Yuckey Lab

主にFPVドローンレース/作ってみた系/プログラミング/工学全般などなどについて,しがないエンジニアが徒然なるままに書き連ねるブログ

FPVレースドローンの作り方(パーツ選び編)

 

こんにちは

Yuckeyです.

 

今回はFPVレース用ドローンの作成に必要なモノをまとめたいと思います.

  • これからレース用ドローンを自作したい
  • これからドローンレースに参加したい
  • FPVドローンで空撮/フリースタイルフライトしたい

といった方のために,私のこれまでの経験などを含めて

現在FPVレースドローンの主流となっている5インチ機についてまとめてみようと思います.

 

今回の記事では,アマチュア無線の取得や基地局申請等の説明は省略し,FPVレースドローンに必要な,ドローン本体や周辺機器等のハードウェアについてまとめています.

1.FPVドローンに必要な部品一覧

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1−1.ドローン本体

  • フレーム
  • モーター
  • ESC(モータードライバ)
  • フライトコントローラー
  • プロペラ
  • 受信機
  • FPV用カメラ
  • VTX(ビデオ送信機)
  • Lipoバッテリー

1−2.プロポ

1−3.FPVゴーグル

 

 

2.パーツ選びのポイント

2−1.ドローン本体

フレーム

NIDICI Black Pearl X5 210mm FPV Frame Chamfered Removable Arm with Gopro Mount Plate Carbon Fiber Racing Quadcopter Kit Compatible Foxeer Monster Runcam Swift 2 Camera

私がフレームを選ぶときは以下の観点に注目して選びます。

・価格:最近は私は価格を重視しているので2000円前後で選んでいます。
私の主観での相場観としては,
3000円:安い
5000円:普通
10000円:高い
という感じです.2000円は激安です.w

・重さ:軽いに越したことはありません。基本的にはなるべく軽いものを選びます。

・強度:フレームの構造や厚さから推測します。

・サイズ:5インチ機であればモーター間が220mm前後を選べば良いです。

・デザイン:自分が気に入るかどうかが大事です。

・アクションカメラマウント:クラッシュしたときにFPVカメラを守ってくれますし、アクションカメラも簡単に取り付けられます。

・配線のしやすさ:配線を想像しながら選定します。
・お勧めフレーム:


 

モーター

T-Motor F40 PRO II 2400KV Motor Grey

私がモーターを選ぶときは以下の観点に注目して選びます。

・価格:私は最近は激安路線を目指しているので4つで5000円程度を狙っています。通常であれば4つで1万円前後は見積もります。

・サイズ:2205, 2207, 2306などの4つの数字がモーターの中のステーター(導線が巻いてある部分)のサイズを示します。2桁ずつで分割し,最初の二桁が幅で、次の二桁が高さです。体積が大きいほうがトルクが大きくなりますが重くなります。

・KV値:2300KVとか2600KVなどの数値です。無負荷時(プロペラなどが付いていない状態)での1Vあたりの回転になります。KV値が大きいと、トップスピードが速いがトルクが落ちる傾向があります。プロペラとの組み合わせや機体の重さとも関わってくるので考え始めると選定が難しいです。

・重さ:軽ければ軽いほうがよいです。ワイヤーを重さに入れてない場合があるため注意です。

・構造:ボトムの形状が大きく違う場合があります。添付画像はボトムがむき出しのタイプです。

・ブランド:有名どころは、Emax, Cobra, T-motor, Brother hobbyなどがあります。私はこれまでEmaxを使っていましたが、格安路線に変更したためRacerstarを使い始めました。
・お勧めモーター:


 

ESC(モータードライバ)

High quality EMAX Bullet FPV ESC 6A 15A 20A 30A 35A ESC support DSHOT, Multishot,Oneshot42,Oneshot125150/300/600

ESCとはモーターの回転数を制御する基盤です。一般的にはモータードライバと呼ばれます。

私がESCを選ぶときは以下の観点に注目して選びます。

・構造:4in1かセパレイトの2種類があります。通常のESCは1つのモーターに1つのESCが必要であり、こちらがセパレイトタイプです。4in1は1つの基盤に4つのESCがすべて組み込まれています。4in1は配線が簡単ですが、1つが壊れた場合すべて交換する必要があります。私は5インチ機はセパレイトタイプしか使ったことがありません。

