今回の記事では、ドローンとその仕組みについて紹介します。
この記事のポイント
- ドローンとその種類について
- ドローンに搭載されているセンサについて
- ドローンのアクチュエーターについて
ドローンについて
一般的には、ドローンとは無人航空機のことです。
つまり、人が機体に乗っていない無人の状態で空を飛ぶマシンのことです。
無人で操縦されるため、従来よりも小型化が可能になる事や、人が作業するには大変で危険な場所でも操作することが可能になります。
そのため、様々な場所での活躍が期待されています。
ちなみにドローンという名前の由来については、英語ではミツバチの雄と言う意味の「Drone」で、プロペラが動作する音がミツバチに羽音に似ていることから名前が付けられたという話があります。
ドローンの種類
ドローンには大きく2つの種類
- 固定翼機（Fixed-Wing）
- 回転翼機（Rotor-Craft）
があります。
固定翼機とは、その名の通り羽が固定されたタイプの機体のことです。
一般的な飛行機のような形をイメージして頂くと良いと思います。
また回転翼機とは、回転する翼を持つタイプの機体のことです。
この回転翼機には、ヘリコプターのような形が含まれています。
そして、一般的にドローンと聞いて多くの人がイメージする複数個のローター（回転翼、プロペラ）が搭載された機体もマルチコプターと呼ばれる回転翼機です。
マルチコプターには、搭載されるローターの数によって
- クアッドコプター（4つのローター）
- ヘキサコプター（6つのローター）
- オクトコプター（8つのローター）
- ．．．
のように名前が付けられています。
当然ですが、それぞれのドローンの種類によって、システムのダイナミックも異なります。
その結果、これらのドローンを制御するためには、それぞれ異なる制御方法が必要となります。
ドローンのセンサー
ドローンを制御するためには、現在のシステムの状態として位置や姿勢、速度や加速度などを得る必要があります。
一般的にドローンには、大きく4つのセンサが搭載されています。
超音波センサ
超音波センサ（Ultrasound Sensor）を用いることで、対象物との距離を測ることが出来ます。
ドローンには、この超音波センサが機体の下部から下向きに搭載されています。
これにより、ドローンの機体と地面との距離を測ることが出来ます。
その結果、ドローンの現在の高さを検知することが可能になります。
カメラ
カメラ（Camera）を用いることで、画像や動画を撮影することが出来ます。
ドローンの機体は、外部を撮影するためにカメラも搭載しています。
超音波センサと同様に、このカメラも下向きに地面を撮影できるように設置されています。
そして撮影した画像や映像から画像処理技術を用いることで、左右方向や水平方向の動きを検出したり、スピードを検出したりすることが可能になります。
圧力センサ
圧力センサ（Pressure Sensor）とは、気圧を計測することが可能なセンサーです。
通常、気圧は地表からの高さによって変化し、高くなるほど気圧は低くなります。
ドローンには、この圧力センサが高さ検知のため設置されています。
搭載された圧力センサにより気圧の変化を検知することで、ドローンの現在の高度を検出することが出来ます。
IMU（慣性計測装置）
IMU（Inertial Measurement Unit、慣性計測装置）を用いることで、加速度と角速度を検出することが出来ます。
IMUは、3軸（X軸、Y軸、Z軸）方向の加速度計と、3軸のジャイロを搭載しています。
このIMUをドローンに搭載することで、現在の機体の加速度や傾きを検出することが出来ます。
ドローンのセンサーについての詳細は、こちらの記事を参考にしてください。
ドローンのアクチュエーター
回転翼機にはアクチュエータとしてローターが設置されています。
例えばクアッドコプターには、その名の通り4つのモータが搭載されています。
これら4つのモータについて、回転する方向はすべて同じではなく、隣り合ったモータの回転方向が異なるように設計されています。
このように4つのモータをそれぞれ制御することで、推進力やロール、ピッチ、ヨー方向の傾きを独立して制御することが出来ます。
つまり、1つのモーションが他のモーションの影響を受けずに、制御することが出来るということです。
ドローンのアクチュエーターについての詳細は、こちらの記事を参考にしてください。
まとめ
今回の記事では、ドローンに関する基本知識として、ドローンの種類と搭載されているセンサーやアクチュエーターについて紹介しました。
次回からの記事では、今回紹介したセンサとアクチュエータについてのより詳しい情報と、ドローンを制御するためのフィードバックシステムについて紹介したいと思います。
ELEGOO Arduinoスターターキット
UNO R3スマートロボットカー
Raspberry Pi 3 Model b+
