カメラのブレをなくしたくて、85mm Whoopを作ったら全部載せになった話

はじまりは「映像のブレ、どうにかしたい」

小型ドローンで空撮すると、映像がプルプル震える。いわゆるジェロです。

モーターとプロペラの振動がフレームを伝ってカメラに届いて、映像を揺らす。
Gyroで補正をかけても高周波振動はどうしても消せない。

ということで、「振動対策を最優先に設計する」と決めて85mm Whoopを作りました。
この記事はそんな機体の話です。

ちなみに85mmサイズを選んだのは、狭いところでも飛ばせることと、軽く仕上げられること。
ダクト付きなので多少ぶつけても平気だし、小さいぶん重量にも余裕が生まれます。

Whoopに空撮カメラを積むときのよくある構成は、こうです。

カメラは付属品なので、バッテリーは機体側に付けるのが常です。

しかしダンパーで浮かせた部分が軽すぎると、モーターの細かい振動に対して一緒に細かく揺れてしまうんです。軽いものは小さな力でも簡単に動く。カメラだけをちょこんと浮かせる構成は、実は振動を受け流しきれていない。だからジェロが残る。

じゃあどうするか。浮かせる側を重くすればいい。

この機体では、ダンパーの上のプレートに、HDカメラとバッテリーをまとめて載せました。機体で一番重い部類のバッテリーを「あえて」浮いている側に積む。そんな戦略です。

理屈はシンプルで、重いものは細かい振動では動かないから。ダンパーの上の質量が増えるほど、高い周波数の振動に対してプレート全体が「どっしり」して、揺れが伝わらなくなります。

この機体のモーターはEX1103(KV11000)、ペラは2.3インチ。高回転型なので、ホバー中のモーター由来の振動はおおむね600Hz以上というかなり高い帯域にいます。細かく速い振動ほど、重くしたプレートには伝わりにくい。つまりこの機体の構成は、防振にとって相性のいい組み合わせになるはず。

防振はあくまで映像のため、制御は制御で別。役割がきれいに切り分けられています。

注意点をひとつだけ。この構成は細かい振動には強い一方、急な舵や突風のような「ゆっくり大きい」入力ではプレートがゆらっと揺れることがあります。たくさん飛ばして過渡応答を確認する必要がありますね。

さて、ブレ対策の目処は立ちました。でも、もうひとつ気になることがあります。

撮影しながら飛ばすって、地味に難しい。

いつものアクロ飛行なら機体の挙動だけ見ていればいいけれど、何かを撮ろうとすると意識が分散します。「もう少し右かな」「この高さでいいかな」と考えているうちに、機体が思ったより流れていたり、じわじわ高度が下がっていたり。

しかも、撮りたいものが予定どおり動いてくれるとは限りません。急に止まったり、逆方向に行ったり。そのたびに慌てて操縦するのは、なかなかしんどい。

だったら、機体側が勝手に安定していてくれればいいのでは。

その発想でセンサーを積んでいったら、いつのまにか全部載せになっていました。

合計7種類。ふつうの同サイズWhoopはジャイロと加速度計だけで飛んでいるので、かなり欲張りです。

これでできるようになること:

とはいえ、小さい機体に全部載せるのはパズルでした。ポイントは3つ。

その1: AIO FCでUARTを節約。 受信機(ExpressLRS)がFC内蔵なので、通信ポートを1本も食いません。空いたポートを光学フロー・VTX制御・GPSに割り振れました。

その2: 軽いセンサーを選ぶ。 距離計と光学フローの2in1センサーで1.5g。GPS・コンパス・気圧計も1モジュールにまとまったものを選択。

その3: 処理能力に余裕のあるFC。 STM32G474は旧世代より演算に余裕があって、7センサー+OSDを同時に回してもCPU負荷は6割弱に収まっています。

センサー類は取り外せる構成にしてあります。HDカメラ・GPS・距離センサーなどを外した軽量形態なら100gを切るので、航空法上の無人航空機にあたらない、いわゆるU99として気軽に飛ばすこともできます。

ふりかえると、この機体はぜんぶ「気持ちよく撮りたい」から始まっていました。

欲張った結果に見えるかもしれませんが、どれも同じところから出てきた選択です。

Betaflightの航法機能はいままさに進化中で、光学フローを使ったGPSなし位置キープなんかも視野に入ってきています。センサーを全部載せてあるこの機体は、ファームが進化した瞬間にそのまま恩恵を受けられる。そういう「先回り」も含めて、育てがいのある一機になりました。

次回予告: この機体、完成までにけっこうハマりました。電源を入れるとセンサーが消える怪現象、謎の「LOAD」表示、うんともすんとも言わない光学フローセンサー……。解決までの道のりは別記事で書きます。