・電流値:5インチ機の場合は30A程度を選ぶ場合が多いです。は30Aを選んでおけば間違えないでしょう。

・価格:なるべく4000円以下に心がけています。通常は5000円程度かかると思われます。

ファームウェア:BlHeli_SやBlHeli_32が主流です。安いESCはBlHeli_Sが多いです。BlHeli_32は新しいファームウェアになっており、いろいろなスタートアップトーンがYoutubeで公開されています。いつか試してみたいと思っています。

・チップの種類:BB1やBB2があります。最近はほとんどBB2ですが安いESCの中にBB1のモノがあります。BB1ではD-shotがDshot300までしか対応していません。私はあえて安くなっているBB1のチップを最近買いました。

・重さ:軽い方が良いですが、ほとんど見ていません。
・お勧めESC:

 

フライトコントローラー

DYS F4 PRO FLIGHT CONTROLLER

フライトコントローラーとはドローンの姿勢を制御したりメインの演算を行う基盤です。ジャイロなどのセンサもこの基盤の中に含まれます。

私がフライトコントローラーを選ぶときは以下の観点に注目して選びます。

・価格:最近は3000円以下の格安フライトコントローラーを選んでいます。

マイコン(MCU):マイコンとはマイクロコントローラーの略で,小さなコンピューターの事です。F3やF4などの種類があります。F4の方が性能が高いため,最近はF4が主流です。F3の方が古いので安くなっています。操作性能などのほとんど変わらないという噂です。私はF4を選んでいます。

PDB:PowerDistributionBoardの略です。電源分配基盤のことで,バッテリから供給される電流を各ESCに分配する配電機能のことです。要は、バッテリ電源を直接FCに挿せたり、ESCへ電源を供給する配線があるかどうかです。私はESCかフライトコントローラのどちらかにPDBが付いているものを選んでいます。

・ジャイロ:MPU6000, MPU6500, ICM20689などがあります。ICMはセンサの感度が良すぎて逆に振動的になってしまう場合があるようです。MPU系列の方がトラブルは少ないかもしれません。

OSD:On Screen Displayの略です。FPVカメラの映像にバッテリ電圧や消費電流、コールサインなどの文字を重畳する機能です。PIDの変更やVTXの周波数変更のために私にとっては必須機能です。電源電圧のモニタリング等だけであればカメラについているOSD機能を使えば事足ります。

・SBUS:プロポ受信機との接続がSBUS接続する場合が多いため、SBUS対応の端子があるかどうか確認しています。ほとんどの場合対応しています。

ブラックボックス用EEPROM:飛行時のデータを記録する機能をブラックボックスと言いますが、そのデータを保存するためのEEPROMが付いているか確認しています。多くの場合SDスロットが付いていることが多いですが、EEPROMが付いているフライトコントローラーはあまり見たことがありませんが非常に便利です。
・お勧めのフライトコントローラー:


 プロペラ

GemFan FLASH 5152-3 PC Propeller (Black / CCW + CW) - GemFan-Prop-5152-3-Flash-Black

私がプロペラを選ぶときは以下の観点に注目して選びます。

・サイズ:今回は5インチ機なので5インチを選びます。

・ピッチ:プロペラを1回転させた時にどれだけ進むかを表す数値です。数値が大きいほうがブレードが立ってきます。

・ブレード数:5インチレースなどでは3枚が主流だと思います。最高速度を競う場合などは2枚にされている場合が多いように思います。

・ブランド:Dalprop, GEMFAN, HQprop, RaceCraftなどが有名です。私は最近はDalpropの5050ばかり使っています。

・強度:柔らかい方がクラッシュした際にも手でもとに戻せます。堅いとクラッシュした際に直ぐに折れて飛行不能になってしまいます。

・評判:youtubeなどのレビューやトップ選手がどれを使っているかなどを見ています。
・お勧めのプロペラ:

 

