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ドローンのパーツ

自作ドローンに必要な10種のパーツ徹底解説

最近ドローンの自作方法について聞かれることが多く
必要なパーツを一通りお伝えするのですが、
なんだかよくわからないという声が多いです。

・何を揃えればいいの?
・パーツが初見のものばかりで意味がわからない
・ほんとに飛ぶの?

はい、1年前の私です。
しかし、実はハードルは高いようであんまり高くないのです。

今回は、初めて自作ドローンに挑戦する方の
ハードルをさげる目的で、
自作ドローンに必要なパーツ10種を徹底解説します。

1. フレーム

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わかりやすい所のひとつ。
フレーム。ドローンの本体に当たる部分です。

これから紹介するパーツ類はすべて
このフレームに固定されます。

もちろんモーターもこのフレームに直接接合します。

モーターが勢い良く回ってもぐらつかないように、
空高くから墜落しても粉々にならないように、
頑丈な構造が求められます。

でも、頑丈になりすぎて重くなってしまっては
飛ぶことができなくなり、本末転倒です。
そのため、素材は主にカーボン製が多いです。

カーボンは鉄より強く頑丈なのに、プラスチックほどの重さしか無く、
航空機やレーシングカー、ロケットにまで使われている
超高級素材です。

ドローンのフレームは車や飛行機に比べれば必要な量も
たかがしれているのでそこまで高価になりませんので、
メリットの多いカーボンが使われているフレームが多いようです。

フレームの役割で重要なのは、
頑丈なこと。墜落しても壊れない。
それから軽くて飛行性能への影響をなるべく小さくする。
といったとこでしょうか。

2. モーター + プロペラ

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わかりやすい所その2。モーターとプロペラ。
モーターがプロペラを回すことによってドローンは飛ぶことができる。
厳密に言えば、モーターとプロペラが電気エネルギーを揚力に変換しています。

プロペラをたくさん回せばより多くの揚力を得ることができ、ドローンは上昇するポテンシャルが上がります。
竹とんぼを思いっきり回すと高く飛び、勢いが弱いと飛ばないとの同じです。

さて、ここで問題です。
モーターはミニ四駆のモーターと同じでしょうか?

、、

、、

、、

正解は、残念!ちょっと違う。です。

ドローンのモーターはミニ四駆のモーターとは違い、
3極モーターというものが使われることが多いです。

ミニ四駆のモーターの配線は2本=2極。
線の片方は、プラスの電気が、もう片方はマイナスの電気が流れます。

ドローンの3極モーターは違います。
線が3本あります。しかも、ミニ四駆と違い
一つの線に流れる電気はプラスのときもあれば、マイナスのときもあれば
何も流れてないときもあります。
一定方向に回転している状態で。です。

詳細は次のESCで話しますが、
3本のうち一本がプラス、一本がマイナス、一本がなにもなし
という状態が回転するように入れ替わり続けないと
この3極モーターは回りません。

3. ESC (エレクトロニック・スピード・コントローラー)

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ここから少し聞き慣れない物になってきました。
エレクトロニック・スピード・コントローラー。
スピードをコントロールするというのはわかります。
何のスピードでしょう?

そう、モーターのスピードです。
モーターはミニ四駆のモーターと違い、3極モーターというもので、
3極の線にプラス、マイナスを回転するように入れ替えしなければいけないのでした。

その入れ替えスピードをコントロールするのが、
このESCになります。

それでは、そのスピードはだれが決めているのか?
それは、次に説明するフライトコントローラーというものです。

4. FC (フライトコントローラー)

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各種センサー(加速度センサー、ジャイロセンサー、気圧センサーなど)
また、プロポの情報をもとに、最適なモーターの回転スピードの出力を計算するのが
フライトコントローラーです。

ホバリング時などは、機体が安定するように
絶えず、機体の傾きをセンサー値から把握し、
必要な補正から各モーターの回転スピードを決め
微調整を繰り返してくれます。

一見そんなの必要なの?って思うかもしれないですが
実際FCがなかったら、まともにドローンを飛ばすことはできません。

極端な話、プロポのスティックを4本用意して、各モーターの出力(回転スピード)
とダイレクトに連動するようにしたとします。

4本のスロットルをゆっくり上げていき、
機体が浮き上がりかけた瞬間に、
バランスを崩して墜落するでしょう。

人間が不可能な微調整でドローンのバランスを保つタスクを
フライトコントローラーが引き受けてくれるため、
私たちは安全に機体のコントロールができるのです。

5.プロポ送信機

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プロポ送信機の各チャネルのシグナル値は
このプロポから無線で絶えず発信し続けます。

6. アンテナ + プロポ受信機

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プロポから送信された電波は、
ドローン本体のプロポ受信機で検知され、
直接つないだフライトコントローラーに伝送されます。

7. PDB (パワーディストリビューションボード)

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電源分配用の基盤です。
通常ドローンに積まれる一つバッテリーの電気をESC,FCに給電するために分岐するのが目的です。

基本、並列でつなぐので、
PDBがなくても直接配線同士をつなげれば動かないこともないですが、
メンテナンス性、作業効率などを考慮すれば、PDBを使うのがベストです。

また、PDBは異なる電圧で給電するよう変圧機能が備わったものも多く、
FCの多くは5Vか3.3V電源で動くよう設計されており、
PDBでバッテリーが12Vだった場合、元電圧のまま給電してしまうと、まず壊れます。

8. BEC電源

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PDBに変圧機能がない場合、5Vに変換するためにBEC電源というものを中継させます。
変圧器ですね。

9. バッテリー接続端子

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バッテリーをPDBに直接半田付けすることはまずないです。
充電も必要ですし、バッテリーがなくなったら他のバッテリーにすぐ交換する必要があります。

接続端子は種類かありますので、
バッテリーの端子と同じ型の端子を繋げましょう。

10. バッテリー

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これがないと、プロペラ周りません。フライトコントローラー動きません。
人間が食事をしてエネルギーを得るのと同じで、
車はガソリンを消費して走るのと同じで
ドローンはバッテリーの電気エネルギーを消費します。

ドローンのバッテリーは消費が激しく、すぐなくなります。
練習に行くときは予備バッテリー+バッテリー充電器必須です。

以上、ドローンに必要な10種パーツの解説でした。
あなたも自作ドローンの道への第一歩を踏み出してみてはいかがですか!?

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