スイッチングBECの製作

最近ラジコン/ドローンの投稿が多くなっていますがまたまたラジコン/ドローンネタです。

息子が通販で激安のESCを見つけてきました。スチレンペーパーの飛行機を作ったりするので多めに買ってストックしておくと便利です。

※ラジコン用語で ESCとはElectricSpeedControllerの略で要するにブラシレスモーターのドライバーです。ラジコン受信機やドローンのフライトコントローラーからの信号に合わせてモーターの出力を制御します。

見ると税別880円で20AのESCが4個入っています。但しBECが内蔵されていません。

※ ラジコン用語でBECとはBatteryEliminateCircuitの略で要はレギュレータです。独特な用語に思えますがプロペラを回すためのバッテリー電圧(7.4Vや11.1V)から受信機やサーボを動かす為の5V電圧を作り出す事で5Vのバッテリーを載せなくて済むという意味からバッテリー除外(eliminate)という事らしいです。

1個あたり220円。消費税と送料を入れても安いじゃないですか。BECだけ別に準備すれば安くESCが手に入るので早速購入しました。

4個入りを私が2セット、息子が3セットで、合計20個のESCを購入!
さすがにこんなに使うか?

そしてBECをどうするかですが、Aliexpressで見ると降圧DCDCコンバーターが80円くらいで売られているのでこれを買うのが簡単です。しかし最近はコロナウィルスの影響かAliexpressで買っても中々発送されないんですよね。という事で作ってみようかと思った次第です。

どんなのを作るか考えるに、負荷の電流が少なければ単純に3端子レギュレータ(シリーズレギュレータ)でも良いですが、飛行機に載せるとサーボを動かすのでそれなりに電流を流したいです。また発熱が多くて放熱板を取付けたりすると重くなってしまいます。となるとスイッチングレギュレータですよね。

部品箱には300円で大量に入っていたスイッチングレギュレータIC、LM2576があります。当初これを使おうかと考えたのですが結構古いのでスイッチング周波数が52KHzと低いんですよね。するとインダクターが100μHくらいのを付ける必要があり、コンデンサもそれなりに大きいのを使う必要があります。

そこで先日フライトコントローラーを修理した時に買ったMP2359のデーターシートを見ると、こちらはスイッチング1.5MHzで動作するとの事。これだとインダクターは4.7μH程度、またコンデンサーも小さくて済みます。

10個入り140円。2個使ったのであと8個残っている。

という事でMP2359を使ってみる事にしました。
いつもの様にKicadで回路図を書きます・・・

ほぼデーターシート記載のリファレンス回路図通りですがインダクタは部品箱にあった10μH(電流2.3A)の品に、その他もあり合わせの部品に合わせています。 MP2359はFB端子が0.81Vを保つ様に制御されるので6.8Kと1.2Kの抵抗分割だと計算上5.4Vの出力で若干高め狙いです。実際には抵抗の精度が5%なので動作後に実測する事にします。

Kicadでパターンを書き、久々にCNCで基板を削りました。

上がMP2359
下が切削後の基板

MP2359を搭載する部分は細かいのでショートさせてしまいそうです。そこで危なそうな部分にサンハヤトのレジスト補修材を塗って保護しました。

このレジスト補修材、何故か近所のホームセンターHANDSMANで売ってるんですよ。
1年に何個売れるんでしょう?

そして部品を載せました。基板の上の方にある大きな抵抗みたいなのが10μHのインダクタです。入口の10μFは回路図では電界コンでしたが部品箱に積層セラミックがあったのでそっちにしました。

もっと小型化できるなー。

裏側に表面実装部品を載せています。MP2359の取り付けに失敗してリードを折り、1個無駄にしましたが何とか完成。

こっち側に表面実装部品のMP2359とショットキーダイオードが載っています。

電源を入れるとほぼ思った電圧が出ているのでサーボ(4グラムタイプ)を動かしてみます。動画で・・・

動作は問題なさそうですが抵抗やコンデンサをチップ型にしてもう少し小型化したいところです。また幾つも作るなら基板も発注したくなりますが・・・しかしお金をかけるなら結局は上記の80円のDCDCコンバータを買う方が安いかもしれません。

まあこれでESC大量&BECの目途が付きましたが、どんな機体をつくりましょう?

