【ドローン事業部】自社でドローン作れるのか⁉【part9】

お疲れ様です。

 

ドローン事業部です爆　　笑

 

12月に入りましたね～雪寒い季節はドローンのバッテリーにとって相性の悪い季節です。。。

 

上手く管理しながら業務頑張っていきましょー！！

 

では、はじまりはじまり～拍手拍手

 

 

目次

 

 

最大離陸重量測定試験

モーターフェールセーフ機能の実装

HAWK'S WORK F450 ドローンフレームの導入
テレメトリーモジュールESP32の追加

着陸機能の追加

距離計HC-SR04ソナーの導入

 

 

  最大離陸重量測定試験

 

ドローンのデザインにおいて最大離陸重量を把握しておくことは非常に重量ですね。

 

オリジナルのフレームを付けても飛行できません、では意味がない。

 

そのため、計算と実際に飛行試験を行いました。

 

今回使用しているモーターの効率を大体80％で見積もると

 

使用している機体の重量が約1.3㎏あるため約960g~1260gほど持ち上げられると考えます。

 

実際に試験してみましょう。っと、その前にのどが渇いたので自販機でお茶を買います。

 

 

 

ジャジャーン！ちょうどいい重りがありました。

 

重さも1.1㎏と試験値の中央あたりで非常に良いです。これが浮けば計算内の最大離陸重量を計測できます。

 

 

 

さて、プロペラを付けて試験開始です。

 

 

飛べ！飛べ！

 

 

 

飛んだー！！

 

ということで計算内に収まったため、最大積載量Max Pay load（本体1.3kg+積載1.1kg=2.4kg)はこれが上限とします。


実際にはかなりスロットルを効かせないと離陸しませんでした。

 

通常積載量は最大積載量からできるだけ少なくする必要がありますね。

 

バッテリーの減少具合から最大積載しつつ飛行した場合の飛行時間は2分程になると想定されます。

 

  モーターフェールセーフ機能の実装

 

モーターフェールセーフとは緊急用のフェールセーフの一つで、いざという時

 

モーターの回転を停止させることができる機能を指します。

 

早速、Pixhawkに設定し動作可能か試験しました。

 

試験内容は以下の通り。

 

地上試験

①アーミングしてから飛行前までモーター回転数を上昇。

②緊急性を想定しモーターフェールセーフON、

③プロペラの回転停止を確認。

 

飛行試験

①アーミングしてから離陸。

②緊急性を想定しモーターフェールセーフON、

③プロペラの回転停止を確認（機体は墜落するため万が一の被害の軽減に努める）。

 

結果、どちらの試験も無事にモーターは停止しました。したけれど…

 

Xフレームのメインアームに亀裂が入ってしまいフレームが使用できなくなりましたガーン

 

 

早急に新しくフレームを作る必要になったので、アマゾンでフレームをポチることにしました。

 

 

 

  HAWK'S WORK F450 ドローンフレームの導入

 

アマゾンにいい感じのフレームがありました。

 

フェールセーフでの検証はこちらに引き継ぎます。

 

外観

 

体格寸法とスキッドを装着した全体像

 

グラスファイバー製ボードに内蔵PCB

 

 

今回の形状の特徴は２点です。

 

①これまで分電盤から内蔵PCBとなることで電圧や配線の安定性が高まる

 

②半面、形状の大きさがネックとなる

 

  テレメトリーモジュールESP32の追加

 

ようやく届きました。テレメトリーモジュール！

 

機体情報をPCないし、Missionplannerを搭載したスマホにWiFi経由で伝送してくれるモジュールです。

 

これでPixhawkに挿入しているSDカードからログの抽出する手間が少し減ります。

 

 

 

  着陸機能の追加

 

飛行時にボタン1つで着陸するLand機能を実装しました。

 

これで無駄な飛行を削減できるとともに、安全性も高まります。

 

例えばDJIなどのLand機能だと、距離センサーなどから地面の距離を測定し

 

安定して着陸することができます。

 

  距離計HC-SR04ソナーの導入

 

安定したホバリングや着陸を目指すため、距離センサーを導入しました。

配線について

まず、6コネクターピンを電源部分だけ配線する。

余ったTriとECOはAUXピンの6番と5番の下側に接続します。

設定について

１．測位範囲

・RNGFND1_MAX_CM = 「200」 (つまり、最大範囲 2m)
・RNGFND1_MIN_CM = 「20」 (つまり、最小範囲 20cm)

 

２．ピンの設定
・RNGFND1_STOP_PIN = HC-SRO4「トリガー」ピンに接続されているピンの GPIO 番号55を入力します。
・RNGFND1_PIN = HC-SRO4「エコー」ピンに接続されているピンの GPIO 番号54を入力します。

 

３．Rangefinder（距離計器の選択）
・RNGFND1_TYPE = “30” (HC-SR04ソナー)

 

４．計測する向きの設定
・RNGFND1_ORIENT = 高度制御に使用する場合は「25」(下向き)。
 

確認方法

Missionplannerを立ち上げ、フライトデータのステータスから確認できます。

 

 

今回は以上です。

 

ドローンに必要な部品はまだまだありますが、完成に向け形状検討をしつつ

 

プログラムや試験を重ねていきます。

 

