ドローンの作り方:いくつかの正しいステップバイステップガイドがあります

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あり、正式には無人航空機 (UAV) として知られています。ドローンには、航空機をリモートで制御および通信する地上ベースのコントローラーがあります。

最も簡単なオプションは、バインド アンド フライ (BNF) やレディ トゥ フライ (RTF) オプションなどの市販のドローンを購入することですが、技術に精通した冒険好きな人は、一人称視点または FPV ドローンを構築することを好みます。

ちなみに、ドローンを作るのにエンジニアや工学部の学生である必要はありません (ただし、それは大きな利点です)。実際、すべての DIY ドローン ファンは、正しい指示に従うのに十分な忍耐力がある限り、ドローンを組み立てるスリルを楽しむことができます。

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の部品をはんだ付けするだけではありません。代わりに、ドローンを構築するためのさまざまな部品、それらの部品の選択方法、および実際に飛行できる 1 つの機能的なドローンにすべての部品を統合するための正確な手順を真に学びたいエンジニア、デザイナー、および DIY ドローン ファン向けです。 .

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ないことに注意してください。したがって、指示がどれほど単純に見えても、実際にはかなりの作業が必要になりますが、最終的な満足度は努力する価値があります。

それでは、さまざまな種類のドローンを簡単に見てみましょう。

ドローンの種類

いくつかのカテゴリ (デザイン、目的、サイズなど) があるのと同様に、ドローンにも複数の種類があることを知っておくことが重要です。しかし、私たちの範囲を消費者向けドローンの設計に絞りましょう。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:

これらのタイプのドローンはヘリドローンとしても知られています。彼らはたった 1 つのローターに依存して空中に留まります (なんてことだ、名前にもあるのです!)。

マルチローター ドローン:

これらは、中央の本体と、プロペラに動力を供給する複数のローターを備えたドローンです。プロからのヒントは次のとおりです。「空を見上げたい」場合は、マルチローター ドローンが最適です。マルチローター ドローンは、フレーミングと位置を細かく制御できるため、航空写真に関して議論するのは困難です。マルチローター ドローンの最も一般的なタイプは、4 つのローター (クアッドコプター) を備えたものです。その他には、トリコプター (ローターが 3 つ)、ヘキサコプター (ローターが 6 つ)、オクトコプター (ローターが 8 つ) があります。

自撮りドローン:

これらは基本的に小型のドローンで、自撮り用の顔認識機能を備えた高品質のカメラを搭載しています。セルフィー ドローンの操作は、通常、スマートフォンにダウンロードしたモバイル アプリから行います。例としては、DJI Spark、DJI Mavic Pro、Skye Drone、JJRC H37 Elfie ドローンなどがあります。

レー​​シング ドローン:

これらはカー レースに似たレース競技で使用される FPV ドローンですが、もちろんこのレースは空中で行われます。各参加者は、カメラ付きのドローンを制御しながらライブ フィード ストリームを表示するヘッドマウント ディスプレイを装着します。高品質のレーシング 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。

ドローンの構築に必要な基本ツール

組み立て済みのパーツをつなぎ合わせる場合でも、ゼロから組み立てる場合でも、いくつかの基本的なツールが必要になります。さらに、これらのツールは、墜落後にドローンを修理する必要がある場合に便利です。

DIY ドローンの作成 (および修理) に必要な必須ツールの一部を以下に示します。

はんだごて:

2 本のワイヤを接続し、ドローンのパーツを組み立てるには、はんだごてが必要です。

テープ:

これらは、回路の短絡やドローンのクラッシュを防ぐために、コネクタ間の非常に必要な絶縁体として機能します。オプションには、両面テープ、電気テープ、およびカプトン テープが含まれます。

結束バンド:

結束バンドはシンプルですが、ドローンをうまく組み立てるために必要です。 ESC やその他のハードウェアは、結束バンドを使用してフレームに簡単に取り付けることができます。

ベルクロ:

バッテリーをフレームに取り付ける必要がある場合は、ベルクロのストリップが便利です。

マルチメーター:

電気的な問題を診断し、さまざまな電気部品の電圧を検出するには、このツールが必要です。ドローンが適切に機能する必要がある場合、マルチメーターは不可欠なツールです。

ハンド ツール (六角ドライバー、ナット ドライバー/レンチ、ペンチ):

これらは、ドローンのさまざまなコンポーネントを固定、変更、および分解するために必要なツールです。これらのツールなしで 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 ガンは適切なオプションですが、ワイヤーの周りの熱収縮に熱を加える必要はないかもしれません。シンプルなライターでも問題なく使えます。

スモークストッパー:

これらは、短絡の場合に発生する可能性のある損傷を防ぐのに非常に役立ちます。過剰な電流がある場合、ドローンに損傷を与える代わりに、スモーク ストッパーの電球が燃え尽きます。