Jumper T8SG V2 Plus ~その2~

前回紹介したJumper T8SG v2Plus、正常動作が確認できたので予定通りMODE2→MODE1に改造します。

その前にこのMODE1や2ってなんなのさ?という事を簡単に説明しておきます(このブログはラジコンやドローンよりもどちらかというと工作寄りなので)。
ラジコンの送信機で空モノを操縦するとき、基本の4つの軸(スロットル、ラダー、エルロン、エレベーター)を 2本のスティックで 操作します。2本のスティックそれぞれを縦と横に操作するので4つの軸を操作できるわけです。この時どのスティックにどの軸を割り当てるかで色々なMODEがあります。MODEには1から4までありますが大抵はMODE1かMODE2が使われています。日本では歴史的にMODE1が使われてきましたが海外ではMODE2が多いそうです(なぜなんでしょうね?)。

私も昔からMODE1を使ってきました。 どっちのモードが操縦し易いのかというと色々意見があるでしょうが、何にせよ最初に使い始めたモードに慣れると簡単に変更する事はできません(といいつつも息子は飛行機を飛ばしていた頃はMODE1でしたがマルチコプターを飛ばす様になってからMODE2に変更してしまいました)。

話は戻りますが今回購入したT8SGは前回書いた様にショップの在庫の関係でMODE2なので改造が必要なのです。大抵の送信機はジンバルの構造が似通っているので問題なく改造できると思います。

なおMODE1とMODE2の違いは2本のスティックの縦方向への割り当てが、MODE1だと右手がスロットル、左手がエレベーターですがMODE2だと逆になります。通常エレベーターはスティックから手を離すとバネで中立に戻りますがスロットルは手を放してもそのままの位置を保持します(そのため適度な摩擦感を持たせてある)。なので改造の主な内容は左右のバネ感と摩擦感を出すパーツの入れ替え作業となります。

では蓋を開けてみます。
本体裏側のネジを6本外して本体の肩の部分にあるスイッチを止めているプラスチックをこじ開けると裏蓋が外れます。
裏側から見ているので写真右側のスティックが左スティックで、このスティックの縦方向の操作がスロットルに割り当てられています。

中身

スロットルは摩擦感が必要なので金具で押さえつけてあります。

金具を取り外しました。

そして右ジンバルには中立に戻す為のバネがあります。バネ上側を取り付けてあるプラスチックパーツはバネの力だけで保持されているので引っ張り上げれば本体から外せます。

バネを保持していたプラパーツ
そしてカムを押さえつける為のレバーとバネ。
このレバーがスティック側のカムを押さえつける事で中立に戻るのです。

右スティックから外したバネとプラスチックパーツを左スティックに取付けます。

そして左スティックから外した押さえ金具を右スティックに取付けます。

ネジの締め具合で抑え圧を調整できる様です。

あとは元通りに裏蓋を取付けて電源を入れ、メニューからMODE1設定に変更すれば完了です。

これで暫く快適にシミュレーター(VelociDrone)をしていたのですが、突然右スティックを左右に動かしたときにキコキコという軋み音が出る様になったので、もう一度裏蓋をあけて右ジンバルを外してみました。


隙間が狭く当たりそうな箇所に細く切った紙を挟んで見ましたが接触している箇所はなく、やはりカムとレバーが擦れる部分で摩擦音が出ている様です。そこで 細いエナメル線にグリスを少しつけ、薄く塗ってみたら軋み音は消えました。

先日モーターのコイルを巻き直したエナメル線の切れっ端でグリスを塗った。


外したついでにジンバルを眺めまわします。この機種はホールジンバル採用というのがウリとなっていて、可変抵抗ではなく非接触のセンサーなのですり減る心配がないそうです。
恐らくこのコンデンサーマイクかと思う小さな部品と横の基板がホール素子を利用した角度センサーの様です。

これどういう仕組みなのでしょう?
ロボットなどではレゾルバという角度センサーがあります。こちらは直交コイルで回転磁界を作っておき、その中に可動するコイルを入れておくとコイルの角度によって誘導電圧の位相が変るので、位相のずれ角からコイルの角度を検出します。
実物のホールジンバルを見るまではレゾルバに似た仕組みかと想像していましたが、このサイズで実現できそうな気がしません(いや最近の中国の技術なら実現できるのか?)。
コンデンサーマイクっぽいのが磁石なのかな?

