自作FPVドローン構築：エキスパートによるステップバイステップガイド

ドローンとは

ドローンの定義

ドローンは無人航空機または飛行ロボットで、公式には無人航空機（UAV）と呼ばれます。ドローンは地上ベースのコントローラーを持ち、航空機と遠隔で制御・通信します。

最も簡単な選択肢は、市販のドローン（BNF：バインドアンドフライ、RTF：レディトゥフライ）を購入することですが、冒険心旺盛なテックセビーなユーザーは、ファーストパーソンビュー（FPV）ドローンをゼロから自作することを好みます。

ちなみに、ドローンを自作するためにエンジニアや工学部学生である必要はありません（それが大きな利点であることは確かですが）。すべてのDIYドローンファンは、正しい手順を辛抱強く守る限り、ドローンを組み立てるスリルを楽しめます。

このガイドの本質は、ドローンキットを入手して組み立て済みパーツをはんだ付けするだけではありません。代わりに、エンジニア、設計者、DIYドローンファンが、ドローン構築に必要な様々なパーツ、それらの選び方、すべてのパーツを一つの機能的なドローンとして組み立てる正確な手順を真剣に学びたいというニーズに応えます。

DIYドローンの作り方を学ぶことは、世界で最も簡単なことではありません。指示がいかにシンプルに見えても、真実はいくつかの本格的な作業が必要だということです。しかし、最終的な満足感はその努力に見合うものです。

では、ドローンの種類を簡単に見ていきましょう。

ドローンの種類

ドローンには複数のタイプがあり、設計、目的、サイズなどいくつかの分類があります。しかし、ここではコンシューマードローンの設計に焦点を絞ります。これらには以下が含まれます：

シングルローターヘリコプタードローン：

これらはヘリドローンとも呼ばれます。空中に留まるために単一のローターのみに依存します（まさに名前の通りです！）。

マルチロータードローン：

中央ボディとプロペラを駆動する複数のローターを持つドローンです。プロのヒント：「空中の目」が欲しければ、マルチロータードローンが最適です。空中写真において、フレーミングと位置の優れた制御が可能なため、マルチロータードローンに勝るものはありません。最も一般的なのは4ローター（クアッドコプター）です。その他、3ローター（トライコプター）、6ローター（ヘキサコプター）、8ローター（オクトコプター）があります。

自撮りドローン：

顔認識機能付きの高品質カメラを搭載した小型ドローンで、自撮り撮影用です。スマートフォンにダウンロードしたモバイルアプリから操作します。例：DJI Spark、DJI Mavic Pro、Skye Drone、JJRC H37 Elfieドローン。

レーシングドローン：

自動車レースのようなレース競技で使用されるFPVドローンです。もちろん、このレースは空中で行われます。各参加者はヘッドマウントディスプレイを装着し、カメラ搭載ドローンを操作しながらライブフィードを見ます。高品質レーシングドローンには、Walkera F210 3D、Eachine Wizard X220S、Holy Stone HS230、ARRIS X-Speed 280 V2などがあります。

ドローン自作に必要な基本ツール

組み立て済みパーツを組み合わせるだけでも、ゼロから構築する場合でも、基本ツールが必要です。また、墜落後の修理にも役立ちます。

DIYドローンの構築（と修理）に必要な必須ツールをいくつか紹介します。

はんだごて：

2本のワイヤーを接続し、ドローンパーツのビットとピースを組み立てるために必要です。

テープ：

コネクタ間の絶縁体として必要で、ショート回路とドローン墜落を防ぎます。選択肢には両面テープ、絶縁テープ、カプトンテープがあります。

結束バンド（タイラップ）：

シンプルですが、ドローンを成功裏に構築するために必要です。ESCやその他のハードウェアをフレームに取り付けるのに便利です。

ベルクロ（マジックテープ）：

バッテリーをフレームに取り付ける際に役立ちます。

マルチメーター：

電気的問題を診断し、様々な電気部品の電圧を検出するために必要です。ドローンを正常に機能させるためには必須ツールです。

手工具（六角ドライバー、ナットドライバー/レンチ、ペンチ）：

ドローンの様々なコンポーネントを固定、改造、分解するために必要なツールです。これらなしでDIYドローンを作ろうとするのは時間の無駄です。

ライター／ヒートガン：

ヒートガンは良い選択肢ですが、ワイヤー周りの熱収縮チューブに熱を加えるためには必須ではありません。シンプルなライターでも十分です。

スモークストッパー：

ショートサーキットが発生した場合の損傷防止に非常に役立ちます。過電流が流れると、スモークストッパーの電球が切れ、ドローンへの損傷を防ぎます。

ピンセット：

小さなワイヤーや微小な電気部品を動かすのに必要です。ピンセットが長いほど、少しトリッキーなワイヤー、コンポーネント、ボタンにアクセスしやすくなります。

基本ドローンパーツ

必要なコンポーネントとアクセサリーは、作りたいドローンのタイプと機能によって異なります。しかし、ほぼあらゆるタイプのドローン構築に必要な基本パーツを紹介します。

1. フレーム：

ドローンのすべてはフレームの上に載ります。自分で作ることも、購入することもできます。理想的なドローンサイズに合うフレームを選び、アームの数が使用したいモーター数と一致することを確認してください。例えば、クアッドコプターを作りたいなら4アームのフレームを購入します。

