ドローンの素人「ハヤシ」は
これって何よ？って思ってることを
少しずつクリアにしていきたいと
常々思っています。
今日も「無人航空機の飛行の安全に関する教則」でボチボチ勉強。
なかなか頭が追いついていかないですが、頑張ります！
出典：国土交通省ホームページ（https://www.mlit.go.jp/common/001602108.pdf）さあ、勉強！勉強！
フライトコントロールシステム
搭載されている各種センサー（GPS、ジャイロ、加速度、方位、高度等）からの情報や
送信機から発信された情報を処理し
機体を制御するための信号を送るシステムのことです。
〈フライトコントロールシステムを構成する一般的なデバイス〉
GNSS（Global Navigation Satellite System）
人工衛星の電波を受信し、機体の地球上での位置・高度を取得するデバイス。GPS（Global Positioning System）など。
ジャイロセンサー
回転角速度を測定するデバイス。
加速度センサー
加速度を測定するデバイス。
IMU（Inertial Measurement Unit）
3軸のジャイロセンサーと3方向の加速度センサ等によって3次元の角速度と加速度を検出する装置。メーカーによっては気圧センサを含む場合もあります。
地磁場センサー
機体が向いている方向を地磁場を用いて取得するデバイス。
高度センサー
レーザーや気圧センサなどを用い、地上からの高度を取得するデバイス。
メインコントローラー
GPSなどの各種センサーと送信機の指令をもとに、機体の姿勢を制御するデバイス。
送信機
操作の指令を機体へ送信する、または機体情報を受信するデバイス。
レシーバー
送信機の情報を受け取る受信機または送受信機。
〈無人航空機の飛行に用いられる各種センサの原理及び使用環境〉
ジャイロセンサー
ジャイロセンサーは、単位時間当たりの回転角度の変化を検出する装置。風などで機体が傾いたときに、無人航空機の傾きや向きの変化を検出し、フライトコントロールシステムに情報を伝えます。
加速度センサー
加速度センサは3次元の慣性運動（直行3軸方向の並進運動）を検出する装置であり、無人航空機の速度の変化量を検出するセンサーである。ジャイロセンサと合わせて機体の姿勢を制御します。
地磁場センサー
地磁場センサーは、地球の磁力を検出して方位を測定します。
高度センサー
高度を測定するセンサーには主に、気圧の変化を歪みゲージを利用して読み取り高度を計測する「気圧センサー」、音波の反射時間から高度を計測する「超音波センサー」、レーザー光（赤外線）を照射し反射時間から高度を計測する「LiDAR（ライダー）」などがあります。
無人航空機の主たる構成要素
①無人航空機で使われる電気・電子用語
電圧（V） 電圧は電池残量で決まります。電池の残量が減ると電池の電圧が下がります。放電（飛行）中の電圧降下は、電気回路の配線抵抗とバッテリーの内部抵抗によって決まります。
出力（W） 単位時間当たりのエネルギー量を表します。出力が一定の場合、電池残量が少なくなると放電時電圧が低下するため電流は増大します。
容量（Ah） 満充電から、電圧が決められた最低電圧（終止電圧）になるまでの間に、利用できる電気量。放電時の電流の大きさや温度によって、利用可能な容量は変化します。
エネルギー容量（Wh） 容量と同様に、電流や温度によってエネルギー容量は変化します。
充電率（％） 満充電で放電できる電気量と現時点で放電できる電気量の比率。0％は仕様上の完全放電状態を、100％は満充電を表します。
②モーター、ローター、プロペラ
電動の無人航空機においてローターを駆使するモーターには、ブラシモーターとブラシレスモーターがあります。ブラシレスモーターの特徴は、メンテナンスが容易（モーター内部の清掃・ブラシの交換が不要など）で静音、長寿命であることです。また、ローターは通常回転方向（時計回転〈CW：クロックワイズ〉／反時計回転〈CCW：カウンタークロックワイズ〉）に合わせた形状となっており、モーターの回転方向に合わせて取り付けるよう注意が必要です。
③モーター制御
モーターの回転数は、ESC（エレクトロニックスピードコントローラー）により制御され、モーターで駆動されたローターの回転数を増減させることにより揚力や推力を変化させています。
送信機
①送信機から無人航空機へ送信される指令の流れ
無人航空機への指令は送信機から機体へ送られます。機体では、受信機が指令を受け取りメインコントローラーからモーター又はサーボを駆動させ機体を操縦しています。
