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ArduPilot自動PIDチューニング AutoTune APM
自作無人飛行機作り方ガイド（01-導入）
前書き：
小型UAVが世界中で普及して以来、その技術関連情報はほとんど英語圏国家からのものです。日本語やポルトガル語の情報はめったにありません。台湾でも同じです。中国語に翻訳した資料がいくつかありますが、中国ショップが翻訳したもので、内容が中途半端で古いものだらけです。台湾のユーザー同士の討論や発表もあまり見られません。大部分のユーザーはRTF製品を買うのを見て、本当に心配に思います。
それに対して、英語圏国家では、オープンソースに基づいた小型UAVは幅広く使われています。それに関する情報もたくさんあります。ユーザーは1000～2000ドルをかかれば、約15000ドルのDJI製品より性能がよいものを作ることができます。
そのことを皆さんに知らせたいと思って、ここで、紹介文をシリーズとして発表しました。このシリーズ文は初心者を対象に、自分で無人飛行機を作成する一番簡単な方法とその関連知識を紹介します。
このシリーズの説明文は中国語、英語、日本語、ポルトガル語という4国語で発表します。ユーザーの皆さんの役に立てればと思います。
無人飛行機の由来：
アマゾン通信販売が無人飛行機を小さい荷物の配送に応用する計画を発表したことをきっかけに、ビジネス用無人飛行機に関心を持つ人が多くなりました。タコのような形を持つ小型UAVもよく見られるようになりました。今までSF映画に出るような先端的な設備と思われるものは、突然に皆さんの日常生活で出てきたように思われるでしょう。このような無人飛行機には、爆弾などを敵国に投げ落とす武器とは、どんな違いがありますか。
無人飛行機といえば、アメリカ軍が使っているUAVを思いつくでしょう。長い主翼に灰青色の塗装、下にボールをぶら下げられており、地球の向こう側へ飛ばして敵を攻撃する、何千万ドルもある先端武器。でも、これはUAVの氷山の一角にすぎません。
ここで紹介するものは、近い未来で皆さんの身近な存在になるかもしれない設備です。非典型的航空機の外観をもつ、フルオートコントロールで作動する航空機。プロ撮影や映画、ニュース、災害救助などの分野で、今まで大金を注ぎ込んでヘリコプターを出さなければならない（または、出すことができない）場合に応用できます。
自作では、お金がどのくらいかかりますか。一番経済的なやり方では、約500～700ドルをかかればかなりの成果が出ると思います。Full HDの画面、安定性のあるジンバル、定所飛行、オートパイロット。１台の高級DLSRカメラの値段に近いです。多く使われている応用分野といえば、やはり「撮影用航空機」に位置づけられています。その操作方法がとても簡単です。ほとんどのものは直感的な操作方法を持っています。
残念なことに、カメラといっても、航空機は空中を飛ばすものだから、墜落する可能性がないとは言えません。旅客機までも事故が起きる可能性があるから、このような3～5万元くらいのモデルは墜落しないことはないでしょう。そのため、ここで皆さんに注意してもらいたいことがあります。
- いくら安定性が高い、先端的設備をどれほど搭載するUAVも、墜落する可能性があります。人の上を飛ばすことは遠慮すること。
- いくら安定性が高い、先端的設備をどれほど搭載するUAVも、墜落する可能性があります。カメラなら、故障したら撮影できなくなるまでのことですが、UAVが故障したら、全部台無しになる恐れがあります。
- いくら安定性が高い、先端的設備をどれほど搭載するUAVも、墜落する可能性があります。飛行する前に詳しい検査すること。墜落事故が起きないように、マニュアルをよく読んで、経験者によく聞いたほうがいいです。
- おもちゃに見えますが、決しておもちゃではありません。危険性があるので、傷つかないように注意すること。
マルチコプターの起源
最近出てきた小型UAVはほとんどタコのような形ですが、これもUAV最近の活躍にちょっと関係があります。ここではまず、「ビジネス用初級UAV」を紹介します（これからは実用性がもっと高いものを紹介します）。ビジネス用初級UAVは、約5～6年前に開発されました。無人機の操作システムで一番大切なのポイントは姿勢センサーにあります。姿勢センサーは単純なものではなく、高度、スピード、角速度、重力加速度などを感知する、複雑な構造を持つものです。5～6年前には、値段がすごく高いだけでなく、アメリカからの輸出が禁止されていたものも多いです。その状況は関係があまりないある製品の発売で変わりました。それはiPhoneとWiiです。その2つの商品の発売につれて、高性能センサーが安く提供されるようになり、幅広い分野で応用できるようになりました。その時代の流れは、関連業界で10年もいた筆者も自分の目で見ました。エンターテインメント用の1軸ジャイロセンサーのICは1000台湾元（約34ドル）以下の値段でしたが、今の6軸（3軸角速度＋3軸重力加速度）ジャイロセンサーは100台湾元だけです。すごい値段変化でしょう。
