FPV(First Person View)ドローンとは

FPV (First Person View)ドローン


この項ではドローンにおける個人の趣味などでの一人称視点での遠隔操縦を行うFPV(一人称視点)ドローンをメインに記述していきます
FPVドローンは通常のドローンの目視遠隔操縦にとは一線を画し、HMD(ヘッドマウントディスプレイ)やモバイル端末画面などを見ながら遠隔操縦しますが 大きく空撮用FPVドローンとレース用FPVドローンがあり機種や操作手順に違いがあります
空撮用FPVドローンはきれいな映像を取得することが大きな目的のため、あまり速度は速くなく、取得映像があまりぶれない(ジンバル装置)カメラや、フライトアシスト機能を搭載しますが、 レース用FPVドローンはレースなどで使用することから映像よりも速度最優先の構造になっています。


どちらも目視やモバイル端末画面やHMD(ヘッドマウントディスプレイ)を使ってそのドローンに乗っている感覚で操縦しますが、 レース用FPVドローンはドローンから送られてくる映像に遅延が起きにくくするため、一般的に映像送信電波に5.8GHz帯を使用します

その電波を使うドローンは日本では無線免許を取得する必要があることで レース用FPVドローンは 少し敷居が高い領域です

レース用FPVドローン と電波法

まず初めにレース用FPVドローンでレースをする場合、HMD(ヘッドマウントディスプレイ)を使って200g以上の無人航空機の場合は航空法によって目視外飛行が禁止されているので国土交通省、地方航空局、空港事務所等に申請がいります。

模型航空機での目視外飛行は申請は必要ありませんが、多くの場合次の電波法に抵触します。
電波法の縛りですが
無人航空機、模型航空機共に5.8GHzの周波数を使うほとんどのレース用FPVドローン使用の場合は、アマチュア無線免許の取得と無線局開局が必要です。
公式のFPVドローンレース出場を目指す場合などはまず免許取得は必須です。

”第四級アマチュア無線技士”の免許を取得すれば、5.65GHzから5.85GHzまでの5GHz帯域を使えるようになります。

レース用FPVドローン操縦のためのアマチュア無線免許の取得とNext

レース用FPVドローン の場合
HMD(ヘッドマウントディスプレイ) を使ってFPVドローンを操縦する場合、多くは免許の必要な5GHz帯の電波を使うので”第四級アマチュア無線技士”の資格を取得します。

  1. ”第四級アマチュア無線技士”の資格を取得します。 
     独学し国家試験を受験 もしくは
     アマチュア無線免許の取得の養成課程講習会後に終了試験を受ける
    詳細は下記へ
    日本無線協会(国家試験を直接実施しています)
    日本アマチュア無線振興協会 JARD(講習会を行い国家試験と同じ扱いの修了試験があります)

    ※日本アマチュア無線連盟 JARL はアマチュア無線に関する老舗で主体組織です
    ここから実務系が分離し、講習会や技術基準適合証明(系統図など)等扱う日本アマチュア無線振興協会 JARD が枝分かれしました
  2. 合格し、無線従事者免許証が届いたら”開局申請”の準備(申請方法を確認する)。どんな無線機器を使うのか届け出をして、”無線局免許状”を取得しなければなりません
    詳細は下記へ
    ドローン(FPV)の免許・増設に係る手続参考資料
    ※一度無線局は開局すれば新しく無線機器を追加しても”変更保証(増設・取替)”の手続きだけで済みます
  3. ちょっと先々を見据えて、欲しいFPVドローンと送信機、HMD(ヘッドマウントディスプレイ)などを購入する。
    これは”開局申請”に必要な無線機器(ドローン)の申請費用を節約する効果がある。
    またこの時、送信機系統図を入手しやすいFPVドローンを選ぶ。
  4. ”開局申請”の手続きをします
    電子申請(ネットで)もしくは書類申請

    色々記入欄がありますがFPVドローンに関係する大きな壁が一つあり、送信機のVTX(映像伝送システム)が日本の技術基準適合証明されていない海外製が多く、これを無線局として送信機器をして使用するには第三者機関(JARD・TSS)に「この機器で電波を使っても安全ですよ」と保証してもらう必要があります
    これはそのVTX(映像伝送システム)の仕様と回路を書いた送信機系統図として提出するので、専門知識が必要になることもあり、上記3項での送信機系統図を入手しやすいFPVドローンということにつながるわけです

    ※FPVドローンで使う周波数は5.8GHzと多くに記載されていますが、無線局事項書及び工事設計書の希望する周波数帯は5600MHzとなります。これは海外の影響です

    ※送信機系統図は国内販売店などでは用意されている場合もあります。ドローン購入の際に考慮されるといいでしょう。

    ※送信機系統図の代行もありますのでネットで見てみてください

    ※申請時の送信機の数で保証料が上がっていきます。個別に後から1つ1つ手続きするよりもまとめてするほうが節約となります(上記3項参照)
  5. ”無線局免許状”が送付されてきて晴れてFPVドローンを飛行可能な場所の置いて飛ばしましょう
    ここまでなんと数か月かかります
    でも頑張った分あなたのは特別な資格が得られます

    そう
    FPVドローンを堂々と青空の元、あの空に向かって飛ばせます
    そして隠された大きなパワー
    あなたは近隣はもちろん、他県、いや日本国中、いやいや世界中に無線機を使ってあなたの声を飛ばせる資格を手に入れるのです
トダ
トダ

日本にもなじみの深い南半球のオーストラリアは

2019年9月ごろから2020年2月ごろまで

森林火災が続いたんだよ

 

もう何十人の人がなくなって

何億ものコアラやカンガルーや鳥たちがなくなってる

 