 受信機

日本国内で使用する場合は技適の関係上Futabaのプロポを使うことが多いです。Futabaの最近のプロトコルはT-FHSSとS-FHSSがあり、テレメトリ機能を使わない場合はS-FHSSで十分です。私は受信機の安いS-FHSS対応のサードパーティ製の安い受信機を使っています。Futaba純正の受信機を使われる方も多いです。
私が受信機を選ぶときは以下の観点に注目して選びます。
・価格:2000円程度でサードパーティー製の受信機を使っています。Futaba純正の受信機はサードパーティ製に比べて高価です。
プロトコル:自分のプロポのプロトコルが使えることを確認します。私はS-FHSSが使えることを確認しています。
・アンテナ:ダイバーシティアンテナ(2本アンテナ)かどうか確認します。基本的にダイバーシティアンテナの方がアンテナ1本に比べて受信の性能が高いです。
・サイズ:受信機を配置する場所にいつも困るためなるべく小さいものを選びます。
・フライトコントローラとのプロトコル:SBUSを使う場合が多いのでSBUSに対応しているか確認します。
・お勧めの受信機:

 

 FPV用カメラ

 私がFPV用カメラを選ぶときは以下の観点に注目して選びます。
・価格:通常4000円程度が相場だと思います。私は最近は2500円程度の格安カメラを使用しています。大会に耐えられる性能なのか検証中です。
・センサ:CCDやCMOSがあります。従来CCDが一般的でしたが、ここ最近CMOSのカメラが高性能カメラの上位を占めています。従来のCCDカメラが安くなっているので今がチャンスかもしれません。
アスペクト比:4:3なのか16:9なのか。使用しているゴーグルのスクリーンサイズによって決めます。Fatshark HD3を使われている方は4:3を選べば問題ないです。
・TVL:TeleVision Linesの略です。解像度にみたいなものです。白黒の線を何本まで表現できるかという指標です。数値が大きいほど多くの線を表現できる⇒細かいところまで見えると理解しています。
・FOV:Field Of Viewのことで視野角です。100deg、150degなどカメラの正面からどれだけ広くを見ることができるかの指標です。レンズによって変わります。FOVが大きいと魚眼レンズのようになり外側がひずんでしまいます。
レイテンシー(遅延):レースのように高速に移動する場合遅延が大きいとかなり致命的です。WebページやYoutubeなどで遅延が致命的でないか事前に確認します。
・サイズ:Full、Mini、Microサイズが主流です。私はFullサイズかMiniサイズを使っています。Microは基盤がむき出しの場合が多いため耐久性に難がありそうな気がしているためです。レンズも小型になり性能が悪い場合が多いです。
・お勧めのFPVカメラ:

 

 

 VTX(ビデオ送信機)

TBS Unify Pro 5G8 V3 (RP-SMA)
 私がVTXを選ぶときは以下の観点に注目して選びます。
・価格:2000円程度を最近は選んでいます。3000円程度が相場だと思います。
・出力電力:25mW, 200mW, 600mWこれらの出力が選択可能であるかどうかを確認します。
・Telemtry機能:SmartAudio等のプロポの操作で周波数やチャンネルが切り替えられる機能が搭載されているかどうか
・アンテナ端子形状:アンテナ端子の形状にMMCX, IPEX, SMA, RP-SMAなどの形状があります。最近はMMCXの横出しを使っています。
・電波の綺麗さ:スロットルを上げた時にノイズが乗るかどうかです。これはレビューを確認するか使ってみるしかありません。
・お勧めのVTX:

 

 Lipoバッテリー

 

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 私がLipoバッテリを選ぶときは以下の観点に注目して選びます。
・容量:1300mAh, 1500mAh, 1800mAhなどが主流です。
・C値:60C, 100C, 130Cなどの表記です。上記の容量xC値が流せる電流量です。C値が大きいほうが瞬間的に大きな電流を流すことができるため、高い加速性能を得ることができます。
・セル数:4Sが主流です。4つのセルが内部で直列に接続されています。
・ブランド:R-line, GNB, ZOP, PEANUT, などなどあります。最近私はコスパの高いZOPばかり使っています。
・お勧めバッテリ:

 

 

 

2−2.プロポ

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私はFutabaのT10Jを使っています。最近はジンバルをつけた空撮もしたくなってきたので12Kなどのサイドスライダーのあるプロポにしておけばよかったと後悔しています。

私がプロポを選ぶときは以下の観点に注目して選びます。

技適:日本で使う場合、電波法上技適の通ったプロポを使う必要があります。そのためほとんどFutabaのプロポ一択です。本来であればTaranisのX9DでOpenTX, Crossfireの構成で使いたいのですが仕方ありません。