2. バッテリー：

使用したいバッテリーのタイプと容量を慎重に検討してください。リチウムポリマーバッテリー（Li-Po）は、高容量と高出力のため推奨されます。

3. バッテリーモニター：

バッテリーモニターなしでも飛行可能ですが、早期にバッテリーレベルを警告してくれるため非常に便利です。池の上でドローンが電池切れになるのは避けたいものです！

4. FPVカメラ：

飛行中の録画や空撮写真にはカメラが必要です。最高のローンドローンカメラは4K品質です。カメラ搭載ドローンを使用する場合、ジンバルも便利かもしれません。

5. コネクタ：

PDB用に4.5mmコネクタ、ESCとモーター用に3.5mmコネクタが必要です。

6. コントローラー：

これがドローンの脳です。フライトコントローラーはすべてのドローンハードウェアのハブであり、すべてのコンポーネントに電力を分配し、モーターを同時に制御します。ジャイロスコープと加速度計を備えたものを選んでください。

7. 電子速度制御（ESC）：

使用するESCの数は、ドローンのアーム数に依存します。ブラシモーターを使用する場合はESCは不要です。

8. モーター：

必要なモーター数は、シングルロータードローンかマルチロータードローンかによります。しかし、モーターで最も重要なのはタイプです。主に2種類あります：ブラシ付きとブラシレスモーター。ブラシレスモーターは、ドローンバッテリーに優しく長寿命のためDIYドローンに推奨されます。ブラシモーターは安価ですが、レディトゥフライドローンに適しています。欠点は、ブラシレスより早く摩耗・故障することです。

9. マウンティングパッド：

飛行中の振動を軽減し、DIYドローンで写真撮影や動画録画をしたい場合に特に有用です。

10. 電力分配基板（PDB）：

メインの電気コンポーネント（バッテリーコネクタとESC）を接続するハードウェアです。

11. プロペラ：

ドローンのフレームに合うプロペラを選んでください。木材でフレームを作れますが、木製プロペラは見つかりません。しかし、ドローンに適した高品質素材のプロペラを選んでください。

12. 送信機とRC受信機：

送信機はパイロットであるあなたが持つもの、RC受信機はドローンに搭載され、あなたからのコマンドを受信します。デバイスはフライトコントローラーに接続します。5〜6チャネル程度のRCコントローラーを選んでください。スロットル、ピッチ、ロール、ヨーのチャネルが自動的に4チャネルを占有し、残り2チャネルを他の制御に使用できます。

13. USBキー：

写真撮影や動画録画をするドローンが欲しい場合、写真と動画を保存するためにUSBキーが必要です。

バッテリー充電器やその他のアクセサリーも、達成したい内容に応じて追加できます。

適切なパーツの選び方

ドローンは個々のパーツの良さで決まります。信頼できる正規店から信頼性と品質の高いパーツを入手してください。

誰でもドローンパーツを結束バンドや他のツールで組み合わせられます。問題は、ドローンが飛行し、正常に機能するかです。ドローンが意図通りに動作するのは、適切なパーツの選び方を知っている場合のみです。

品質と信頼性の高いパーツを見つけることに加え、ドローンの推力重量比を考慮する必要があります。ドローンの重量を持ち上げるのに十分な上向き推力が必要です。ドローンの総重量は、構築に入るすべてのコンポーネントの重量を合計することで求められます。

この小型航空機を成功させるには、適切なモーター、プロペラサイズ、そしてもちろんドローンを駆動する正しいバッテリーを選ぶ必要があります。これは十分な推力を提供するシンプルな方法であり、ドローンが飛ぶかどうかを決定する最重要因子の一つです。

「退屈な」詳細をすべて説明することはしませんが、常に推力テーブル付きのモーターを選んでください。データは、ドローンを引きずり下げることなく、どのモーターと他のコンポーネントを選ぶかを決めるのに役立ちます。

2:1の推力重量比は通常、穏やかな飛行に最適ですが、ドローンレースに参加したい場合はより高い比率（例：5:1）を目指すべきです。ただし、飛行時間が長くなればバッテリーも大きくなり（=重量増）ます。

