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航空機、宇宙機に関することについて書いてあります。

Super Sylphide 進捗状況(46) -- TinyFeatherの誘導制御スケルトン

無人航空機(UAV)用オートパイロットシステム TinyFeatherですが、ようやく足回りが終わり、楽しい匂いがするところにやってきました。誘導制御です。ちなみに僕は天邪鬼で、足回りである航法の方が面白かったりします。

誘導制御則を実装するにあたって、その骨組み、スケルトンを作ってみました。

図を説明すると、1つのループが一定時間間隔で繰り返されることで誘導制御を構成しています。中央の円がそのループで、順を追って説明すると

1. 航法情報(どこをどういう状態で飛んでいるのか)の取得
2. 入手した航法情報を元に誘導制御(どこをどうやって飛びたいか)の計算をする
3. その計算結果を元に舵面やモータを、サーボ、スピードコントローラで動かす
4. 計算結果のログを残す
5. 地上局(Ground Station, GS)にテレメトリ(どこを飛んでいるかなど監視用情報)を送信

となっています。加えて、地上局からWay Point (WP)の変更など飛び方の指令が非同期的に送られてくる可能性があるので、それを処理できるよう、図の下に示すアップリンク通知ブロックがあります。

コードはguidance_control_skeleton.cppにあります。航法情報として得られるものはヘッダ guidance_control.h に書いてあります。TinyFeatherとこのコードを使って、皆さん独自の制御則を作ってみることが可能なようにしていきたいです。

※Tiny Feather用ADSがようやく完成しました。

Super Sylphide 進捗状況(42) -- Super Sylphideに関連した成果

無人航空機(UAV)向けオートパイロット装置Super Sylphideですが、ぼちぼち過去の成果が公表されつつあるようなので、まとめを作っておこうと思います。

そもそもこの装置は僕の趣味で作っていた航法装置だったのですが、いつの間にか大きな流れに巻き込まれていました(サーボ基板を作ったあたりで状況が変化、笑)。
というのも、制御の技術を使えば、故障した航空機でもある程度は安全に飛行を続けることができる、ということを証明するプロジェクトがあり、それを有人の航空機で実験するのは危険なので、無人航空機で実験しよう、ということになりました。詳しくは日本航空宇宙工業会(SJAC)のリーフレットを参考にしていただきたいのですが、兎に角、計算が複雑な現代制御則を、スペースや重量に余裕がない無人機上で実行することが可能な環境を整える必要があったのです。
結局、僕の航法装置は無人航空機用オートパイロットに強制的に進化をしました。それを使って最終的には、主翼の一部が壊れても、無事に無人航空機を飛行させ続けることができました。

以下、箇条書きで紹介していきたいと思います。

• 東京大学のプレスリリース
• 一緒にやっていた富士重工業さんのプレスリリース
• シマフジ電機さんの協力で、機器の信頼性が飛躍的に向上しました
• 主翼が破損しても飛びつつける映像が公開されています

なお上記の成果は、僕以外の多くの方があってこその成果で、僕はあくまでもSylphideに関わる部分を面倒見ただけであることを、明記しておこうと思います。また、新しいTiny Featherもいろいろと動きがあるのですが、それもまた近いうちに紹介できるよう努力したいと思います。

※その他、室蘭工業大学の無人航空機でもSuper Sylphideは使われています。

※※次の進捗記事は、Tiny Featherのアクリルパネルの話です。

AR.Drone プロポで手動操縦

iPhoneなど操縦できる空飛ぶおもちゃ AR.Drone ですが、『iPhoneで操縦できるラジコンが許されるのは小学生までだよねー』という声が天から聞こえたような気がしたので、純粋にラジコンとして楽しめるように検討を重ねてきました。この中でモータを制御しているBLC(Brushless Controller)の配線状況やプロトコルを把握できたことにより、ラジコンの一般的な方法であるプロポでの操縦ができそうな状況までもっていくことができました。

そしてこの度、プロポでAR.Droneを操縦することができました。『AR.Drone用何か Rev.B』基板を使っています。ソースコードはこのあたりにあります。

仕様機材: 緑の基板は自作。

ちょっとガッカリな動画かもしれませんが、スロットルで全体のペラの回転数を制御しているのが確認いただけると思います。動画にはありませんが、機能的には他の三舵(エルロン、エレベータ、ラダー)も操縦に加えてあり、それぞれ4つのモータの回転数に差をつけるよう働かせることで、ロール、ピッチ、ヨーの動きがでるようにしてあります。