なにはともあれ軋み音は消えたのでフタを閉めました。
何となく3台並べて撮影。

左から息子のT10J、私のT6EX、そして今回のT8SGv2Plus

Jumper T8SG V2 Plus購入

今まで飛行機やマルチコプターを操作するのにフタバ T6EXという古い6チャンネルの送信機を使っていました。 6チャンネルしかないと先日書いた様に色々と苦労があるのに加えFASSTというプロトコルなのでこれに対応した受信機があまり売られていないという問題もあります。

今まで使っていたT6EX

という事で技適認証になって国内でも使えると話題のJumperの送信機、T8SG V2 Plusを購入する事にしました。マルチプロトコルなのでフタバのS-FHSSを含めDSMやFrskyなど色々な受信機と接続できるらしいです。さすがにFASSTは対象外ですが。
発注はBanggoodには長いあいだ品切れだったのでAliexpressのショップの中から技適マークありと明記してあるところに昨年11月11日のセール中に¥10,894で注文。しかし暫くしてショップから「発送したけど戻ってきた」という連絡があり、その後何度かやり取りしたけど「送れないから返金にしてくれ」の一点張りです。せっかく11.11のセールなので食い下がったのですが結局時間がもったいなくなり諦めて返金してもらいました。そしてAliexpress内の別のショップを探すと技適を明記していないけど写真には写っていたショップがあったので、ここに¥11,040(少し高くなった)で再注文。しかしこちらも暫くすると「MODE1が無いから返金するか MODE2に変更してくれ」と言ってきました。私はMODE1の人なのですがまあ改造も難しくはないだろうという事でMODE2タイプでOKにしました。

・・・という紆余曲折があり年も明けたところで到着です。

スティックの先が外れていて一瞬焦りましたが箱の中にありました。
本体と付属品一式。

電池BOXは一見すると単三用にみえますが18650サイズのリチウムイオン用です。ですが、バッテリートレイには3pinのXHコネクタが付いていて、2セルリポのバランスコネクタから電源を供給できるので実際はリポを使う方が便利です。なお電源電圧は4.5V~18Vで範囲が広くて何かと安心です。

バッテリートレイは結構広いので大き目のリポも入りそう。

ネットで他の方の画像を見るとキャリングケースや乾電池用の電池BOXが付いていたりしますが、これには付いていませんでした。送られてきた箱のサイズからしてキャリングケースは入らなさそうなので入れ忘れという訳ではなさそうです。

そして気になる技適マーク・・・

すぐに消えてしまいそうな印刷ですが、ちゃんとついています。

では早速息子のS-FHSS受信機との接続を試みます・・・が、バインドできません。
後で自分のやり方が間違っていた事がわかるのですが、当初はS-FHSS受信機3機種でバインドできず焦っておりました。
試しにと、これまた息子のトイドローンSymaX5Cとの接続を試みると正常にバインドできます。またFlyskyの受信機とも接続ができましたがS-FHSSはどれとも接続ができない状態に暫く悩まされました。

以下はおバカな私がおバカな事をやった記録なので読んでも面白くないと思いますが後々の為に書き記しておきます。
S-FHSSの受信機とつながらないのでダメ元ですがファームを上げてみる事にしました。
でもその前に現状のバックアップを取る事にします。この送信機はConfirmボタンを押しながら電源を入れるとPCからUSBメモリに見える様に接続できるので、この方法で中身をPCにコピーしておきます。しかし中に入っていたのはdeviation-t8sg_v2_plus-v5.0.0-e801244.dfuというファイルですが送信機立ち上げ時のメッセージはt8sg_v2-v5.0.0-abc5dcfと違う内容が表示されています。バージョン名も違うし’plus’の有無も違います。どこかのサイトでこの機種T8SG V2 Plusには’plus’の名前がつかないファームを入れろと書いてあったので t8sg_v2-v5.0.0-abc5dcf の方が正しい気がします。
これは謎ですがとりあえずは deviationのサイトから書き込みツールDeviationUploadとファーム最新版の’plus’有りと無しの両方を取ってきました。
そしてDeviationUploadを立上げ、まずは機種名通り’plus’ありのファームを書いてみます。書き込みは無事に完了メッセージまで進みましたが再起動すると画面が真っ黒になってしまいました。まあこれは先の情報から考えて想定内という事で、今度は’plus’なしのファームを書いて再起動します。すると一見正常に立ち上がるのですが飛行機やドローンのアイコンが表示されない上にモデル設定を変更しても保存されないという状態に陥りました。
そこで再びUSBメモリとして接続するとモデルやアイコンが入るべきフォルダが空っぽになっています。よく分かりませんが無いのなら先のバックアップから戻そうとしたら・・・何とPCにバックアップした筈のフォルダからもモデルやアイコンのファイルが消えていました(この原因は未だにわかっていません)。
今落ち着いて考えるとこの時点では、ダウンロードしてきた最新ファームのzipを解凍すればモデルやアイコンのフォルダが現れるので、これらをUSBメモリ(として接続した送信機)に放り込めばよかったのだと思います。
しかしこの時はDeviationUploadツール内の’Full Install’を実行してみました。こちらも一見正常に終了したのですが今度は全く立ち上がらず、その内にUSBメモリとして接続しようにもWindowsから「このデバイスはフォーマットを行う必要がある」という様なメッセージが出て接続されない状態になってしまいました。
もうこうなると何もできません。「終わらせてしまったかもしれない」という不安。唯一の残された手段はメッセージの通りフォーマットを行う事ですがかなり不安です。
恐る恐るフォーマットを実行すると、まずはUSBメモリとして接続できる様になりました。そしてそのメモリー(に見える送信機)にファーム(‘plus’無しの方)のzipを解凍して出てきた一式を放り込みます。
この状態だとまだ電源再投入しても立ち上がらなかったので再びDeviationUploadツールからファームをインストール(Full Installではないファームのみのインストール)をすると正常に立ち上がる様になりました。