ではでは～かに座かに座かに座

 

 

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１２月は下記の日程でオープンカンパニーの予約を受付中ですビックリマーク

 

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12/23 (土)13：00～16：00

12/25 (月)13：00～16：00

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みなさんからのご予約をお待ちしていますおねがい

【ドローン事業部】自社でドローン作れるのか⁉【part8】

お疲れ様です。

 

ドローン事業部ですグラサン

 

今週も様々なことに挑戦しています。

 

では、はじまりはじまり～タコ

 

目次

 

 

Newバッテリーの導入！

飛行時間の壁

電圧不安定原因

飛行限界時間

気づき

高度安定化AltHold試験

デザインの始まり

 

  Newバッテリーの導入！

 

 

 

問題はバッテリーにあると考えたので、バッテリーをより上位のモデルに変更しました。
 
セルも1つ増え、4セルのドローンです。セルってのは分かりやすく言うと
 
バッテリーの中にある部屋みたいなものです。
 
この部屋の数がバッテリー電圧に関係します。3.7×セル数がバッテリー電圧です。
 

産業用ドローンともなると、ドローンの場合6セルが主流です。農業用になってくるとさらに増えます。

 

  飛行時間の壁

 

さて、３セルでは1分少々しか飛行できていなかったので交換して飛行試験をしてみます。

 

バッテリーを変えることは、試作機Pixhawkが制御する電圧が異なることから

 

Pixhawk内の初期設定を書き換える必要があります。

 

それらを実行して、飛行試験開始です。

 

結論、飛行時間が２分になりました。あれれ？おいおいおい笑い泣き

 

 

  電圧不安定原因の特定

 

飛行ログを見ると、急に電圧が下がっているのがわかりました。

 

 

試作機を観察してみよう。むむ！不良個所発見！

 

 

分電盤とバッテリーモジュールをつなぐはんだ部分が取れかけていたため、

 

飛行時の振動で不安定になっていることがわかりました。

 

コネクターがぐらつかないように補強して対応しました。

 

  飛行限界時間

 

電圧不安定が収まり、再飛行です。すると飛行時間が3分まで増加しました。それでも短い。

 

バッテリー電圧低下のグラフを眺めながら、もっと飛行させるために何が必要なのか考えてみました。

 

今あるものでどこまでできるのか。それは安全のために実施していたバッテリーフェールセーフの

 

発動時間をできるだけ遅くすることです。

 

飛行ログより試作機の推定消費電圧　0.00518519≒0.0052v/sということが分かりました。

 

つまり100ｓで0.52V消費します。バッテリーフル充電で15.5V、限界設定が14Vなら

 

推定消費電圧で飛行した場合、約300秒(5分)で限界値に到達します。

 

これが恐らく試作機の飛行限界時間です。

 

飛行限界時間300秒に到達するためにはバッテリーフェールセーフの発動時間を100sにすれば、と

 

考えました。これまでは10sだったフェールセーフを十倍にして飛行時間を稼ぐことにしました。

 

結果、飛行時間が5分に到達しました。しかし懸念材料ではあるため、今後の「要対策項目」に追加します。

 

 

  気づき

 

これまでは飛行時間が短いため、試験を実施しても機体がどれだけ安定できているのか非常にわかりにくかったのですが

 

飛行時間が５分まで長くなったおかけで機体のホバリング機能を設定する必要性に気が付きました。

 

試作機にはホバリング機能（一定の高さで保持してくれること）が実装されていないのです。

 

ホバリング機能が無いドローンは常に舵をとりながら同じ高さを調整するため大変です。

 

Pixhawkは高度維持機能を学びながらホバリング機能を設定していくことが可能です。

 

余談ですが、ドローンを購入するときは、高度維持機能搭載！とか安定のホバリング機能！とか

 

様々な表示がありますよね。あれは自動制御の設定が非常に丁寧に設定されているからです。

 

企業側の努力ですね拍手

 

  高度安定化AltHold試験

 

高度を維持するということは自動制御が働いているということです。

 

高度を維持するための高度安定化機能（AltHold）をPixhawkに以下の手順で学習させる必要があります。

 

①工場内を高さ５ｍまで飛行させ、安定したホバリングをしながらデータ収集を行います。

②データから変数を作成し試作機の安定化を図る必要があります。

 

幸いにも工場内は屋上まで６ｍくらいあるのでなんとか実行できそうです。

 

まずはロープを用意します。

 

１ｍ間隔に印をつけて、今何ｍ飛行しているのか視覚的にわかるようにします。

 

 

ドローンが飛行し白い5mが浮いたら目標高度に到達です。そこで30秒ほどホバリングし、その後飛行モードをスタビライズからAltHoldに切り替えます。

 

試験の様子

 

 

少し飛行が安定してきました。

 

この試験は形状や重量変更の影響を受けるので継続して実施し、より安定化に取り組んでいきます。

 

 

  デザインの始まり

 

さて、試作ドローンが目標としていた5分の飛行時間を突破したことで

 

試作ドローンは新しい段階に入ることになります。それはオリジナルデザインです。

 

事業部内ではデザイン検討の最初の段階の議論が進み始めました。

 

どんなドローンになるのか楽しみですね。

 

 

 

今回はここまでです。

 

ではでは～ハロウィン