次は広いところで実験をしてみたいのですが、おそらくプロポからの操縦だけでは安定して飛ぶことはできないと思います。ラジコン用のジャイロをいれてピッチやロールがふらふらしないように制御する必要がありそうです。

AR.Drone プロポで操縦したい

AR.Droneという空飛ぶおもちゃですが、iPhoneやiPadなどの高度な機器からの操縦を前提されているため、ラジコンに関わっていると少々物足りない気分になってきます。ラジコンといったら、iPhoneやiPadではなく、もちろんプロポですよね! というわけでAR.Droneをプロポで手動操縦する手段をここしばらくの間調べています。ある程度情報が集まったので、まとめておきたいと思います。

Yellow Jacketを使って手動コントロール

実は既にプロポによってAR.Droneを制御する方法が編み出されています。『RC Controlled AR.Drone』に書いてあることなのですが、追加搭載したYellow Jacketという無線LAN装備のArduino互換基板、およびラジコン受信機が、IPhoneのフリをすることで可能になります。この方法、AR.Droneの安定制御を生かしつつプロポによる手動制御を可能にしているので、確かによくできています。
しかしながら、無線リンクが冗長(プロポから受信機へのラジコンと、yellow jacketからAR.Drone基板への無線LANの2リンク)であり、またAR.Droneの制御を切って真の手動制御を行うことはできないので、僕は満足がいきません(笑)。Arduino互換機を使っている点もマイナスです(笑)。

モータを直たたきしたい

そういうわけで、AR.Droneの中央の基板を経由せずに、四隅にあるモータをコントロールしている基板(BrushLess Controller (BLC)と呼ばれたり、Electric speed controller (ESC)と呼ばれている)に直接プロポから指令を送れないか、検討しています。といってもラジコン受信機から出るPWM信号を、AR.DroneのBLCが解釈できるわけではないようです。
基板を観察してみた結果、AR.Droneの中央の基板と、四隅のBLCはTX/RX共通のシリアル通信、および汎用I/O接続されていることがわかりました。またオシロをあててみた結果、指令はシリアル通信に頼っているようで、これでモータの回転を制御したり、BLC基板上にあるLEDの光り方を調整しているようです。この通信規約(プロトコル)がわかれば、BLCを思いのまま制御できプロポを使った完全手動操縦への道も開けることになりますが、これは現在調査中です。なおシリアル通信の規格は115200bpsで、スタートビット/ストップビットは1bit、パリティなしです。
さらにですが、このシリアル通信は中央の基板においてはメインチップのARM9を組み込んだSoCのParrot6上のシリアルポートに接続されているようです。Parrot6ではLinuxが動いているのですが、『Let’s get serial!』によるとBLCと接続されているシリアルポートは/dev/ttyPA1に割り当てられているようです。オシロを当てずとも、このシリアルポートのデータの流れを見ていれば、先ほどのプロトコルは解析できそうですね。
おまけ情報ですが、AR.DroneはLinuxを搭載しているということもあり、ソフトウェアの一部がGPLというソースを公開しなければならないライセンスの元に開発されていることがわかりました。ソースを公開することに関して議論が行われた形跡を『Where are the LINUX gpl stuff for the arm9 board are avaiable?』に見ることができます。現在はGPL分をはじめとして一部はここやここでソースが公開されています。

※その後、AR.Drone上でソフトを動かす方法を調べてみました。

Turnigy9x 国内でも使いたい

ラジコンを制御するために使うプロポというものがありますが、以前そのプロポについてTurnigy9xという激安製品について触れました。ところがこの製品は海外向けでして、そのままで国内で使った場合、電波法に抵触してしまうようです。法律によると、許可なくむやみに電波を出してはいけない、ということになっています。

しかしこのプロポは中身をいろいろと弄って遊ぶことができるので、なんとか国内でも合法的に使用できるようにしたい、と考えました。そこで、問題の電波に関係する部分(送信モジュール)を取り替えてしまえば合法化できる、というのが今回の肝です。

