レース用ドローンの自作方法

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ZMR160、カメラ込で230gのミニドローン

ZMR160、カメラ込で230gのミニドローン

FPVドローンレースなどに参加する場合に必要なのが自作ドローンですが、フレームや各種パーツはあっても、作成方法が十分に説明されていないので初心者にはハードルが高い部分があります。

また、周囲にサポートしてくれる人がいない場合や電子工作の経験が少ない場合など難しいこともあります。今回は少しでも自作ドローンを作成するときの参考になればと思い、ZMR160という軽量で小さな機体をベースにドローンの自作方法を写真付きで解説しました。

既にドローンの自作に必要なパーツは揃えてある前提です。もし各種パーツが、まだ手元にない場合は、下記記事より必要なパーツや備品を入手してみてください。

自作ドローンパーツ全集

自作ドローンの作り方

自作ドローンに最低限必要なパーツ

自作ドローンに最低限必要なパーツ

自作ドローンに必要なパーツ

まずは、必要なパーツを準備いたします。カメラなしで飛ばす場合は、以下があれば十分です。

  • フレーム
  • 電源配電盤(以下パワーボード)
  • フライトコントローラー(以下FC)
  • 受信機
  • ESC
  • モーター
  • バッテリー
  • バッテリーコネクタ(以下XT60)

これらのパーツの購入先や、FPVカメラを含める場合などこちらにすべて記載していますので別途確認してみてください。

自作ドローンパーツ全集

自作ドローンの作成手順

作成する手順は下記のように行います。ご自身がやりやすいやり方でももちろん問題ありません。

  1. どこに、何を置くかを配置方針を考えて決める
  2. 配置方針をもとに、ESCとモーターを接続する
  3. パワーボードを設置し、ESCとバッテリーコネクタを接続する
  4. 受信機とフライトコントローラーを配置する
  5. カメラやビデオ送信機やLEDなどを配置する

1. どこに、何を置くかを配置方針を考えて決める

こちらが一番重要な部分です。フレームが小さければ小さいほど、当然ながらパーツを配置するスペースは限られます。250などのフレームでもちゃんと考えて配置しないと後で困ることがあります。

ドローンのパーツ配置イメージ

ドローンのパーツ配置イメージ

今回は、ZMR160というフレームで、かなり小さな部類です。ここにすべてのパーツを盛り込むため、かなりキツキツになることが想定されるため、可能な限り「柱を高く」して、受信機やFCを中に入れることにしました。

ドローンパーツ配置時のチェック事項

その他、以下などを気にして配置するのが良いです。

  • バッテリーが後ろすぎるなど重心のバランスが悪くならないか?
  • ESCとパワーボード間のケーブルが余って邪魔にならないか?
  • パワーボードと受信機の金属部分などが接触しないような配置か?
  • バッテリーコネクタが邪魔にならないか?横や上に出せないか?
  • カメラの角度は変えられる余地(または変えやすい工夫)があるか?
  • FCのUSBポートが刺しやすい面を向いているか?
  • 配置設計で各種ケーブルが問題なく届くか(余り過ぎないか)?

最初に組み立てていた時は気づきませんでしたが、FCには向きがあり、後ほど設定でFCの向きを設定することが可能なので、回転させても横にしても縦にしても大丈夫です。また、受信機の金属部分と、パワーボードが接触してしまいショートするということもありえますので注意してみてください。

受信機とFCは上部のフレームの裏側に

受信機とFCは上部のフレームの裏側に

2. 配置方針をもとに、ESCとモーターを接続する

大まかな配置方針が決まったら、先にモーターとESCを接続します。

接続前のモーターとESC

接続前のモーターとESC

通常モーターにも、ESCにもケーブルがついています。バナナプラグのオスメスを双方に付けて接続するケースなどもありますが、重くなったりメンテナンスがしにくいなど好き好きですが、ESCに直接モーターのケーブルをハンダする方法がおすすめです。

まずは、ESCのカバーを外します。

カバーを外したESC。左側がモーター・右側がパワーボード

カバーを外したESC。左側がモーター・右側がパワーボード

そして、モーター側のケーブルをはんだで取り外します。

ESCのモーター側ケーブルを取り外す

ESCのモーター側ケーブルを取り外す

モーターのケーブルも調整して短くしておきます。

ESCとモーター接続前

ESCとモーター接続前

後は、直接はんだづけしていきます。

ESCに直接モーターのケーブルをはんだ

ESCに直接モーターのケーブルをはんだ

このような感じですべて行います。

接続後モーターとESC

接続後モーターとESC

接続ができたら熱収縮チューブなどでESCをカバーしておくのが良いと思います。(私は便利断熱テープを使う)そして、ESCはタイラップやテープを用いて設置してしまっても良いです。

