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ドローンのシステム基礎を学ぶ(4) [ロボットを作ってみる!]

ドローンをコントロールするにはプロポと呼ばれるリモコンやスマホを使います。今回はプロポを例にドローンの制御について学習します。

プロポにはいくつかモードがあるのですが、今回はモード2のプロポについて考えてみます。


propo1.PNG


これをドローンの指示に翻訳すると下記のようになります。


propo2.PNG


これらの指示に対するドローンの動きを示します。


drone.PNG


プロポからの指示が、例えば Yaw L (左回り)の場合、ある一定速度で左回りをすることを意味します。ただし、Pitch (前)、Row (左)の場合、ずっと回転させてしまうとドローンが失速してしまうため制御方法に工夫が必要になります。

次はもう少し細かい動きについて学習していきたいと思います。
(^_^)/~





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ドローンのシステム基礎を学ぶ(3) [ロボットを作ってみる!]

今回はドローンの動作力学についての学習です。ドローンの動作を分解すると、上下動作、回転動作、上下左右動作の3つに分解できます。

まずは上下動作です。上下動作の場合は簡単に理解できます。ドローンの4つのモーターの出力を同時に上げ下げするだけで解決です。


drone_up_down.PNG


次に回転動作。回転動作はモーターの回転力を使います。同じ方向のモーターの出力を上げ、反対方向のモーターの出力を下げることで回転力が生まれます。


drone_rotate.PNG


ただ、このとき推力の合計(T1+T2+T3+T4)が機体の重さを一致していないと、回転動作中に機体が上下にぶれることになるので注意が必要です。


最後は上下左右の動作です。上下左右にスライドして動くにはドローンの場合、機体を傾けなければなりません。今回は左に動く場合を考えてみます。傾ける角度はΦとします。


drone_slide.PNG


この場合の制御は少し難しいですね。傾けた分だけ横向きの推力(TsinΦ)が生まれますが、上向きの推力(TcosΦ)は、機体の重さと釣り合っている必要があります。なので傾ける前よりも 推力をアップさせなければなりません。


(1) 傾ける前の推力 T' = mg
(2) 傾けた後の推力 T"cosΦ = mg ∴ T" = mg / cosΦ
(3) 推力の比率 T"/T' =( mg / cosΦ)/mg = 1/cosΦ


直感的にも分かりますが、式を見ても傾けた分だけ推力をアップする必要があるのが分かります。次はドローンのシステム系を考慮した機体制御について学習をしたいと思います。
(^_^)/~





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ドローンのシステム基礎を学ぶ(2) [ロボットを作ってみる!]

今回はドローンの座標系についての学習です。ドローンには二つの座標系があります。地球を基準とした慣性系座標 (Inertial Frame: XE, YE, ZE) と、機体を基準とした機体系座標 (Body Frame: XB, YB, ZB) です。


Drone_Inertial_Body.png


さらに、回転系を表現する Roll、Pitch、Yaw も重要な要素です。

Roll Φ: X 軸を軸に回転させた角度(Y-Z平面の回転角∠Φ)
Pitch θ: Y 軸を軸に回転させた角度(X-Z平面の回転角∠θ)
Yaw ψ: Z 軸を軸に回転させた角度(X-Y平面の回転角∠ψ)

ドローンのリモコンとなるプロポやスマホからは、これらの回転角度が指令として飛んできます。次はドローンの動作力学について学習したいと思います。
(^_^)/~





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