Turnigy9xの送信モジュールは裏面に着脱式であり、プロポのブランドであるJRと互換性があるようです。つまりJRの送信モジュールをつければいいということになりますが、JRのモジュールはTurnigy9xの値段から比べてしまうと高額な製品ですので、Turnigy9xの魅力が半減してしまいます。ところがJRと互換性のある送信モジュールで、国内でも認証を受けている比較的安価な製品を2つ見つけることができました(もし他にもご存知でしたら情報お待ちしています!)。

まず1つはFrSkyの送信モジュールです。たとえばBigNutsさんで購入することができます。値段もさることながら、機能的にも面白く、通常の地上から機体へという無線だけではなく、機体から地上へデータ転送を行うテレメトリの機能も有しています。その機能の1つとして、バッテリの電圧監視機能がありますが、これを使えばバッテリの電圧低下による墜落の可能性を下げられることになると思います。

もう1つはHitecの送信モジュールです。ラジコン夢空間さんなどで購入できます。FrSkyと同じくテレメトリ機能を持っていますが、それを使うためには専用のシステムを構築する必要があるようです。またFrSkyよりも高価なようです。

最後に、ここで紹介したモジュールですが、いずれも国内向け商品で、電波法に定める技術基準適合証明(通称、技適)を通ったものです。海外の同等製品を直接個人輸入することも可能ですが、それについては技適を通っていないという扱いですので、電波を出してしまうと電波法に抵触するようです。海外にいい製品があってもなかなか合法的に使うことができないのは残念ですが、仕方がありません…。

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プロポとPCの接続

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訳あって、体育館などの室内で飛ばせる模型飛行機の自律飛行を検討しています。室内で飛ばせる、というのが非常に制約になっていて、まず機体が小さくなければいけません。重さでいうと、全体の重量では150g以下... [この記事を読む]

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先週の日曜日、お台場の近くにある科学未来館というところに遊びに行ってきました。目的はJAXAの小型超音速実験機『NEXST-1』の実機展示です。実際にオーストラリアで打ち上げられたものを会場で生展... [この記事を読む]

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僕は実は航法(ナビゲーション)という分野の研究をしていることになっているらしいです。ということで、最近GPSも守備範囲にしたいなと思い、日夜そういった関係の文献・サイトを漁っています。 日本ではほと... [この記事を読む]

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H2A 9号機の打ち上げが迫っています。18日の15時26分だそうで、今のところ準備は順調に進んでおり、当日の天候も晴れ後曇りで問題がない見込みのようです。 ということで、これから種子島にロケットを... [この記事を読む]

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今日から実験で下地島というとこに行ってきます。下地島というのは、沖縄の宮古島の隣の島で、島全体がほぼ空港の島です。島にある航空ということですが、あなどるなかれ3000mの滑走路があり(ちなみに羽田は3... [この記事を読む]

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先月17日に調布飛行場にてセスナで実験をしてきましたが、そのデータを整理してみました。いちおうデータは取れているみたいです。特徴的なものを紹介したいと思います。 GPS 2D履歴 調布周辺を飛び... [この記事を読む]

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STS-114 無事帰還!!

スペースシャトル ディスカバリーが無事帰還しました。成功してくれて嬉しい限りです。 エドワード空軍基地22滑走路に降りた瞬間を赤外線カメラで捕らえたもの(© NASA)。夜間着陸。 今日は有楽町... [この記事を読む]

STS-114 断熱材剥離

STS-114(スペースシャトル ディスカバリー)ですが、打ちあがったはいいものの、断熱材の剥離問題が解消しておらず、次回以降のフライトが無期限延期になってしまったようです。 白丸が剥離した部分。... [この記事を読む]

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STS-114(スペースシャトル ディスカバリー)打ち上げ成功、おめでとう!! (写真は© NASA) 長かった沈黙をやぶり、とうとう打ち上げられました、スペースシャトル。感動のあまりTVの前で涙... [この記事を読む]

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祝、打ち上げ成功!!本日、宇宙研のロケット、M-Ⅴ 6号機が打ち上げに成功したようです。 写真は打ち上げの瞬間(© JAXA)。 ネット中継みましたが、現地の天気はよかったようで、問題なく発射シ... [この記事を読む]

M-Ⅴ 6号機 打ち上げ延期

本来なら今日が宇宙研のロケットM-Ⅴ 6号機の打ち上げ予定日だったのですが、悪天候のため延期されてしまいました。残念です。 悪天候とのことですが、宇宙研の先生の話によると予測された気象条件とあわない... [この記事を読む]

