命的な2点がありました。

とりあえず、アンテナを外に出して、ベアリングに交換、モーターを5分ほどアイドリングで空まわししてならして、ベアリングオイル、ギア部分にCMK-001を注油しました。今回は埃よけでギアの面は布テープでふさいでしまいました。

飛ばしてみると、なんかすごい安定しています。フライトコントローラーの調整が進んだのかもしれませんが、ものすごい安定感です。ほぼ静止も少しコントロールするだけで大丈夫です。
それに、上下移動がスムーズです。ピタッと高さがあって、変化しません。凄い安定度です。驚きです。回転も速いです。
 外で飛ばしてみたのですが、なんと上に上がっていきません(笑)。下におろすのもスティックの動きに素直に反応します。なんか、問題なく使えるどころか凄く安定しています。
 画像も静止状態ではスタビライザーが効いたような静止した画像で、コンニャクは太陽の下の明るい外で試さないとわかりません。

 4回ほど飛ばして、モーターはまだ大丈夫そうですが、これはもう少しテスト必要です。

 なんだか、凄くまともになっていました。なんだか、やっと完成したような感じもしますが、高い所、200g以下なので家の屋根の太陽電池の確認など色々と実用的に使えそうな予感がしてきました。
 夜の無風状態だったので、もう少し外で飛ばしてみたりモーターの耐久テストも継続してみようと思います。

2017/7/16 追記
F183DH(upgrade)の飛行回数が18回になりました。モーターはまだ大丈夫な状態です。
バッテリー切れを示すLEDの点滅が始まったらすぐに飛行をやめ次の飛行まで30分以上開けるようにしています。
飛行特性がかなり変わり急な旋回ができなくなっていました。安定感が物凄くあり、完全に空撮用のドローンになっていますが、カメラが相変わらずローリング歪みが出ました。
今のところ別物のように安定していてモーターも壊れず非常に良い機体に生まれ変わっています。
カメラのローリング歪みはカメラに防振マットを挟むとかなり抑えられました。ただ、なんでも良いわけではなく、厚めのジェルを挟むと帰って歪みが大きくなったので完全に消し去るのは難しそうです。
200g以下なので家からも上空に飛ばして気軽に空撮できます(周りは何だろうとは思うでしょうが、、、)前はこういうことは怖すぎて出来ませんでしたが、結構普通にできました。


制振後です。風がきつくて画像が安定しないですが、前まではこの風では飛ばせなかったので安定性抜群です。ノーコンになったりも全くしません。
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余った機体のセンサー部分の中身を見てみました。

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入っていたのは、InvenSense の MPU6052Cという3軸ジャイロ+3軸加速度センサー。
気圧センサーでした。

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裏には STM32F031K4 ARM ベースの MPU。
AZ1117D 可変レギュレーター。
が付いていました。
黒い箱の中のジャイロ加速度センサー+気圧センサーの値をMPUで解析してモーターに掛ける電圧を制御していると思いますが、PWMでの制御か、2値の電圧制御かもしれませんがいずれにせよデジタル制御になっていると思われます。
5V(or バッテリ直結)のPWMでの電圧がこの小さなモーターにかかるわけで最大電圧をかけ続けると火花が盛大に飛ぶことになりそうですが、upgrade では制御の方法を変えてモーターのブラシに優しい電圧のかけ方をプログラムできたのかもしれません。7VのPWMより5VのPWMを主にした方が火花は飛びにくいと思われます(回路を追いかけてないので3電圧値(7,5,0)での制御かわかりませんが)。それともただのあたりモーターだったのかもしれません。
いずれにせよモーターが大丈夫かもう少しテスト必要です。

2017/7/22 追記
28回飛ばしてモーターはまだ大丈夫です。
200g以下なので街中空撮に特化しているので飛行時間は1回5分行くか行かないかぐらいで1回飛ばしたら30分はモーターを休ませています。

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送信機を改造して外付けアンテナを付けました。

a2.jpg

こんな感じでアンテナ端子を埋め込んでいます。

大体50mぐらいは上げていますが画像、コントロールともまだ余裕があります。
このくらいでないと怖いです。
送信機はヘッドレスモードのビープ音がうるさいのでスピーカーを外しました。
飛ばし始めて7か月ぐらい経っているので操作がある程度できるので高い所で風が吹いてきても対応できるようになりました。
アップグレード後はかなり信頼性が上がっています。


山でのテスト

2017/7/30 追記
35回飛ばしてまだ大丈夫です。
モーターを追加で注文して届きました(ebay経由)が、モーターをまわした音が昔のものと違い異音がしなくなってます。が1つは異音がしてNG.これが原因かもしれませんが、信頼性が各段に上がっています。

上空の風がきついです。下はほぼ無風。


今日は花火大会でした。風がきつくてぶれないようには撮れません。Phantomは全く違います。
上空では地表より遮るものがなく下で無風でも上にあげると突然流されます。
ここでコントロールできないと軽いのであっという間に流されてパニックになるのですが、冷静にカウンターを当てる必要があります、前もって上空の風を予想してコントローラの速度指定をする必要がありますが、デフォルトの50%では殆ど流されてしまいます。80%ぐらいで50,60mぐらいのきつい風や突風でもなんとかコントロールできます。

2017/7/30 追記
36回の飛行でモーター1つに異音が発生しました。
残念ながらやはりモーターの信頼性がダメです、、、
飛行後は羽をゆっくりまわして引っかかりや、バリバリ音がモーターから鳴る(ブラシが壊れてます)か確かめるようにしないとダメです。
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