ピンセット:

これらは、小さなワイヤや小さな電気部品を移動するために必要です。ピンセットの長さが長いほど、少し扱いに​​くいワイヤー、コンポーネント、ボタンに簡単にアクセスできます。

ドローンの基本パーツ

必要なコンポーネントとアクセサリは、構築するドローンの種類と実行する機能によって異なります。ただし、ほぼすべてのタイプのドローンを構築するための基本的なパーツは次のとおりです。

1.フレーム:

ドローンに搭載されているものはすべてフレームの上にあります。自分で作成することも、購入することもできます。理想的なドローンのサイズに合ったフレームを選択し、アームは使用するモーターの数と一致する必要があることを忘れないでください。たとえば、クアッドコプターを構築する場合は、4 本のアームを備えたフレームを購入します。

2.バッテリー:

使用するバッテリーの種類と容量をよく検討してください。リチウム ポリマー バッテリー (Li-Po) は、容量と出力が大きいため、推奨される選択肢です。

3.バッテリーモニター:

Done はバッテリー モニターがなくても飛行できますが、モニターはバッテリー レベルを早期に警告できるため、非常に便利です。池の上でドローンの電源が切れないようにしたいでしょう!

4. FPV カメラ:

飛行中の記録や航空写真の撮影にはカメラが必要です。最高のドローン カメラは 4K 品質のタイプです。カメラ付きドローンを使用している場合は、ジンバルも便利です。

5.コネクタ:

PDB を溶接するには 4.5 mm コネクタが必要で、ESC とモーターには 3.5 mm コネクタが必要です。

6.コントローラー:

これはドローンの頭脳です。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す。つまり、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択してください。

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よって異なります。ブラシ付きモーターを使用している場合は、ESC は必要ありません。

8.モーター:

必要なモーターの数は、シングルローター ドローンを使用するかマルチローター ドローンを使用するかによって異なります。ただし、モーターに関する主な注意事項はタイプです。主にブラシ付きモーターとブラシレスモーターの 2 種類があります。ブラシレス モーターは、ドローンのバッテリーに負担が少なく長持ちするため、DIY ドローンに適しています。ただし、ブラシ付きモーターは安価であり、すぐに飛行できるドローンにより適しています。マイナス面は、ブラシレス オプションよりも摩耗と故障が早いことです。

9.取り付けパッド:

これにより、飛行中の振動が軽減され、DIY ドローンで写真やビデオを撮影したい場合に特に便利です。

10.配電盤 (PDB):

これは、バッテリー コネクタや ESC などの主要な電気コンポーネント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ったプロペラを選択してください。木を使ってフレームを作ることはできますが、木製のプロペラは見つかりません。ただし、ドローンに適した高品質の素材を使用したプロペラを選択してください。

12.送信機と RC 受信機:

送信機はパイロットとして保持するものであり、RC 受信機はパイロットからのコマンドを受信するためにドローンに残ります。デバイスをフライト コントローラーに接続します。約 5 ～ 6 チャネルの RC コントローラを選択します。スロットル、ピッチ、ロール、およびヨー チャネルは自動的に 4 つのチャネルを占有し、残りの 2 つのチャネルを他のコントロールに使用できます。

13. USB キー:

写真やビデオを撮影するドローンが必要な場合は、写真やビデオを保存するための USB キーが必要です。

目的に応じて、充電器やその他のアクセサリを含めることもできます。

正しいパーツの選び方

ドローンは個々のパーツと同様に優れているため、信頼できる高品質のドローンを認定店から入手してください。

しかし、結束バンドやその他のツールを使用して、誰でもドローンのパーツを結合できます。問題は、ドローンが適切に飛行して機能するかどうかです。適切なパーツを選択する方法を知っている場合にのみ、ドローンは意図したとおりに機能します。

高品質で信頼性の高い部品を見つけることとは別に、ドローンの推力と重量の比率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の推力が必要です。ドローンの総重量は、組み立てに使用するすべてのコンポーネントの重量を加算することで決定できます。

この小さな航空機をうまく飛ばすには、適切なモーター、プロペラのサイズ、そしてもちろんドローンに電力を供給する適切なバッテリーを選択する必要があります。これは十分な推力を提供する簡単な方法であり、ドローンが飛行するかどうかを決定する最も重要な要素の 1 つです。

すべての「退屈な」詳細を引きずることなく、常に推力テーブルが付属しているモーターを選択してください。このデータは、ドローンを引きずることなく、どのモーターやその他のコンポーネントを選択するかを決定するのに役立ちます。

通常、穏やかな飛行には 2:1 の推力と重量の比率が理想的ですが、ドローン レースに参加する場合は、より高い比率 (たとえば 5:1) を目指す必要があります。ただし、飛行時間が長いということは、バッテリーが大きくなることも意味します (つまり、重量が増えます)。

さて、すべての部品を集め、必要なツールの準備が整ったので、次の明らかなステップは、部品を結合、はんだ付け、結合することです.