万能テープでESCを固定

万能テープでESCを固定

ESC・モーターの設置はこれで完了です。

が、後で動かして気付きましたが、モーターの回転方向がこれだとすべて時計回り(CW)であり正しく飛行できません。モーターには、「CWモーター」「CWWモーター」と書いてあるため、回転方向もちゃんと分かれているだろうと思いましたが、そんなことはありませんでした。

下記のように、CWモーターを反対回転にするには、1と2の部分を交差させて接続します。

モーターの回転方向をかえる

モーターの回転方向をかえる

3. パワーボードを設置し、ESCとXT60を接続する

次にパワーボードをネジで固定し、ESCを接続します。この時バッテリーコネクタXT60を指す方向などを予め想定した上で、パワーボードの方向を決めておきましょう。

ESCとパワーボードを接続

ESCとパワーボードを接続

予めパワーボードにはんだを乗せて、ESCの+ーケーブルも被膜を向いてはんだを少し絡ませておきます。バッテリーコネクタのXT60はケーブルが付いているものがあればベストですが、ついてない場合は別途購入して自身ではんだする必要があります。

XT60とケーブルをはんだ

XT60とケーブルをはんだ

★はんだするときのポイント
はんだする時は、予めはんだごてで先に対象を温めておきます。
その上にはんだをのせるようにおいて行くと綺麗にはんだをのせることができます。

ESCとXT60を接続したのが下記です。

バッテリーとESCを接続

バッテリーとESCを接続

ここで写真では見えづらいですが、奥のほうに赤黒のケーブルがあり、それは受信機用の電源に使うBEC用のコネクタです。このパワーボードは5Vに降圧した口が予め用意されておりそちらを利用しています。

パワーボードにはBECが内蔵されていない場合がありますので、別途UBECなどで降圧した電源を受信機に渡したり、電源が内蔵されたBEC付きのESCを使うのもの一つです。

4. 受信機とフライトコントローラーを配置する

受信機とFCはパワーボードの上に配置します。天井部分のフレームに両面テープとタイラップで配置をします。

FCと受信機を配置。受信機の向きを間違えた

FCと受信機を配置。受信機の向きを間違えた

5. カメラやビデオ送信機、LEDなどを配置する

カメラはネジで止めるだけだったので既に配置済です。

超軽量CCDカメラ600TVL

超軽量CCDカメラ600TVL

ビデオ送信機も天板に両面テープとタイラップで固定する想定です。それぞれ、電源をパワーボードから取る必要があるので、予めパワーボードにはんだしています。

LEDも同様です。LEDには色々種類があります。このように自分で+ーのケーブルを取り付けて電源を渡すタイプや、受信機から電源をもらうタイプなど様々です。利用LEDの対応電圧などを考慮して接続しましょう。

LEDを機体底面に取付

LEDを機体底面に取付

組み立て完了!したら電源を入れ各種チェック

電源を入れると、ESCが点灯(LEDがある場合)し、フライトコントローラーも点灯、そしてモーターから音がなるものが多いはずです。LEDやビデオ送信機にも問題なく電源が供給されているか確認しましょう。

また、ESCのキャリブレーションやモーターの回転数設定などを行う際に、モーターの回転方向を再度確認して見ましょう。一通り問題なければ、FCの設定に進むことができます!

OpenPilotでCC3Dのマルチコプターの設定を行う
FPVレースなどのドローンレースでは、Phantom3やBebop Droneなどの既成品ではなく、ドローンを自作した機体で参加することがほとんどです。自作ドローンには、様々パ

ちなみに、何度か出てくる、この自己融着型のゴムテープは接着面がべたつかないのに、強力な固定が可能なので使いやすく、とても便利でおすすめです。

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7 Responses

  1. たあ より:

    マルチコプターのスロットルについて
    こちらのサイト、大変参考にさせていただいています。が、一つ分からないことがあり、基本的なことかもしれませんが、ネットで調べても出てこないので教えてください。Robocat270を購入し、いろいろ壁にぶち当たりながらも、
    OpenPilotの送信機側の設定のところまで、こぎつけました。
    で。。組立時から疑問だったのですが、
    マルチコプターのスロットル特性ってどうなっているんでしょうか?
    当方、シングルローターのヘリは所有しているので、てっきり
    スロットルスティックは最下段で、スロットルオフだと思っていたのですが、
    ふと目にしたサイトでは、マルチコプターのスロットルはセルフニュートラルになるように
    プロポをいじった方が、ホバリングを維持しやすいといったことが書かれていました。
    現にそのようなパーツも売られていますよね?
    これだと、アームドしてから何かの拍子に、スロットルから指が離れた瞬間にホバリング回転くらいまで
    一気にあがって危なくないですか?普通に考えたらそんなことはないと思うのですが、
    どうなっているんでしょう?
    自分なりに考えてみたのが以下です。
    シングルローターヘリの場合、スロットルスティックの絶対位置が、モーター回転ですよね?
    それに対して、マルチコプターのスロットルって、スティックの絶対位置がモータ回転を決めている訳ではなく、
    ニュートラルは、回転の現状維持、スロットルを入れれば、入れた分だけ回転が上がって、そこでニュートラルに戻せば、
    上がったところで現状維持。スロットルをマイナスで現状から回転ダウン。
    これなら、アームドしてから、ちょいちょいスロットル入れれば、入れた分だけ回転が上がって、そのうち浮き始めるでしょうから
    危険な感じはしないんですが。これで合ってますかね?
    合ってるとすると、シングルとマルチで、なんでわざわざ?変えるんでしょう?
    マルチはその方が理に適ってることがあるんでしょうか?

    • YOKOTA より:

      >スロットルを入れれば、入れた分だけ回転が上がって、そこでニュートラルに戻せば、上がったところで現状維持。スロットルをマイナスで現状から回転ダウン。これなら、アームドしてから、ちょいちょいスロットル入れれば、入れた分だけ回転が上がって、そのうち浮き始めるでしょうから危険な感じはしないんですが。これで合ってますかね?
      基本あっていると思いますよ。私はシングルは未経験ですので、大した見識ありませんが、シングルのスロットルはピッチ操作がありますよね。
      マルチの場合はおっしゃるように、入れた分だけ回転数が上下しますので、マルチとシングルでは全く別の操作だと思います。

      で、セルフニュートラルのほうがホバリングしやすい、、ということですが、
      レースにおいては、ホバリングする必要はほとんどないので、セルフニュートラルの必要もないですね。
      ちなみに、私はアームしたら機体が浮かない程度に強く回転させ始め(スロットル最下)ています。

      • たあ より:

        早々の回答、ありがとうございます。
        ただ、まだ疑問です。

        昨日、ちょうど送信機側の設定をしてみたのですが、
        モーターの動きはシングルローターと一緒です。
        (まだ、セルフニュートラル化はしてないモード1プロポ使用です)
        つまり、アームドのあと、スロットルスティック最下段で
        モータ停止。
        そこから上げていくとモータ回転開始。スロットルニュートラルでは
        結構な回転数で回ってます。
        これでは、当初私が抱いていた状態ですが、設定が間違っているのでしょうか?

        何度も同じことを言ってスイマセンが、私の認識ではマルチは
        ニュートラルで、回転ゼロ。表現がうまくないかもしれませんが、例えば、
        ちょいっとスロットルを一目盛上げて、セルフでニュートラルに戻せば100rpmで回転維持。
        もう一目盛入れて、セルフで戻ればまた+100rpmで合計200rpm
        てっきりこういう動きをするものなのかと。。
        そもそも、マルチの操作を理解していないんでしょうかね?飛ばす前は基本的にスロットルを最下段で待機しているものなのでしょうか?それだと、シングルと全く一緒です。セルフニュートラルの恩恵の意味が益々、理解できなくなりました。。

        • YOKOTA より:

          セルフで回転数を維持しても、セルフ位置にホバリングするように合わせるわけではないので、機体は常に上下しますからね。。
          飛ばす時は基本的にスロットルを最下段で待機です。
          レースドローンに関してはセルフニュートラルの恩恵はあまりないと思いますね。
          むしろアーム直後など常にスロットルを最下段に指で抑えておかないといけないので事故のもとになりそうです。

          • たあ より:

            いろいろ教えていただきありがとうございます。自分でもその後調べてみました。
            おっしゃるように、レースドローンではセルフニュートラルの恩恵はないみたいですね。
            どうも当方が見たサイトは高度維持機能を持たせた空撮用ドローン関連の記事を見たのかと。。
            すっきりしました。ありがとうございました

  2. ブルーマン より:

    escの選び方についてですが、モーターはEmax RS2205-2300というものを使用予定ですが何アンペア程度のescが適当でしょうか?
    また、escから出ている信号線と、GND?の線についてですがCC3D ver2に使用予定で、ver2には信号線を半田付けする場所のみでもう片方の線をつなぐところが見当たりませんが繋がなくても影響はありませんでしょうか?
    escのおすすめがありましたらお教えください(^_^;)
    長々と失礼いたしましたm(_ _)m

    • YOKOTA より:

      30aのfscを用意しましょう、emaxのrsは結構パワー出ます。
      gnd線は、すでにESCの電源用にgndを繋いでるのであれば、信号線のみでも大丈夫だと思います。

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