さて、必要なパーツをすべて集め、必要なツールも準備できたら、次の明確なステップはパーツを組み合わせ、はんだ付けし、結合することです。

ドローンの作り方

ドローンを作る方法はたくさんあります。ステップとコンポーネントは、ドローンのどの程度がDIYかによって異なります。しかし最も重要なのは、作りたいFPVドローンのタイプが作り方を決定することです。

シンプルにするため、このステップバイステップガイドでは、クアッドコプター（4ローター）ドローンタイプに焦点を当てます。理由は二つあります。

第一に、最も人気のあるドローンタイプの一つで、構築が比較的簡単です。第二に、すべてのドローンは基本的に同じ解剖学的構造を持つため、このガイドをほぼあらゆるタイプのドローンに適応できます。

DIYドローンの作り方を紹介します。

ステップ1：フレームの組み立て

ゼロから構築する場合、最初のタスクはフレーム構築材料を選ぶことです。これは、ドローンをどれだけ頑丈にしたいかによります。選択肢には木材、金属、プラスチックがあります。金属を使用する場合でも、軽量な材料を選んでください。

選んだフレーム材料から、長さ60cm、幅30mmの2本を切り出し、材料に応じて接着剤や釘で「X」字型に接続します。これが基本的なクアッドコプター構造です。

自分で作る代わりに、ドローン用フレームを購入することもできます（より簡単な選択肢）。高品質なフレームを選ぶようにしてください。

PDBは通常、フレームの上部または下部に配置されます。他のコンポーネントは電力分配基板に接続されます。PDBをフレームに取り付ける前に、まず接続を済ませるのがベストです。

コネクタをESCとモーターにはんだ付けし、その後ESCとバッテリーピンアウト（しばしば「ピンアウト」と書かれる）をPDBにはんだ付けします。ピンアウトとは、電気コネクタの接点とその機能の相互参照です。ピンをメスコネクタに例えたものです。すべてのコネクタが揃ったら、結束バンドでPDBをフレームに固定できます。

ステップ2：モーターの取り付け

DIYドローンフレームに各モーターを取り付けるための穴を開けます。モーターにマウントが付いていない場合、クリップとシャフトの自由な動きを許容する追加の穴を開けるのが良いアイデアです。もちろん、マウントが既にある場合はこのステップをスキップしてください。

それではモーターを取り付けますが、誤配置しないよう注意深く見てください。クアッドコプターには4つのモーターがあり、2つはCW（時計回り）、2つはCCW（反時計回り）です。正しく取り付けないと、満足のいく結果は得られません。

各アームの端に正しいモーターを配置し、ネジとドライバーで固定します。きつすぎないよう注意してください。

ステップ3：ESCの取り付け

次に、電子速度制御装置を取り付けます。ESCを接続する良い場所はフレームの底部です。これにより、ドローン上部に他のコンポーネントのためのスペースが確保されます。

結束バンドでESCをフレームに固定し、飛行中に位置がずれないようにします。ESCコネクタをモーターに接続するのを忘れないでください。

ここで、CWとCCWモーターが正しく回転しているかテストする良いタイミングです。正しい方向に回っていない場合は接続を入れ替えてください。

ステップ4：ランディングギアの設置

UAVは降下時に地面と衝突するのではなく、一片で着陸すべきです。ランディングギアは着陸時の衝撃を大幅に最小限に抑え、ドローンには必須です。

これに厳格なルールはありません。創造性が求められます。目標は、小型ドローン着陸時の全体的な衝撃を減らすことです。

インスピレーションが必要なら、良いランディングギアの作り方の一例を紹介します。金属パイプを約2cm厚の4つのリングに切断します。ダクトテープでリングをフレームに取り付けます。プラスチックやその他の強靭で柔軟な材料を使ってランディングギアを作ることもできます。

ステップ5：フライトコントローラーの取り付け

ドローンの中央付近、フレーム上部に使用可能なフライトコントローラーを取り付けます。ドローンキットでフライトコントローラーを入手するか、自分で作ることもできます。ただし、手順がかなりトリッキーで難しいため、確信がある場合のみ自作してください。

フライトコントローラーは安定性を確保し、飛行中の方向変更を処理します。両面粘着テープ、結束バンド、ネジでしっかり固定してください。

モーターからの振動がフライトコントローラーに影響を与える可能性があります。したがって、フライトコントローラーを取り付ける際、モーターから発生する振動を減らすために、フライトコントローラーの下に小さなスポンジを敷くことを忘れないでください。これにより、飛行中のドローン全体の安定性が向上します。