結構危ない状態で焦りましたが何とかファームの最新化が完了しました。しかしS-FHSSがバインドできない状態は変わらず・・・。
ですが、結局バインドできないのは私がやり方を間違っていたのが原因でした。バインドする際、本来は「送信機がONの状態で受信機のバインドボタンを押しながら電源を入れる」というのが正解ですが私は受信機の電源を入れてからバインドボタンを長押ししていました。言い訳ですがT6EXにつないでいる受信機は大体この方式なんですよね。またバインドボタン長押しするとそれっぽくLEDが点滅するのでだまされたというのもあります。

何はともあれ正しい方法でやるとバインドできる様になりました。
こうなるとすごくイイです。息子の機体とバインドできますし、今後はDSMとかFlyskyの安い受信器を使う事も出来ます。またTinyドローン等はフライトコントローラーに受信機が内蔵されている場合が多く、これらのプロトコルは大抵
フタバ系ではなくFlyskyやFrskyだったりするので将来的にはこれらとも接続ができそうです。

という事で、まだ実物を飛ばしていませんがHOI-LINK経由でVelociDroneに接続してシミュレーションしています。

どどーんはじめました。~その10~ モーター修理

先日、使わずに持ち帰ったバッテリーがあったのでモーターを回して放電させていたら急にガクガクして回らなくなりました。モーターをあけてみたら中でコイルが切れています。
こりゃマズいです。飛べなくなります。 なんとか治したい!
このモーターは直径0.3mmのエナメル線が巻かれていますが手元にはありません。

いかにも安っぽいモーター

これとは別に息子がリードを根本で切って使えなくなったモーターEmax RS1306があります。
空中でモーターが外れ、リードが全部ちぎれて放置されていました。
どうせ巻き直すならこっちの高級そうなモーターにしようと思います。
同じ様にちぎれたのが2個と正常なのが2個あるのでこれを直して自分が使おうという魂胆です。

ちょっと高級そうなモーター。
でもリードが一本も生えていません。
鉄芯。
0.2mmのエナメル線を3本束で巻かれていますが、奥の方で切れて2本しか外に出ていなかったりします。

Emax1306モーターの元々の巻き線は次の図の様になっていました。
直径0.2mmのエナメル線×3本をそれぞれ9回(実質的には8回半に近い)ずつ巻き、それを3スロット分巻いて反対側で全て束ねた、スター結線とかY結線とかいうやつです。

図では一本の線として書いてあるのが実際には3本束ねてあります。
(3本×A,B,Cで全体では9本)

これを巻き直そうというのですが、0.2mmのエナメル線も手元にありません。0.2mmの3本束だと断面積的には0.35mmとほぼ同じなので手元にあった0.35mmを巻いてみましたが、線が一杯になってあふれ出す感じになり規定の回数巻けないのです。
やっぱり細い線を束ねた方がギリギリのところまで巻けるのかもしれません。

という事でAliexpressにて0.2mmのPEW線×100mを購入(実はちょっと前にポチッていたのが最近届いた)。

赤色がちょっとカッコイイ。

しかし0.2mm線でも結構ギリギリです。試行錯誤した結果3本を同時には巻かず、1本ずつ巻く方が何とかなる(というかゴマカシが効く)という結論に達しました。
なお元々の巻き線を解きながら見たところでは3本同時巻きになっているので上達すれば同時巻きが出来るのだと思います。(しかし上達する前にエナメル線のゴミがどんどん出来るので今回は1本ずつ巻きます。手間は3倍かかりますが)。

エナメル線の端っこは折り返して真ん中の穴に通しておくと巻いている途中に邪魔になり難いです。

やっと1本分(3本の束)巻けたところ。
何とか全部巻けました。

折り返していたエナメル線を引き出すのにハンダ作業用工具が重宝します。

折り返していた線を引っ張り出します。

同じ様に2個修理したので正常な2個と合わせて4個揃いました。
そして機体に積んでテスト飛行。
飛んでいる最中は修理したモーターだという事を忘れていたくらい問題なく飛びます。