このようなセンサーが現れてから、UAVの自作を趣味として楽しんでいたエンジニアが出ました。アメリカやヨーロッパでは、掲示板で自作プロジェクトのような案が出されて、ユーザーたちが力を合わせて開発に取り込むこともあります。台湾のおしゃべりのための掲示板とは大きく違います。そのユーザーたちによる設計されるものは、「open source」製品と呼ばれています。
Mikrokopter
小型UAV最初のオープンソースプロジェクトはたぶんドイツのMikrokopter (MK) プロジェクトでしょう。5～6年前始まり、2年の開発時間を経って、成果が出ました。その時のUAVは、GPSロック、自動追跡など、今のUAVのほとんどの機能を持っているものです。スマートフォンはまだ流行っていませんが、その時ヨーロッパでよく使われているNOKIAケータイ環境でUAVを操作しようとしたユーザーもいました！すごいでしょう。大体その頃、「ビジネス用初級UAV」が発売されました。はっきり言っていませんでしたが、MKプロジェクトの基本技術に基づいて開発されたものがほとんどです。「初級」とはいえ、その値段は50万台湾元（約17000ドル）もありました。
マルチコプターの基本構造もMKプロジェクトによって定着しました。伝統的なヘリでは、ローター制御部分が複雑すぎるし、固定翼機では離陸・着陸スペースの問題があるのて、プロペラが簡単に固定できる構造が採用されました。この構造では、プロペラの回転数を操作することで、姿勢を変更することが可能になりました。また、時計回りプロペラと反時計回りプロペラとを一緒に使うことで、バランスを取ることも可能になりました。4軸から、6軸、8軸、その他特殊の形のものもどんどん開発されました。実はMKプロジェクトは今も進んでいますが、興味のある方はこちらのページで参考してください。
Ardupilot
プロジェクトが始まってから2、3年後、違う発展方向が出ました。MKプロジェクトはC言語などを採用されているので、専門性が高すぎると思われていました。しかも掲示板でもドイツ語を主な言語にしていたので、言語も問題になりました。そのため、アメリカ人がArdupilotプロジェクトを立てて、開発ソフトはArduinoを使いました。そのソフトは簡単に取得可能で、使用方法もとても簡単です。複雑な言語を使う必要がなく、プロジェクトの合理性に重点を置くものです。暇な時の趣味としていじっている人がたくさんいました。筆者もその一員でした！最初は固定翼、ヘリコプター、陸上運輸機という3つのプロジェクトがありましたが、だんだん「Ardupilot」という1つプロジェクトにまとまりました。それは今まで一番よく発展されているオープンソースプロジェクトです。よくまとまったハードウェア、理解しやすいソフト、簡単な操作・取り付け方法、優れた機能。時間がある時、このコントローラーをテーマとして紹介文を書きたいと思いますが。
ほかにも規模がそれほど大きくないプロジェクトがあります。たとえば、multiwii copter。名称から想像できるように、Wiiリモコンに使っているセンサーで開発作業を進めるプロジェクトです。また、韓国のKKプロジェクトもよく知られています。
中国の役割
「中国は世界の工場である」というのがよく言われますが、確かにそうです。「ビジネス用初級UAV」製品のほとんどは中国人により作られたものです。
上記のオープンソース製品の売りが見つかり、中国工場はエンジニア用の難しいソフトインターフェースを簡単なものに改良して、現代的な外観デザインをして、大量に生産します。
新発展した市場なので、今改善する必要がある製品もたくさんあります。「初級UAV」とはいえ、3～5万元の設備です。墜落してしまったらゼロになることは、普通の人にとってはやはり納得し難いことだろうと思います。
次はオープンソース製品の基本知識を紹介するつもりです。
中国のビジネスマンはよくこんな策略を使います。まず低い値段の基本設備でお客さんを引き付け、レベルアップ用の設備を高い値段をつけます。それで、レベルアップ機能が必要となるお客さんはやむなくたくさんのお金を投入します。
この策略にも長所があります。レベルアップに大金がかかるので、ユーザーは初級設備を完全にいじってから、より高い機能の設備を買うようになります。そのやり方はさっき話した「いくら安定性が高い、先端的設備をどれほど搭載するUAVも、墜落する可能性があります。飛行する前に詳しい検査すること。墜落事故が起きないように、マニュアルをよく読んで、経験者によく聞いたほうがいい」という方針に合っています。
しかし、ホビーの視点から見れば、やはり高すぎます。機能が少ない、値段が約1000～1500ドルの初級レベルのものから、まだ完備化されていないオートパイロットやデータ監視機能を持つ、SONY NEX一眼カメラを搭載可能なものにレベルアップするには、なんと10000～20000ドル以上かかります！
ここで紹介するやり方は、安くできますが、十倍の時間がかかる方法です。少しずつ学んで、少しずつ身につけて、少しずつ楽しんでいきます。UAVを完全マスターするには、時間と努力が必要です。