②送信機の信号〈一等〉
送信機の信号は、同じ周波数帯が密集しているような場所では複数の電波が干渉して混信による誤作動が起きる可能性があります。電波混信の予防として飛行させる前に測定器などで周辺の電波の状態を確認することが望ましいとのこと。無人航空機で使用される送信機から電波だけでなく、無線LANやWi-Fi、高圧送電線の影響を受ける場合もあるため、周辺環境の確認が必要です。
③送信機の操縦と機能
無人航空機は、送信機のスティックを操作して、機体の重心を中心とする3軸の回転（ピッチ〈機首を上下する回転〉、ロール〈機体を左右に傾ける回転〉、ヨー〈機首の左右への旋回〉）やローターの推力の増減といった機体の動きの制御を行います。スティック操作による機体の動きの割り当てはモードにより異なります。また、スティックのニュートラル位置を調整するためのトリムスイッチがある場合もあります。
機体の動力源
無人航空機の機体の動力源として主に、電動（バッテリー）かエンジンが使用されています。電動機のメリットは、振動・騒音が少ないため計量化できますが、飛行時間が短いというデメリットもあります。エンジン機の場合、飛行時間が長く長距離飛行が可能ですが、電動機に比べると騒音が大きいというデメリットがあります。
①バッテリーの種類と特徴
『リチウムポリマーバッテリー』は多くの無人航空機で使用され、ゲル状のポリマー電解質を採用したバッテリーです。特徴として、エネルギー密度が高い、電圧が高い、自己放電が少ない、メモリ効果（充電容量が次第に減少する効果）が小さい、電解質が可燃物である等があります。また、取り扱いには十分に注意する必要があり、過放電や過充電により、バッテリーの寿命が短くなったり、バッテリー内部に発生したガスによりバッテリーが膨らむ原因にもなります。強い衝撃を受けたり、コネクタの端子がショートした場合、発火する可能性があります。また、セル間の充電量のバランスが著しく崩れたまま充電するとセル間の電圧差が生じて過放電となり劣化が進む原因になるので、セル間の充電量のバランスを補正しながら充電を行うことが重要です。
また電解質に液体を使用している『リチウムイオンバッテリー』は、ゲル状のリチウムポリマーバッテリーよりも発火・爆発のリスクが少しだけ高いですが、アルミパウチの外装であるリチウムポリマーバッテリーに比べ、金属缶に覆われているので少しだけ衝撃に強いです。特徴についてもほぼ変わらないので、どのバッテリーががいいのかは、使うドローン次第ということになります。いずれにせよ取り扱いには十分注意しなければいけません。
②エンジン
当社で使用しているドローンは、電動なので馴染みがないですが、エンジンの回転を動力にローターを回転させ揚力と推力を得ているエンジン機もあります。エンジンには、2ストロークエンジン、4ストロークエンジン、グローエンジンなどの種類があり、それぞれ潤滑方式、燃焼サイクル、点火温度等が異なるとのこと。また燃料はメーカー指定のもの適切に扱い、燃料にオイル等を混ぜた混合燃料を使用する場合は、適切な混合比での使用が必要です。
物件投下のために装備される機器
無人航空機で物件投下する機器は、救命機器等を機体から落下させる装置、農薬散布のために液体や粒剤を散布する装置などがあります。装置は意図せず物件が落下しない構造となっています。装置の多くは搭載位置、手順が定められているため特性と機能を熟知しておく必要があります。特に物件投下用のウインチ機構で吊り下げる場合は、物件の揺れ、投下前後の重心の変化に注意しなければいけません。
農薬散布する装置の多くは、飛行速度、飛行高度などがそれぞれ決められていますが、風の影響で対象区域外にも飛散する可能性があるため、第三者や第三者の土地に誤って散布しないよう配慮する必要があります。
バッテリーの中身がジェル状やら液体やらそんなものが入っていたんですね！知れば知るほど、丁寧に扱わないと怖いと思いました。また、気になったのは、「物件」という言い回し。お部屋探しを想像してしまってなかなか入ってこなかったです。そして、送信機のスティック操作、せっかくなら頭に入れていかないとですね！
【今回の学び】
無人航空機の構成要素を
センサ、モーター、プロペラ、
モーター制御など
形あるものばかりを指すのではなく
電気・電子用語も含まれるのは
ちょっと面白い
素人ハヤシは、このように
少しずつですが、頑張っております。
ではまた！次回の学び報告で。
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