しかしなんかですね。息子のおさがりパーツばっかり使っていますね。
息子は「大人なんだから買えよ」と言いますが直せば使えるんだからもったいないじゃないですか。

モーターを直せると色々と安心ですが、結構疲れました。

どどーんはじめました。~その9~ 初レース

鹿児島県出水市で開催されたU199ドローンレースに参加してきました。
息子に触発され、今回は私も初参加です。

コース図は一週間前に公表されました。8の字や二連ゲートがあり自分に飛べるか不安です。
そこでVelociDrone(シミュレータです)内にコースを作って練習しましたが・・・コースを作る事に慣れておらず、コースづくりの方に時間が掛かってしまった。。。

午前のコース。午後は若干変更になりました。

まあそんなこんなで会場に到着。昨年息子が参加した時と同じ会場です。

出水市陸上競技場
コース
運営席/操縦席

午前は練習、午後はレースとなっています。
なお参加者は8人の予定でしたが当日都合がつかなくなった方がおられ5人でのレースとなりました。

午前中は風も弱く、遅いながらも周回できていましたが、午後から風が強くなってゲートをくぐるのが難しくなり、墜落しては再離陸の繰り返しです。またコースが広すぎるという事で午後は少しパイロンの間隔が縮められ、初心者には余計に厳しくなりました。

それでも最後の方は何とか落ちずに周回できる様になってきましたが、他の方々のタイムの倍以上の時間で回っています。

で、結果ですが予想通り私は5人中5位です。息子は結構頑張って2位になっていました。→レースリザルトのページ

途中でヘリデウス様ご提供のトイドローンを賭けたゲーム(手裏剣に見立てたプロペラを箱に投げ入れて入った数を競う)がありましたがこれも結構難しくてトイドローンはゲットできず。。。

でも参加賞としてエアクラフト様ご提供の送信機グローブ を頂きました。
寒い時に送信機を入れ、左右から手を突っ込んで操作できます。

これで厳寒期も練習だ・・・。

成績はボロボロでしたが昨年は見ているだけだったレースに今年は参加でき、楽しい一日を過ごさせていただきました。200グラム以下のレースが近くで開催されることは少なく貴重であり、次回も是非実施して頂けると嬉しいです。
だがその前に腕を磨かねば。。。

どどーんはじめました。~その8~ 6chプロポの憂鬱

私が使用している送信機はフタバT6EXで、2.4GHzではありますがFASST方式のちょっと古い物です。

FASSTだとマルチコプター向きの小型で安い受信機があまりなく、AliexpressやBanggoodで探すととこのあたりぐらいです。

ケースから出して熱収縮をかぶせています

そして6chというチャンネル数ですが、飛行機とかを飛ばしているときは不足を感じませんがマルチコプターでレースをやると色々と不足してきます。

まず6chの内、1~4chはスティックに割り当てるので残りは2chとなります。

しかしドローンレースで欲しい機能を列挙するとこんな感じ・・・

  1. ARMING切替(モーター回して飛ばせる状態か又は待機状態かの切替)
  2. 機体発見ブザー
  3. 飛行モードの切替(レースの時はACROモードだけど 初心者なので安定重視のANGLEモードも使える状態にしておきたい 。)
  4. 機体反転モード(墜落してひっくり返った時に起こすためのモード)
  5. 電波遮断後何秒か以内にモーターが停止する事。

1.のARMING切替は必須でこれしないと飛べません。
2の機体発見ブザーも私には必須です(今年の夏、山に飛び込んだ機体を探し回りブザーの音で発見する事が出来ました)。
3.のモード切替は上手になれば常にACROモードだけも良いのかもしれませんが当面はANGLEモードも使える様にしときたいと思います。
4.の機体反転モード(カメモードとも言うそうです)はレース本番以外は無くても何とかなるかな?本番までに腕を磨きANGLEは無くしてカメモードにしようと思います。

最後の5はチャンネル数と直接関係ないのですが、これが義務付けられているレースもあったりするし安全の為なので設定しておきたいところです。ところが私が使っている受信機は電波が途切れた事をFCに伝えてくれない様です。
こちらのSBUSプロトコルの説明によると「FAILSAFEが入ると24バイト目の下から4bit目が立つ」となっていますが波形を見る限りこの受信機では変化がありません。因みに息子が使っているFHSSの受信機では電波が途切れるとSBUS出力自体が止まってしまうので、これが正しいかどうかは分かりませんがFCには伝わりそうです。
ただし私の受信機にもFailSafe機能というのがあり、 この機能をONにしておくと電波が途絶えた際あらかじめ送信機側で設定した スロットル値になるという動作をします。という事はこの機能でARMINGチャンネルをOFFにしたら良いかと思いましたが、私の送信機の制約なのかFailSafeにはスロットルチャンネルしか設定できません。またスティックを最小にしてもモーターが止まる所までスロットルを下げる事ができなかったので、苦し紛れですが次の方法で設定しました。

