Ardupilotドローン制作 ～ホバリングチェックまで～

まえがき

最近ドローンエンジニア会議なるものが開催され、X(旧Twitter)に会場の様子がポストされていました
それを見て率直に楽しそう！次またあれば参加したいなと思いました。

同じ方向性の会として、ドローンエンジニア養成塾も長く活動されています

どちらもドローンの自動操縦について勉強する会で、主にArdupilotを用いた機体を作成している模様です。
このArdupilot、最近各地で開催され話題のドローンショーの機体に採用されていたり
最近活用が進んでいるような空気を感じました

そんなこんなで、もし今後会議や養成塾に参加した時や、単純に面白い機体を作成したくなった時のために、
Ardupilotの機体を作れるようになっておこう！！と思い立ち、作成に取り組みました。本記事はその覚え書きです

筆者のスキル(=想定読者スキル)

• いくつかのセンサーを伴ったBetaflightの自作機体を作成できる
• Betaflightの設定が一通りできる。センサーの設定をやったことがある
• ELRSレシーバーのファーム更新とバインドができる

一旦機体を作成する

適当に機体を作成します。Ardupilot対応FCを選んで使いましょう

• 今回はFlywoo GOKU GN 745 AIO with 40A ESCを使用
  • ESCはBlHeri32
  • BMP280気圧センサー内蔵
• 各種パーツ
  • Foxeer M10Q 120 GPS 5883 Compass(GPSとコンパスの複合で現在最軽量パーツ？)
  • BetaFPV ELRS lite Receiver(レシーバー)
  • 適当なモーター・プロペラ・フレーム
  • 適当なVTX・FPVカメラ。VTXの電源はコネクタにした(多分設定作業が長いのでVTXの電源を切りたい)

PC用設定ソフト

Mission Planner

ファーム書き込み

• ファームウェアはここで配布されている。アップデート時は個別のFC向けのファームウェアファイルを毎度ダウンロードしてくる
• Flywoo GOKU GN 745 AIOを使っているので、対象ファームはFlywooF745の名前の物を選んだ
• 初回は、with_bl.hexファイルをbetaflightなどのファームフラッシャーで書き込む
• アップデートは.apjファイルをMission Plannerのファームウェアインストール Leg..のカスタムファームウェアの選択より選んで書き込む

機体初期設定

基本の流れは公式サイトマニュアル
ただ読んでてわかりづらいため、以降に自分が行った作業ステップを記述する

必須ハードウェア-フレームタイプ

1. Mission Plannerの上部メニュー初期設定をクリック
2. 必須ハードウェアのメニューを選択
3. フレームタイプのメニューを選択
4. 通常のドローンの構成では4ローターの図を選び、'X'のラジオボタンにチェックを行う

必須ハードウェア-Accel Calibration

1. Mission Plannerの上部メニュー初期設定をクリック
2. 必須ハードウェアのメニューを選択
3. Calibrate Accelボタンを押す
4. ちょっと待つとボタンの下にメッセージが出てくる
5. メッセージに対応した姿勢にFCを傾け、Calibrate Accelボタンの位置のボタンを再度押す
6. 次のメッセージが出てくるので、再度姿勢を変えてボタンを押す。最後まで繰り返す
7. キャリブレーションが完了する

• 姿勢の説明図はここを参照

必須ハードウェア-Initial Tune Parameter

※Accel Calibrationを先にやってから実施する

1. Mission Plannerの上部メニュー初期設定をクリック
2. 必須ハードウェアのメニューを選択
3. Initial Tune Parameterのメニューを選択
4. 作成した機体に合わせて数値を設定し、Calculate Initial Parametersボタンをクリック
5. 計算された値が出てくるので、Write to FCボタンをクリック

オプションハードウェア-モーターテスト

1. Mission Plannerの上部メニュー初期設定をクリック
2. オプションハードウェアのメニューを選択
3. モーターテストのメニューを選択
4. モーターABCDのテストボタンを押し、モーターの位置と回転方向を整える

• 正解

モーター	位置	回転方向
A	右前	CCW
B	右後	CW
C	左後	CCW
D	左前	CW

• 位置が合わない場合

モーターのポートの割り当てを変更する(BetaFlightのリソースリマッピング相当)
必須ハードウェア-Servo Outputの1から4のFunction、Motor1～Motor4のタブを選んで変更できる

• 回転方向が合わない場合

ESCの設定ソフトで反転を行う。

まずESCのパススルーを有効にする

1. Mission Plannerの上部メニュー設定/調整をクリック
2. フルパラメータ ツリーよりSERVOの項目のツリーを開く
3. SERVO_BLH_AUTOの値を1にする

次にBLHeliSuite32と接続し、モーター回転方向を調整する。
ESCファームバージョンが合うように注意。

(参考)モーター位置合わせをフルパラメータ ツリーから行う方法

(※手順が面倒なのでこの方法でやらなくてよい)
必須ハードウェア-Servo Outputで調整する以外に、ポート番号を直接書き換える方法もある
情報ソース

• ポート割り当て番号の正解

モーター位置	ポート番号
右前	33
右後	36
左後	34
左前	35

1. Mission Plannerの上部メニュー設定/調整をクリック
2. フルパラメータ ツリーより、SERVOn(nは数字)の項目のツリーを開き、SERVOn_FUNCTIONの項目の数値を調整する
3. モーター4つの割り当てはおそらくSERVO1,SERVO2,SERVO3,SERVO4にあるはず

