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ドローンに搭載されてるセンサーの紹介

一般的なドローンには、4つのセンサーが搭載されています。

今回の記事では、これら4つのセンサーのついて紹介します。

この記事のポイント

  • ドローンに搭載されているセンサー
  • 各センサーの仕組みと役割

ドローンのセンサー

ドローンの制御システムのおけるセンサーの位置付けと搭載されているセンサーの種類を紹介します。

フィードバック制御におけるセンサー部

制御フィードバックのセンサー部(下図のSensorsブロック)により、ドローンの位置や姿勢の状態を観測します。

各種センサーにより観測した値と目標指令(Reference)の値を比較します。

そして、目標指令の値と観測した値の誤差を用いて、コントローラー部(Controlar/MMA)によりドローンの制御を行います。

搭載されているセンサー

一般的なドローンには

  • 超音波センサ
  • カメラ
  • 圧力センサ
  • IMU(慣性計測装置)

が搭載されています。

これら4つのセンサーについて、仕組みと役割の詳細を紹介していきます。

各種センサーの仕組みと役割

ドローンに搭載されている代表的な4つのセンサーについて、それぞれのセンサーの仕組みと役割を紹介します。

超音波センサ

超音波センサとは

超音波を対象物に向け発信し、その反射波を受信することにより、対象物の有無や対象物までの距離を検出するセンサ

です。

役割

超音波センサの役割は、ドローンの高度を検出できるという事です。

仕組み(原理)

超音波センサを用いて対象物との距離を測る仕組みは、超音波の発信から受信までに要した時間と音速との関係から距離を算出します。

加えて、送受信機を通過する物体によって生じる超音波の変化(減衰や遮断)を検出することで、対象物の有無を検出する手法もあります。

利点

超音波センサの利点は

  • 色の影響を受けない
  • 広範囲を検出できる
  • 非接触で検出できる

という点です。

カメラ

カメラとは

人間の目のような働きをするもので、3次元の世界から2次元画像を生成するもの

です。

役割

カメラの役割は、ドローンの水平方向の移動を検知する事です。

利点

カメラの利点は

  • コストが安い
  • 色を検出できる
  • 高解像度化しやすい
  • 非接触で検出できる

という点です。

圧力センサ

圧力センサとは

気体や液体の圧力を感圧素子で計測し、電気信号に変換し出力する機器

です。

役割

圧力センサの役割は、ドローンの高度を検知する事です。

仕組み(原理)

圧力センサには

  • 半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサ
  • 静電容量形圧力センサ

の2つがあります。

半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサは、ダイヤフラム(ステンレスダイヤフラム、シリコンダイヤフラムなど)の表面に半導体ひずみゲージを形成しています。

そして、外部からの力(圧力)によってダイヤフラムが変形して発生するピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化を電気信号に変換しています。

静電容量形圧力センサは、ガラスの固定極とシリコンの可動極を対向させてコンデンサを形成しています。

そして、外部からの力(圧力)によって可動極が変形して発生する静電容量の変化を電気信号に変換しています。

利点

半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサの利点は

  • 設置しやすい
  • 安価である
  • 軽量、低電力である

があります。

また、静電容量形圧力センサの利点は

  • ノイズの影響を受けにくい

という点があります。

IMU(慣性計測装置)

慣性計測装置(Inertial Measurement Unit、IMU)とは

運動を表す3軸の角度(または角速度)と3方向の加速度を検出する装置

です。

役割

IMUの役割は、移動速度や姿勢を検出する事です。

仕組み(原理)

3次元の角速度と加速度を検出するために、3軸のジャイロと3方向の加速度計が搭載されています。

利点

IMUの利点は

  • 小型、軽量、低コスト
  • 消費電力が少ない
  • 振動に強い
  • 低コスト

と言う点があります。

まとめ

今回の記事では、ドローンに搭載されている代表的な4つのセンサーのついて、各センサーの仕組みや役割について紹介しました。

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