愛知万博ロボット週間にむけて

僕のいる研究室では愛知万博ロボット週間(6/9～6/19)に参加します。OBK-Skyeye 1 & 2という飛行ロボットを展示します。 そういうわけでその展示の予行演習ということで、昨日、今日と大... [この記事を読む]

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26日にH2A 7号機が無事あがったようです。良かった。(写真は、© RSC/JAXA) 今回は気象観測衛星『ひまわり』の後継となるMTSATという衛星を打ち上げるのがミッションでした。ピギーバッ... [この記事を読む]

ハッブル宇宙望遠鏡

人工衛星を用いたミッションで最も成功したといえるハッブル宇宙望遠鏡ですが、巷で言われているように延命治療を施すことなく寿命をもって運用を終了することに決まったようですね。気になったので色々と調べてみま... [この記事を読む]

『MEMS センサを用いたINS/GPS 複合航法システム』

卒論ですが、実機試験はまだなのですが、文章がある程度まとまったので未完ながら公開したいと思います。結局タイトルは『MEMS センサを用いたINS/GPS 複合航法システム』です。まんま。 本文(未完... [この記事を読む]

翼型データ

新年早々卒業設計に悩まされる日々です。ということで翼型の参考リンク集。 翼型サーチ(国内)Polar CurveなどJavaFoi [この記事を読む]

PCB発注

卒論用の基板を発注しました。Eagleで作成、Olimexに発注です(詳しくはここ)。見栄えがするようにべたアースは消してあります。 この基板は慣性航法のIMU(Inertial Measure... [この記事を読む]

ARLISS 2004

缶サットですが、打ち上げ段階に入りました。今日から渡米して、打ち上げ試験をしてきます。 今回の缶は『センサ詰め込み缶』です。ロボットを作っている方にはお馴染みでしょうが、司のジャイロを3軸、アナ... [この記事を読む]

『超小型航空機における位置および姿勢の同定』、中間発表

卒論の中間発表を先週の木曜日に行いました。そのときの資料を公開します。パワポとレジュメ。もし何らかの形で使用したいと思われましたら、メールしていただけると幸いです。 タイトルは『超小型航空機における... [この記事を読む]

缶サット 板倉実験

7/14早朝、群馬県板倉町にある敷地に缶サットの試験に行きました。 缶サットというのは空き缶サイズの人工衛星(もどき)で、あの超小型人工衛星のCubesatをやっている中須賀研究室が学生の教育のた... [この記事を読む]

X Prize!!

いゃー、すごいですねー、X Prize。1人で宇宙空間にいくところまでは成功したみたいです。写真はSpaceShipOne。 成功したチームはScaled Compositesというチーム。母艦の... [この記事を読む]

全翼機

今年もまた5月祭がありますが、それにむけてR/C飛行機を作成しました。写真の赤いやつを含め、2台つくりました。 全翼機とよばりれるタイプの飛行機で、尾翼がなく、全体が一枚の羽で構成されています。 ... [この記事を読む]

筑波宇宙センター

なんだかわかりますか? 正解は、宇宙飛行士が訓練を行うための巨大なプールです!! 筑波宇宙センターに見学に行ってきました。ALOS(陸域観測衛星)とETS-8の実物、『きぼう』のコピーがおいてあ... [この記事を読む]

H2A 発射台(整備塔)

最近、写真がなくて寂しいので、探してきました。これはH2Aの発射台(整備塔の中にいる状態)を下から見上げて撮ったもんです。先っぽの丸の部分に、あのトンガリがピタっとはまります。もちろん、場所は種子... [この記事を読む]

フライトシミュレータ

研究室ではラジコンを飛ばしているので、それの操縦訓練の一環としてラジコンのフライトシミュレータを現在特訓中です(遊びではありませぬ)。 なかなか難しいですね。ラジコンといえども凄いやつになるとジェッ... [この記事を読む]

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種子島に行ってH2Aの射場を見てきました(3/17)。むなしくなりました…。 H2Aは実は2機同時期に整備&発射できるようになっているらしいですが、予算の都合でロケットをあまり打ち上げられないので、... [この記事を読む]

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ガンダムSEEDでアークエンジェルが大気圏に突入する際、ゲル状の液体みたいのを放出していましたが、あれって地球に突入する際の空力加熱の影響を制御するためのもんだったんですね。ということを今日の空力の授... [この記事を読む]