ドローンの作り方

ドローンを構築するには、さまざまな方法があります。手順とコンポーネントは、ドローンの実際の DIY の程度によって異なります。しかし、最も重要なことは、構築したい FPV ドローンのタイプによって、その方法が決まるということです。

物事を単純にするために、このステップ バイ ステップ ガイドでは、いくつかの理由からクアッドコプターまたは 4 ローター ドローン タイプに焦点を当てます。

まず、最も人気のあるドローン タイプの 1 つであり、作成が非常に簡単です。さらに、すべてのドローンは基本的に同じ解剖学的構造を持っているため、このガイドを作成したいほぼすべてのタイプのドローンに適応させることができます.

DIY ドローンの作成方法は次のとおりです。

ステップ 1:フレームの組み立て

ゼロから構築する場合、最初の作業はフレームを構築するための材料を選択することです。これは、ドローンをどれだけ頑丈にするか、または頑丈にするかによって異なります。オプションには、木材、金属、およびプラスチックが含まれます。金属を使用している場合でも、軽い素材を選択することを忘れないでください.

選択したフレーム素材を長さ 60cm、幅 30mm の 2 つに切り取り、素材に応じて接着剤または釘を使用して「X」型に接続します。これがクワッドコプターの基本構造です。

自分でドローンを組み立てる代わりに、ドローン用のフレームを購入することもできます (より簡単なオプション)。必ず高品質のフレームを選択してください。

PDB は通常、フレームの上または下に配置されます。他のコンポーネントは配電盤に接続します。 PDB をフレームに取り付ける前に、まず接続を行うことをお勧めします。

コネクタを ESC とモーターにはんだ付けします。その後、ESC とバッテリーのピン配列もはんだ付けする必要があります 、しばしば「ピン配列」と書かれているのは、電気コネクタの接点とそれらの機能との間の相互参照です。ピンは、PDB へのオス コネクタに例えられます。すべてのコネクタを配置したら、結束バンドを使用して PBD をフレームに固定できます。

ステップ 2:モーターを取り付ける

各モーターを取り付ける DIY ドローン フレームにドリルで穴を開けます。モーターにマウントが付いていない場合は、クリップとシャフトを自由に動かせるように穴を追加することをお勧めします。もちろん、マウントがある場合はスキップしてください。

いよいよモーターの取り付けですが、置き忘れないように注意が必要です。クワッドコプターには 4 つのモーターがあります。 2 つの CW (時計回り) と 2 つの CCW (反時計回り) モーター。それらを正しくインストールしないと、満足のいく結果が得られません。

各アームの端に正しいモーターを配置し、ネジとドライバーを使用して固定します。きつすぎないようにしてください。

ステップ 3:ESC を取り付ける

次に、電子スピードコントローラーを取り付ける必要があります。 ESC を接続するのに適した場所は、フレームの下部です。そうすることで、ドローンの上部に他のコンポーネント用のスペースができます。

ジップ タイを使用して ESC をフレームに固定し、飛行中に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ことを忘れないでください。

ここで、CW および CCW モーターが正しく回転しているかどうかをテストします。正しい方向に回転していない場合は、接続を切り替えてください。

ステップ 4:ランディング ギアを取り付ける

UAV は、降下時に地面に衝突するのではなく、一体となって着陸する必要があります。着陸装置は着陸時の衝撃を大幅に最小限に抑えます。ドローンには着陸装置が必要です。

これに関して厳格なルールはありません。ここで必要なのは創造性です。目標は、小型ドローンが着陸したときの全体的な衝撃を軽減することです。

しかし、インスピレーションが必要な場合は、優れたランディング ギアの作り方のアイデアをご紹介します。金属パイプを厚さ約 2 cm の 4 つの輪に切ります。ダクトテープを使用してリングをフレームに取り付けます。また、プラスチックや丈夫で柔軟な素材を使用してランディング ギアを作成することもできます。

ステップ 5:フライト コントローラーを取り付ける

ドローンの中央近くのフレームの上部に、すぐに使用できるフライト 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ことも、自分で作成することもできます。ただし、手順は非常に複雑でやりがいがあるため、確信がある場合にのみ行ってください。

フライト コントローラーは安定性を確保し、飛行中の方向の変化を処理します。両面粘着テープ、結束バンド、またはネジで押さえて、所定の位置に固定してください。

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、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を取り付ける際に、その下に小さなスポンジを追加することを忘れないでください.そうすることで、飛行中のドローンの全体的な安定性が向上します。