すべてのワイヤーとその他の電子機器をフライトコントローラーに接続し、ESCをキャリブレートします。このタイミングでプロペラも取り付けます。CWとCCWを正しく取り付ければ自動的に締まるため、あまり強く締めないでください。プロペラが回転時に下向きに空気を押し出すことを確認してください。

ステップ6：適切なワイヤレスリモコンシステムの選択

UAVを制御するためにリモコンシステムが必要です。いくつかの選択肢がありますので、調査を行い、Spektrum、Futaba、FlySkyなど、より信頼性の高いものを選んでください。

スロットル、ロール、ピッチ、ヨーのチャネルに加え、空撮カメラを使用する予定ならさらにいくつかのチャネルが必要です。カメラやその他の便利なアクセサリーを搭載したドローンは、単なる飛行機体より価値があります。しかし、最初のDIYドローンでは、あまり多くのギズモを搭載しないシンプルなドローンを作るのも良いでしょう。改善の余地は常にあるので、最初のDIYドローンに過負荷をかけないでください。

ステップ7：OpenPilotをドローンに接続

次に、フライトコントローラーをESCとリモコンシステムに設定します。このステップには、多くの組み立て、配線、プログラミングが含まれます。ウェブ上の適切なチュートリアル動画を見つけ、特定のフライトコントローラー選択に応じた具体的な手順を参照すると役立ちます。

ステップ8：ドローンのテスト

ドローンを使用する前に、すべてが正常に動作するかテストする必要があります。OpenPilot、MissionPlanner、またはその他の優れたGCSソフトウェアを使用して、センサーやその他のコンポーネントを含むすべての機能をチェックできます。

テスト前にはプロペラを外すのがベストです。ここで言えるのは、試験中に何も壊れないとは限らないということです。ここまで来て最初からやり直すのはフラストレーションが溜まります。したがって、プロペラを外すことで試験中のドローン破損リスクを軽減できます。

小型ドローンのテストに適した場所を見つけてください。制御された距離内で行い、ドローンの動き中にケーブルと結束バンドに注意してください。テスト中に不安定に見えたり動き回るコンポーネントがあれば固定してください。すべてが計画通りに機能すれば、ドローンは離陸準備完了です！

ステップ9：ドローン－離陸

最後のステップはドローンを飛ばすことです。ここがゴムが路面に接する瞬間、つまりデバイスが空気に出会う瞬間です！離陸前に、バッテリーが安全な位置にあることを確認してください（ベルクロストリップの使用が望ましい）。飛行中にバッテリーが動かないようにするためです。また、すべてのコンポーネントに適切に接続され、十分な電力を供給していることを確認してください。離陸前にバッテリーが半分空でないことを確認してください。空中で電力切れになるのは絶対に避けたいです。

最初のテストフライトでは、DIYドローンをテストするために開けた場所を見つけてください。開けた場所なら、墜落時の小型航空機への損傷を最小限に抑えられます。また、何か問題が起きた場合、開けた場所ならドローンが引き起こす潜在的損害を制限できます。飛行セッション全体でドローンが見える場所でテストしてください。

小型ドローンを地面に置き、コントロールをオンにして、最初のフライトを開始します。スロットルをゆっくり上げ、最初は低高度を維持することを忘れないでください。これにより、ドローンが制御不能になって墜落しても深刻な損傷を防げます。

指示に従い、デューデリジェンスを尽くし（予期せぬ事態がない限り）、UAVはスムーズに離陸するはずです。

初フライトおめでとうございます！

結論

この記事は、ゼロからドローンを作る方法についてです。考慮すべき要素はたくさんありますが、それは異なるコンポーネントと適切なパーツの選び方を知ることから始まります。カメラなどのアクセサリーをUAVに追加すると、ドローンの機能性が大幅に向上します。単なるグローリファイドカイトを飛ばす代わりに、カメラ搭載ドローンは複数の面で有用になります。

ドローン設計の成功は推力重量比から始まります。最高のドローンは、飛行に十分な軽さでありながら、空中でバランスを保つのに十分な重さがあるものです。

実際のドローン構築手順は多少異なり、いくつかの小さな中間ステップを含むことを念頭に置いてください。コンポーネント、アクセサリー、プログラム、ドローンタイプは人によって異なるためです。また、構築と組み立ての方法は、各個人がドローンをどれだけシンプルまたは複雑にしたいかに依存します。

FPVローンキットからパーツを組み合わせるのも良いでしょう、特に完全な初心者の場合。これにより、さまざまなパーツと手順に慣れ、ゼロから自作する際に何を期待すべきか感覚を掴めます。

最初のDIYドローンは完璧でないかもしれませんが、練習が完璧を生みます。地面から離陸するスリルは、将来より良いバージョンを作る十分な動機になります。