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H.I.S.で月の土地プレゼントキャンペーンなるものをやっているようです。ほんとに月の土地がもらえる??、ということで興味があったので調べてみました。 もらえるのはどうやら月の土地の権利書のようです... [この記事を読む]

軌道エレベータ会社

今日、授業で軌道エレベータの話がでました。軌道エレベータというのは、地球の静止軌道まで長いロープでエレベータを作り、ロケットなどの野蛮な(笑)手段に頼らずにモノ、例えば衛星や宇宙船を運ぼうという技術... [この記事を読む]

人工衛星シミュレータ

学科の課題でつくりました。現在のところ、数値の羅列しか出力しないので、つまらないです。時間があったらDirectXやOpenGLを使ってビジュアルに表示できるようにしたいと思います。 ソースはここ ... [この記事を読む]

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今日はライト兄弟が大空を飛んでから100年目の日です。ライト兄弟による初飛行は数秒しか飛んでいませんが、現在までの飛行機の急速な進歩をみる限り、この飛行は偉大な一歩ではないでしょうか。 今日はその1... [この記事を読む]

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BRUTUSという雑誌の1月号のタイトルが『夢の値段』。その題のとおり、内容は夢を実現したらいくらかかるかということで書き連ねられています。 宇宙旅行に行きたい…22億円にはじまり、ゾウガメに乗りたい... [この記事を読む]

駄目なプロジェクト名

Milanoさんのところの記事『プロジェクト名自動生成ツール』を読んで思ったこと。プロジェクトの名前はやっぱりかっちょえぇものがいいという話なんですが、かっちょえぇ以前に本当にましな名前をつけないとあ... [この記事を読む]

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今日、製図の授業があったんですが、課題のチェックだけだったので30分もかからないうちに終了。その後、製図のT先生と会話をしました。で、話題は『航空機をもっと手ごろに』。 T先生いわく、俺は一家に一台... [この記事を読む]

Airbus Beluga

今回はエアバスの変わり者飛行機、Beluga(ベルーガ)の紹介。この飛行機を紹介するに至った理由は、研究室で今日借用したコップにベルーガの絵が書いてあったから、ただそれだけ。 名前の由来となった... [この記事を読む]

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『ロケットの父』ツィオルコフスキーご本人 『近代ロケットの父』ゴダードのロケットの実験。飛び上がった高度はわずか、10mにも満たなかったらしい フォン・ブラウンが開発したV2ロケット。ドイツはベル... [この記事を読む]

サイエンスZERO 飛行機

火曜の深夜(0:00～0:44)にNHK教育でやっているサイエンスZEROという番組、昨日の回は飛行機についてやってました。 その内容で興味をもったのが、地面効果(表面効果ともいう)を活用した地... [この記事を読む]

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今日、製図の授業で、T先生が航空機のリベット(板と板をつなぐ接合部品)やネジを持ってきてくれました。 一番びっくりしたのが、左の写真。これ、バレルボルト(形が樽に似ているからこういう名前だそうです... [この記事を読む]

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本日、打ち上げられます。『SERVIS-1』(サービス・ワン)とは衛星の名前で、民生品をできる限り利用した初の廉価版衛星らしいです。文科省の管轄の衛星だったと思う。打ち上げは日本のロケットではなく、ロ... [この記事を読む]

A 109K2

学科の製図課題はヘリコプターにしました。Agusta A 109K2。写真にもあるとおり、このヘリは富山県警の山岳警備隊で使われているもので、名前を『つるぎ』といいます。このヘリは山岳遭難の救助に... [この記事を読む]

747-400

の操縦を今日してきました@学科のフライトシュミレータ(実験でね)。着陸をやった。で、結果は、というと、乗客が1000人くらい死んだ=5回やって2度着陸成功。でも言い分けさせてもらうと、その失敗した3回... [この記事を読む]

神舟5号

中国で有人宇宙船『神舟(Shinsyu)5号』が打ち上げに成功した模様。地球を14周して内モンゴルに着陸する予定らしい。いゃ、すごいですね、日本からこんなにも近い国で有人が可能になるなんて…。これ... [この記事を読む]

707

学科の課題で飛行機を一機選定することに。Boeing707にしました。トリプルセブン(777)とかのご先祖様です。で、真二実験課題はこのパラメータを使うことに決定しました。で今日は707の解説をジェー... [この記事を読む]