小型ドローン(80/120/125/150mmクアッドコプター)の自作

はじめに

ドローン用フライトコントローラーのハードウェアとソフトウェアを自作したので，それを使ったドローン(クアッドコプター)を作りました． LiPo電池1つ(1S)で動作する機体2つと，2つ(2S)で動作する機体2つを製作しました． 以前1S用と2S用の機体をそれぞれ1つずつ作ったことがあるので，古い機体をマイクロドローンV1，ミニドローンV1機と呼び，今回新しく作った機体をマイクロドローンV2/V3，ミニドローンV2/V3機とそれぞれ呼ぶことにします．

設計全般

V1機を作った時には持っていなかった3Dプリンターが使えるようになったので，機体設計の自由度が上がり，軽量で強度のある機体を作りやすくなりました． ただし立体的な構造の場合積層方向の強度が出ないので，ナイロンスペーサーやネジ等を使っています． どの機体も素材はPLAで，インフィルは20%で印刷しました． LiPo電池の固定にはベルクロテープを使い，ランディングスキッドは発泡スチロールを両面テープで固定しました． 自作フライトコントローラーには2種類のサイズがありますが，マイクロドローンV3機だけ小型サイズ版を使い，他は通常サイズ版を使っています． ESCはどれも最新のファームウェアを書き込んで使用しました． 以降の説明におけるフレーム重量とは，3Dプリンターで印刷したパーツのみの総重量を意味し，他のネジ等の構成部品は含みません．

マイクロドローンV2機

仕様

外観

説明

グラスファイバーロッド(Φ1mm)によるプロペラガードを持つ機体です． このプロペラガードは軽くて丈夫ですが，全体の大きさは1Sの機体としては少しかさばります． プロペラガードをフレームに固定したり，プロペラをモーターに固定するのに釣り糸を使っています． 機体本体の厚さは3.5mmです． この機体はこれまで多く墜落させて壊してきたので，機体の設計も何度か変更して現在の姿になりました． 非常に安定した機体で軽快に飛びます．

機体データ(STLファイル)

• フレーム

マイクロドローンV3機

仕様

外観

説明

ダクトタイプのプロペラガードを持つ機体です．ダクトといっても，重量を減らすために高さは6mmしかありません． フレーム下部の厚さは2mmです． 4つのESCは分電盤となるPCBにハンダ付けして一体化させて，フライトコントローラーと重ねた二階建て構造にしています． フライトコントローラーがプロペラと干渉するため，進行方向に対して45度傾けて配置しています． 飛行は不安定で電池もあまり持ちません．モーターの回転数を上げると振動が激しくなるので，プロペラのバランスが悪いかフレームの剛性が不足しているのかもしれません．

機体データ(STLファイル)

• フレーム上部
• フレーム下部

ミニドローンV2機

仕様

外観

説明

上下から挟み込むサンドイッチ構造となっていて，プロペラの保護効果は高い半面やや重たい機体です． 上下のフレームはナイロンスペーサーとナイロンネジを使って連結しますが，墜落するとよくネジが折れます． フレームの厚さは，上部が2.5mm，下部が3mmです． 飛行の安定度はまずまずですが，やや音が大きく，また2Sにしてはあまりパワーがありません．

機体データ(STLファイル)

• フレーム上部
• フレーム下部

ミニドローンV3機

仕様

外観

説明

ホイールベースが125mmと2Sにしてはコンパクトな機体ですが，手で持つと少し重量感があります． モーターだけで50gほどあるため，やはり2Sの機体で100gを切るのは難しいです． フレームの厚さは，上部・下部ともに2.5mmで，ナイロンスペーサーとナイロンネジで連結します． 非常に安定してよく飛ぶ機体です．2Sにしてはかなり静かで機敏に動きます．

機体データ(STLファイル)

• フレーム上部
• フレーム下部

終わりに

これ以外にもいくつか機体を作成しましたが，安定性に問題があったりモーターやESCに不具合があってまともに飛ばないものもありました． 一つ興味があったこととして，ローターを逆方向にしたpusherタイプのクアッドコプターがあります． その方がプロペラから空気が出て行く方向にある障害物を減らせるので効率が良さそうにみえます．