(事前知識)フルパラメータで扱うSERIALの番号について

• 0:USB
• 1～:各UART

レシーバーの接続

• 予めBetaflightFCのパススルーなどでELRSを更新・プロポとレシーバーのバインドを済ませたレシーバーを使うと楽。

ELRSレシーバーをFCにつなげる
TX2/RX2にはんだ付けした場合、Mission Plannerでの設定手順は以下

1. Mission Plannerの上部メニュー設定/調整をクリック
2. フルパラメータ ツリーを開く
3. SERIAL2の項目のツリーを開き、SERIAL2_PROTOCOLの値を23にする(レシーバーを付けてFC・レシーバーの電源を入れた場合、自動で設定されているので確認のみで良い。違ったら23が設定されているポートは2などにし、レシーバーのシリアルポートに本値23を入れる)
4. SERIAL2の項目のツリー内、SERIAL2_BAUDの値を115にする
5. RCの項目のツリーを開き、RC_OPTIONSの値をクリック。ダイアログが立ち上がり、Use 420kbaud for ELRS protocolとSuppress CRSF mode/rate message for ELRS systemsを選択する(ほかのは選択を解除)
6. RSSIの項目のツリーを開き、RSSI_TYPEの値を3にする

(参考)

フライトモードの選択スイッチの設定

アングル・アクロ・自動航行などの選択スイッチの割り当てを行う
※レシーバーがバインドされ、Mission Planner上でプロポからの操作がFCで受け付けられていること

1. プロポの電源を入れ、レシーバーの電源をいれバインドされている状態にする
2. Mission Plannerの上部メニュー初期設定をクリック
3. 必須ハードウェアのメニューを選択
4. ラジオキャリブレーションのメニューを選択
5. フライトモード選択スイッチに割り当てたいチャンネル番号を、プロポのボタンを操作して特定する
6. Mission Plannerの上部メニュー設定/調整をクリック
7. フルパラメータ ツリーを開く
8. FLTMODE_CHの値を割り当てたいチャンネル番号にする
9. Mission Plannerの上部メニュー初期設定をクリック
10. 必須ハードウェアのメニューを選択
11. フライトモードのメニューを選択
12. フライトモード選択スイッチを操作し、操作に応じてプルダウンメニューのフォーカスが移ることを確認する
13. 操作してフォーカスを移すことができるプルダウンより、割り当てたいフライトモードを選択する

バッテリーフェイルセーフ閾値

バッテリー電圧1次閾値を設定する
アーム許可閾値、2次閾値は解除する

1. Mission Plannerの上部メニュー初期設定をクリック
2. 必須ハードウェアのメニューを選択
3. フェイルセーフのメニューを選択
4. 電池セクションの値を使用するバッテリーの電圧・容量に応じて調整する。
5. Mission Plannerの上部メニュー設定/調整をクリック
6. フルパラメータ リストを開く
7. BAT_ARM_VOLTの値を0にする
8. BAT_CAPACITYの値を使っているバッテリーの容量にする
9. BAT_CRT_VOLTの値を0にする

Armスイッチ設定

アーム/ディスアームはスロットル0+ヨー右5秒/ヨー左2秒でも行えるが、プロポのスイッチに割り当てることもできる

1. プロポの電源を入れ、レシーバーの電源をいれバインドされている状態にする
2. Mission Plannerの上部メニュー初期設定をクリック
3. 必須ハードウェアのメニューを選択
4. ラジオキャリブレーションのメニューを選択
5. アームスイッチに割り当てたいチャンネル番号を、プロポのボタンを操作して特定する
6. Mission Plannerの上部メニュー設定/調整をクリック
7. フルパラメータ ツリーを開く
8. RCn(nはアームスイッチに割り当てたいチャンネル番号)のツリーを開き、RCn_OPTIONの値を153にする

RC_OPTION設定値の詳細

プロポからの信号調整

スティック操作と逆に機体が動く場合

1. Mission Plannerの上部メニュー設定/調整をクリック
2. フルパラメータ ツリーを開く
   1．RCn(nはスティック操作のチャンネル)の項目のツリーを開き、RCn_REVERSEDの値を1にする

必須ハードウェア-コンパス

コンパスのキャリブレーションを行う
機体を手で持って回転させるため、ノートパソコンなどでやるとよい

1. Mission Plannerの上部メニュー初期設定をクリック
2. 必須ハードウェアのメニューを選択
3. コンパスのメニューを選択
4. コンパスモジュールがリストに出現していることを確認
5. Onbord Mag Calibrationメニュー、FitnessをRelaxedに
6. Startボタンを押下、ダイアログを閉じ、Mag1のゲージを貯める
7. ゲージのため方はAccel Calibrationの6姿勢それぞれで機体を縦を軸に360度回転させる(DJI機のキャリブレーションをイメージする)

飛行！

1. 機体にバッテリーをつなげ、地面に置く
2. フライトモードはStab
3. 各種センサーの公正を待つ
4. 準備ができたらアームスイッチを押す
5. アームスイッチを押した5秒後にモーターが回転する
6. テイクオフ！

以上、お疲れ様でした