すべてのワイヤとその他の電子機器をフライト コントローラに接続し、ESC を調整します。これは、プロペラを取り付けるのにも適した時期です。 CW と CCW を正しく取り付けると、自動的に締め付けられるので、きつく取り付けすぎないでください。プロペラが回転するときに空気が下に押し出されていることを確認してください。

ステップ 6:適切なワイヤレス リモート コントロール システムを選択する

UAV を制御するには、リモート コントロール システムが必要です。利用可能なオプションがかなりあるので、調査を行い、Spektrum、Futaba、FlySky など、より信頼性の高いものを選択してください。

航空写真用カメラを使用する場合は、さらにいくつかのチャネルを含め、スロットル、ロール、ピッチ、およびヨー用のチャネルもいくつか必要になります。カメラやその他の便利なアクセサリを備えたドローンは、ただの航空機よりも価値があります。しかし、初めての DIY ドローンの場合は、あまり多くのギズモを使わずにシンプルなドローンを作成しても問題ありません。改善の余地は常にあるので、最初の DIY ドローンは過負荷にならないようにしてください。

ステップ 7:Open Pilot をドローンに接続する

次に、フライト コントローラを ESC とリモート コントロール 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、およびプログラミングが含まれます。選択した特定のフライト コントローラに対してこれを行う方法に関する具体的な手順について、Web で適切なチュートリアル ビデオを見つけると役に立ちます。

ステップ 8:ドローンをテストする

ドローンを使用する前に、すべてが正常に機能することを確認するために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確認できます。

テストの前に、プロペラを取り外すことをお勧めします。ここに問題があります。試用中に何も壊れないことを確信することはできません.ここまで来てから最初からやり直すのはもどかしいかもしれません。したがって、小道具を取り外すことで、試験中にドローンが壊れるリスクが軽減されます。

小型ドローンをテストするのに適した場所を見つけてください。制御された距離内でこれを行い、ドローンの動きをテストするときはケーブルと結束バンドに注意してください。テスト中に不安定または動き回るように見えるコンポーネントを固定します。すべてが計画どおりに機能すると、ドローンは離陸の準備が整います!

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。これは、ゴムが道路と出会う場所、または場合によっては、デバイスが空気と出会う場所です!離陸する前に、バッテリーが安全な場所にあることを確認してください (できればベルクロのストリップを使用してください)。飛行中にバッテリーを動かしたくありません。また、すべてのコンポーネントに正しく接続され、十分な電力が供給され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になっていないことを確認してください。空中で電力を使い果たしたくはありません。

初めてのテスト飛行では、DIY ドローンをテストするためのオープン エリアを見つけてください。オープン エリアは、小型機が墜落した場合の損傷を最小限に抑えます。また、何か問題が発生した場合でも、オープン エリアはドローンが引き起こす可能性のある損害を制限します。飛行セッション全体を通して、ドローンが見える場所でドローンをテストしてください。

小さなドローンを地面に置き、コントロールのスイッチを入れて、最初の飛行をしましょう。ドローンをゆっくりとスロットルを上げて、開始時に低高度に保つことを忘れないでください。そうすることで、ドローンが制御不能になって墜落した場合に深刻な損害を防ぐことができます。

指示に従い、適切な注意を払う (そして予期せぬ事態が発生しないようにする) 場合、UAV はスムーズに離陸するはずです。

初飛行おめでとうございます!

結論

この記事では、ドローンをゼロから構築する方法について説明します。考慮すべき要素はたくさんありますが、まず、さまざまなコンポーネントを理解し、適切な部品を選択する方法を理解することから始めます。 UAV にカメラなどのアクセサリを追加すると、ドローンの機能が大幅に向上します。美化された凧を飛ばす代わりに、カメラ付きのドローンはさまざまな方法で役に立ちます。

ドローン設計の成功は、推力と重量の比率から始まります。最高のドローンは、飛行できるほど軽量でありながら、空中でバランスを保つのに十分な重さを備えていることを常に忘れないでください。

ドローンを構築するための実際の手順はわずかに異なり、いくつかの小規模または中間の手順が含まれることに注意してください。それは、ドローンのコンポーネント、アクセサリ、プログラム、および種類が人によって異なるためです。また、それらを構築してつなぎ合わせる方法は、各個人がドローンをどれだけ単純または複雑にしようとしているかによって異なります.

特に完全な初心者の場合は、FPV ドローン キットのパーツを結合しても問題ありません。そうすることで、関連するさまざまな部分や手順に慣れるのに役立ち、また、自分のものをゼロから構築することに決めたときに何を期待するかを感じることができます.

初めての DIY ドローンは完璧ではないかもしれませんが、練習すれば完璧になります。そして、それが地面から浮き上がるのを見るときのスリルは、将来的により良いバージョンを構築するための十分な動機になります.