  • FailSafe機能をONにする。
  • 送信機側でFailSafe時のスロットル値を設定する。この時デジタルトリムを最小値にした状態でスロットルスティックも最小にして記録する(その後トリムは元に戻す)
  • フライトコントローラーの設定(BataFlightConfigurator使用)の基本画面で「 MOTOR_STOP アーム後にモーターを回転させない 」をONにする。

FailSafe設定の際トリムも含めて最小の値にするところがミソです。トリムが通常値だとスティックを最小にしてもモーターが完全に停止しませんでした。最後のMOTOR_STOPをONにするのは安全上良くないですが他に方法が見当たりません。

・・・で、話が横道にそれましたが6チャンネルプロポの空き2チャンネルをどう割り当てるかという話です。
まずARMINGは当面スティックワークでやる事にします(ARMINGはどのチャンネルにも割り当てなければスティックで操作できます。このときスロットル=最小、ラダー=最右にする事でARMING、ラダー=最左にするとDISARMとなります)。
あとは機体発見ブザーに1チャンネル、モード切替に1チャンネルを割り当てる事にします。機体反転モードの割り当てが無いですが、レース本番ではANGLEモードは不要なのでACROモードに固定する事で切替をなくし、そこで空いたチャンネルを機体反転に割り当てようと思います。

・・・と、この状態で暫く練習し・・・

そろそろカメモードを試そうとして機体反転モードにしたらブザーを鳴らせる事を知りました。そうすると機体発見ブザー代りに使えそうな気がします。すると今までブザーに割り当てていたチャンネルが空くのでこれにARMINGを割り当てる事が出来そうです。試してみたところこれで何とかなりそうなので11月の初レースはこれで行ってみます。

どどーんはじめました。~その7~いろいろ修理

前回書いた通り11月に鹿児島県出水市で開催されるレースに出る為、日々練習をしております。
しかし実機を飛ばすと(または飛ばさなくても)色々な箇所を壊し、そして修理を繰り返しており、その記録です。

フライトコントローラー その1

フライトコントローラーOMNIBUSF4 V3を修理した話を先日書きました。
このFCは息子が逆電圧を印加してレギュレータICが壊れたので交換した物で、その他は一見問題なさそうなので暫くは木のフレームに積んで飛ばしていました。ところがある時から飛行中に訳もなく墜落したり、電源を入れても何も操作が出来なかったり、その内BetaFlightConfiguratorとも接続できなくなってしまいました。結局はファームを書き直したら復活したのですが、逆電圧のせいでフラッシュメモリが消えた(又は書いていないbitが書き込み状態になった?)のでしょうかね?
そもそも 逆電圧で壊れない方が不思議な気もしますが。
とりあえず様子見中です。

フライトコントローラーその2

同じ様に修理したフライトコントローラー(以下FC)がもう一つあります。
「Mini F3 Flytower」という名称でAliexpressから購入した物。購入時はESCとセットでしたがESCは燃えてしまって交換しています。
ところが元々のESCはBEC回路(5Vレギュレータ)を内蔵していたのに、交換後のESCはBECを搭載しておらず、FCの5V入力端子にバッテリー電圧(11.1Vや14.8V)が直接加わっていました。これで息子が飛ばしていたのですが、今回私がレースに出る為に借りたら上記の接続が発覚しました。とりあえず飛べはするのですがいつ壊れても不思議はありません。また5V端子に(高電圧の)電源が入っていますが本来バッテリ電圧を与えるはずの端子はオープンのままなのでOSD表示にバッテリー電圧が出ないという問題もあります。もちろん電圧低下アラームも出ないので非常に不安です。
そこで正しい接続(VBAT端子にバッテリーを接続)してみると・・・案の定レギュレータが壊れていてFC内の5V電源が出ていませんでした。
レギュレータの型番をみると先日修理したOMNIBUSF4V3と同じ型番のICを使用しています(FCでは標準的なICなんですかね?)。先日買ったICがまだ残っているので交換すると、ちゃんと5Vが出る様になりました。・・・という事でこのFCでレースに出場予定です(大丈夫か?)。