・モード:モード1とモード2が主流です。元々飛行機やヘリなどのラジコンをやられていた方はモード1が多く、ドローンから始められた方はモード2が多いです。私もドローンからラジコンを始めたことや直感的であることからモード2を使っています。

・スロットルのラッチ:スロットルスティックがラッチ式であるかどうかです。ラッチ式とは、スロットルのスティックを離した時に、その場で固定されるタイプです。センターにばねの力で戻るタイプもあります。私はセンターに戻るタイプを使用しています。

・チャンネル数:使用すると想定されるチャンネル数やスイッチ類が搭載されていること確認します。FPVレースドローンではT10Jのように10チャンネルもあれば十分すぎます。

・スイッチ類:ジンバル操作などを行って空撮する場合、サイドスライダーなどのスイッチが付いているかは確認したほうが良いです。
・お勧めプロポ:

12K FPVレーシングドローン用T/Rセット (T12KH-R3001SB/2) 00008546-3
 

 

2−3.FPVゴーグル

2−3−1.FPVゴーグル本体

 

 

私はFatsharkのDominator HD3使っています。

私がFPVゴーグルを選ぶときは以下の観点に注目して選びます。

・ブランド:Fatshark, skyzone, aomwayなど複数ブランドからFPVゴーグルが発売されていますが、現状はFatsharkの一強です。多くのトップパイロットがFatsharkを使っています。簡単に試着できる方はいろいろ試して自分に合ったものを購入されれば良いのですが、通販が購入手段になる以上,ほとんど試着できないことを考えると本格的にレースをしたい方などはFatsharkを選んでおくのが無難です。

・解像度:とにかく解像度が大きいものを選びます。解像度が大きいものは価格も高いので値段と相談です。

・FOV:視野角です。これは好みがあるため選択が難しいです。可能であれば知り合いに試着させてもらうことをお勧めします。

・ディスプレイタイプ:従来液晶が主流でしたが、Fatshark HDOのようにOLED(有機EL)の製品も登場しました。基本的には発光方法が違うため色合いが変わってくるはずです。

・DVR:ゴーグルで見ている映像を直接SDカードに保存する機能です。非常に重宝するため個人的に必須機能です。

・IPD:ゴーグルのスクリーン位置を調整する機能です。人の目の位置はそれぞれのためこの機能がない場合に見えずらい場合があります。

ダイバーシティアンテナ:アンテナを2本取り付けて電波状況の良い方のアンテナを使用する技術です。FPVフライトで映像が消えることは死活問題のためなるべくダイバーシティアンテナにするべきです。

・受信機:Fatsharkのゴーグルは受信機が別売りの物があります。特に,Dominatorなどの上位機種は別売りのため,注意が必要です。ゴーグルが届いたけど映像を見れない!とならないように受信機も一緒に購入しましょう。
・お勧めFPVゴーグル:

 

 

2−3−2.Fatsharkゴーグル用受信機

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Fatsharkゴーグル用の受信機です。

私は,Realacc RX5808を使っています。

私がFatsharkゴーグル用受信機を選ぶときは以下の観点に注目して選びます。

・ブランド:Furious True-D,Laforge,Cleanview,Realacc,などがあります。Youtubeなどでそれぞれの受信機のレビューが行われています。

・画面:設定変更用の画面が付いているかどうかです。安いモジュールはついていない場合があります。画面がある方がオススメです。

ダイバーシティアンテナ:アンテナを2本取り付けて電波状況の良い方のアンテナを使用する技術です。FPVフライトで映像が消えることは死活問題のためなるべくダイバーシティアンテナにするべきです。

・価格:私は6000円程度のものを選びました。高いものは1万円程度するものもあります。

ファームウェアの機能:イベント機能,ドローン探索機能などがあります。イベント機能は非常に便利で,あらかじめ設定した電波の周波数のみ切り替える機能で,レースなどに参加される場合や,複数人でフライトされる場合などは非常に重宝します。探索機能は,受信した電波の強さに応じてビープ音や表示をによってドローン墜落した場合にドローンのおおよその位置を探す機能です。ドローンのビープ音が聞こえない程遠くに墜落した場合などに力を発揮します。

 

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