真ん中付近に写っている1F8のマーキングがあるのが交換したレギュレータIC。

木のフレーム

予備機として使用予定の木のフレームは相変わらずポキポキと折れていきます。しかし木のフレームの良いところはエポキシで修理できる点です。また原価が安いので沢山レーザーカットしておきどんどん交換していけます。 強度アップの工夫も色々としており今のところ4代目となりました。
が、やっぱり木製フレームでレースするのは無謀なのかも。

色々強度アップの工夫をした4代目フレーム。
縦に補強を入れてT字型の断面になっています。その分重くなるのを防ぐためアームを少し細くたりFCの下を肉抜きしたり・・・。

カーボンのフレーム

こちらは息子が折ったカーボンのフレーム。カーボンの板が折れると重ねた層が分離した様になるんですね。繊維が完全に切れている訳でもなさそうなので(いや多少は切れているんでしょうけど)、ダメ元で修理してみました。エポキシ接着剤をドライヤーで温めて柔らかくしておき、層の隙間に行き渡る様にした後、万力で挟んで固定したところ結構いい感じに固まっています。耐久性は分かりませんが。

VTX

練習していて息子の機体と空中衝突し、VTXの押しボタンスイッチとLEDが吹き飛んでいました。とりあえず電波は出ているので周波数や出力を変更しないならこのまま使えるのですが・・・これもその内なんとかしたいと思います。
しかしレースに間に合わないとマズイのでVTXは新たに発注しました。

FPVゴーグルのスポンジ

以前書いたEachineの安いゴーグルを使っていますが、顔に当たる部分のフェルトが剥がれてきました。スポンジとフェルトの2重構造になっているところが剥がれるのです。そこで「ボンドGPクリアー」で接着してもまたすぐ剥がれるので今度は「ボンドウルトラ多用途」で試したところ上手くついています。

他にも根本で電線が切れたモーターとかパワーMOSFETから煙を吐いたESCとか、なんとかしたいパーツが色々あるので、いずれ修理にトライしたいと思います。

どどーんはじめました。~その6~

昨年11月、鹿児島県出水市で開催されたU199ドローンレースに息子が参加した話を書きました。 この大会が今年も開催されるそうです。 そこで今回、ついに私もエントリーしてしまいました。
因みにU199とは航空法的に「無人航空機」とはみなされない200g未満の機体で速さを競います。200g未満だと「模型飛行機」という扱いだそうです。

私が使用する機体は昨年息子が飛ばした物をベースに宮崎ドローンクラブの方から頂いた部品を使って色々と修理したもの・・・

息子のお下がり。


予備機も欲しいなという事で先日修理したFCその他を載せて製作する事にしました。このFCは本来5インチ機等で使う物なのでサイズが大きく、普通のU199フレームには収まらないので合板をレーザーカットして製作しました。エポキシ接着剤をドライヤで温めて木に浸み込ませています。

2.5mmの合板2枚をエポキシで貼り合わせ。

レースまでに何とか落ちずに飛べる様、日々シミュレータ(VelociDrone)および時々実機で特訓中です。

実機で練習すると壊しては修理の繰り返しです。
合板のフレームはやっぱり折れやすいですが エポキシで修理できるし予備も簡単に作れます。

ポッキリ。
折れたところをエポキシで固めるとその部分は丈夫になるのですが次は別の場所が折れます。

さてどうなる事やら。。。

ARマーカーでドローン制御

ドローンを自動制御してみたくなりました。
いきさつを言うと、とある大学でドローン競技があり、その中に人が操作せず空中に5秒間ホバーリングさせるという種目があるのを知りました。私が競技に出場する訳ではないのですがこれをやってみたくなりました。

まず空中に静止させるには考えられる方法が色々あります。GPSで座標を取得してフィードバックするというのが一番ありそうですが、世の中に既にあるし屋外で実験するのも中々大変です。できればコアレスモーターの軽いやつを使って室内で試したいのです。そこでARToolkitなるものを使ってみようと思います。

前に作った「どどーん」を使いたい。

ARToolkitはARマーカーという図形を印刷しておき、これをカメラで映すと画像に3Dの物体が合成されて現れるアレです。詳細はこちらを参照ください。
ARToolkit本家→ http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/
工学ナビさんの説明→ http://kougaku-navi.net/ARToolKit/

そしてマーカーはこんな感じの図形です。

ARToolkitについてきたサンプルマーカーをそのまま使用

ARToolkit自体はCのライブラリなのでVisualC++から呼び出します。
ARToolkitに画像を渡しマーカーを認識しすると、マーカー座標からカメラ座標への変換行列が得られます。 ARtoolkitの一般的な使い方ではこれを元に図形を描画するのですが、この行列にはマーカーの位置が3次元的にどっちにあるか、またどの方向に傾いているかという情報が含まれるので、今回はこれを元にドローンを制御し、常に同じ位置にマーカーが見える様にしてやればホバーリングできるはず・・・という目論みです。

最初はこんな感じでやろうと思っていました。

ARマーカーは壁等に貼っておきます。

そしてコントローラーはこれ。Arduionoでサーボを制御して送信機のスティックを動かすという無理やりな構造。

やはりこのコントローラーは無理がありました。最初は手動でホバーリングさせてから自動に切り替えたいのですが、この切替がうまくできません。また縦軸を動かすと横軸が微妙に動くという問題もあります。 制御パラメーターの微調整が必要になる筈ですが、不安定なコントローラーでは訳が分からなくなりそうなので、まずはPCが考える値を確実にドローン側のフライトコントローラーに伝えるため、以前作ったTWE-Liteを使った送受信機を使う事にします。

またドローンに搭載したVTXから送られてくる画像では画質が今イチな上に振動の影響なのかARマーカーの認識が不安定でした。そこでARマーカーをドローンにぶら下げ、三脚に固定したカメラで検出する方法に変更しました。これでもマーカーが揺れますがカメラが固定なのでこっちの方がマシなのです。

カメラは固定に変更。ドローン側にARマーカーをぶら下げます。
こんな感じで糸でぶら下げました。

固定カメラで見たマーカーの位置を元に制御量を決め、FT232RL→TWE-Liteを経由してドローンのフライトコントローラーに伝えます。
また最初に手動で浮かせてから自動に切り替えるのでRC送信機→受信機→HOI-Link→PCの経路で送信機の操作量をそのままドローンにスルーすることもできます。HOI-Linkはこれまた先日作成したS-BUS→HIDコンバーターで、ラジコン受信機が出すS-BUS信号をPCからジョイスティックに見える信号に変換してPCに入力します。
なお手動と自動は送信機のスイッチで切り替える様にしました。

こんな感じで何枚もペラを折ってしまいながら調整を繰り返しました。
スロットルの制御が一番難しいです。まあ自分が操縦しても高度を維持するのが結構難しいので自動制御でも同じなのでしょう。特にロール、ピッチ、ヨーの制御だったらニュートラル位置がだいたい決まっているのでそこを中心に上下してやればよいのですがスロットルだけはこの値にすれば上下しない位置というのが決まっていないしバッテリーの残量によっても変わってくるので飛びながら調整していく必要があります。

そんな感じで何とかホバーリングが10秒以上は 持続するようになったのが次の動画です。まだ上下動が大きいのでもう少しパラメーターを調節したいところ。またバッテリーが消耗してくると何故かYaw軸が右に回ってきて制御で打ち消せなくなってきます

追記・・・

その後パラメータをイジってかなり安定になりました。
またYaw軸が回ってしまうのは機体の特性っぽいですが、これを制御で抑えられない原因が判りました。ドローンが右に回った時、回転行列から取ってくる角度が本来ならマイナスの値になる筈なのにプラスの値になる場合があります。この時自分の目で見てもマーカーは左に回っている様に見えるのです。この原因はARマーカーを印刷した紙が風で曲がっている為だと思います。ARToolkitはマーカーの四隅の頂点位置から角度を算出しますが、マーカーの角が曲がると正しい角度を割り出せないんですね。そこでマーカーの曲がり易そうな箇所を裏からスチレンペーパーで補強したところ、イイ感じになっています。
これでバッテリーが無くなるまでホバーリングを続ける様になりました。
安定化後の動画 ↓

モーションフライトシミュレータ強化~2~

またまた前回の続きで、モーション・フライトシミュレータのリンク機構を強化していきます。

2×4材の両面を鉄板で補強するので、その分の厚みを減らすため両面をCNCで削りました。片側1mm、反対側1.5mmで合計2.5mm減らしています。
鉄板は3mm厚×2枚なので6mm分の厚みが増えており、差し引きすると3.5mm厚くなっています、元々キャスターとの隙間が大きすぎてワッシャーを挟み込んでいたのでこれくらいがちょうどよいのです。

厚さ調整のため切削中。4Φのエンドミルで。

そしてベアリングを嵌め込む溝を掘ります。

こっちは2Φのエンドミルで。

削り終わりました。

両面から同じ切削をします。そして中心はドリルで貫通させます。

これで2×4材の加工は完成です。ベアリングを嵌め込んだ写真は撮り忘れました。

前回作成した鉄板で挟み込んで座版に取付けます。

穴あけをミスった側。

本体に取付けて補強は完成。

ベアリングを入れた効果があるのかイマイチ不明ですが、鉄板のお陰で安心感が上がり、少なくとも崩壊してバラける事は無いはず(と思いたい)。