もちろん家やビルも燃えちゃうし

一時は携帯電話なんかのアンテナや、中継施設も使えなくなって、消防士さんや警察の人も電話や、データ通信が混乱するからすごく困っていたんだ

 

それ知った地元のアマチュア無線家の人たちが通信のサポートをしていたんだって

だって
携帯電話がつながらなくても、アマチュア無線は自分で電波を出すから災害や火災なんかに関係なくいつでも情報発信したり収集したり、中継できるからね

今はだんだん通信インフラが復旧しているけど

通信が混乱していたその時、もしアマチュア無線家たちのサポートがなかったら、被害はまだ大きくなっていただろうね

アマチュア無線を使うことができる人は自分や家族を守ったり、社会貢献さえもできる、そうヒーローなんだよ

 

レース用FPVドローン

準備するもの

  • レース用FPVドローン

    基本構成パーツ(これらは個別に販売されており後からカスタマイズできる)
    フレーム
    軽くて丈夫な骨格のようなもの。カーボン、プラスチックなど
    プロペラ
    機体に沿ったサイズ、羽の枚数、角度などさまざま。たまにプロペラの大きさは同じでもシャフト径が違う場合があるので互換性を確認するように
    受信機
    ドローン本体の受信機。プロポ(送信機)からのコマンドを受け付ける
    FC(フライトコントローラー)
    制御システム、頭脳の役目。CPU,メモリチップ搭載。パソコンと専用ソフト(Bate,等)を介し接続し各種設定をする
    ESC(Electric Speed Controller)
    モーター、電流を管理
    モーター
    ドローンにあった大きさ、KVのもの。中には時計回り、反時計回りのものもある。多くのブラシレスモーターは専用ソフトで調整できます
    カメラ
    いろいろな画質タイプがありFC(フライトコントローラー)直結、VTX(映像伝送システム)直結などがある
    OSD(オンスクリーンディスプレイ)
    HMD(ヘッドマウントディスプレイ)などのディスプレイに色々な情報を表示させる。
    カメラと機体の送信機に間に接続
    VTX(映像伝送システム)
    TX(Transmitter)でプロポ、HMD(ヘッドマウントディスプレイ)などに送信(通常アナログ・デジタルは変換がいるので遅くなる)。ドローンのカメラからの映像を送信するときの周波数も設定できる
    ここで混雑しにくい(2.4GHzはスマホなど多くの電子機器が使う周波数帯域なので混雑しやすい)、遅延の少ない5.8MHz(アナログ変調)を使って送信するものは、無線免許が必要となってくる。
    また、2.4GHzの場合でも技適でないものは総務省 総合通信基盤局などで手続きが必要
    ブザー
    ドローンが遭難したときの救難信号
    etc

  • バッテリー
    リチウムポリマーバッテリー。1つを1セル。電圧を上げるには2,3つ直列で使います
  • 充電器
    リチウムポリマーバッテリーを各セル同じ電圧になるようにバランス充電方式で充電します
  • 送信機(プロポーショナルコントロールシステム)
    無線通信装置。これを使ってドローンに電波を送信してドローンを操縦しますが、”プロトコル”という規格がいろいろあってこれがドローンと送信機とで規格が違うと動きません。ドローンの”プロトコル”を確認して、同じ”プロトコル”を発信できる送信機を準備してください。中には複数の”プロトコル”を発信できるものもあります

  • HMD(ヘッドマウントディスプレイ)、FPVゴーグル
    RX(Receiver)でドローンからの映像も受信。この映像から操作を行うことがFPVの所以
    またドローンの傾斜角度などが表示されるので高度なテクニックが身につく
  • パソコン等
    ドローンのFC(フライトコントローラー)とパソコンを接続(USB)し、アプリケーションを使って飛び方や電圧などを設定します
  • 設定ソフト(フライトコントローラーファームウェア)
    ドローンの飛び方を設定するソフトウェア “Cleanflight(元)” →”BetaFlight(新)”や、
    ”openpilot(元)”→”DRonin””Librepilot”などネットからダウンロード

レース用FPVドローン を操縦するための準備

一般的に販売されている”ドローン本体”+”バッテリー”+”充電器”+”送信機(プロポ)”のセット販売では特に煩雑な設定はしませんが、レース用FPVドローンの多くは”ドローン本体”と ”送信機(プロポ)”などが別々に販売されていることが多く、メーカーの違うそれぞれを操縦できるように接続設定していく作業が必要な場合がほとんどです。

簡単に概略としてその流れを記述してみます

  1. ドローンに必要機器をつける(普通のドローンには最初からついているのでこの工程はいらない)。モーターを高速回転タイプにしたり、カメラを変えたりできる。遭難したときに探しやすくするためのブザーもある。
  2. 複数人で同じエリアで飛ばす場合やドローンレースに出場の場合ドローンのVTX(映像伝送システム)の周波数を確認
    ドローンにバッテリーを接続し確認
    E1 5705MHz
    F1 5740MHz
    F4 5800Mhz
    この設定は混信を回避するためのルールのようなものです
    同時に飛行する運用では必須です
    変更したい場合はVTX(映像伝送システム)の基盤を操作。プロポからできるものもある
    終わったらバッテリーをいったん外す
  3. いよいよドローンとプロポをバインドします
    ・プロポの電源を入れる
    ・ドローンについている小さなボタンを押しながらバッテリーをつないで電源を入れてバインド
  4. ドローンとパソコンをつないでドローンの飛び方などを設定します
    有名な設定ソフトとして”BetaFlight”(クワッドコプター設定に強い。定番ソフト)などがあります。

    <一般例>
    プロポの左右のスティックの4チャンネル
    AETR
    ・エルロン Aile(左右の水平移動) CH1 Roll
    ・エレベータ Elev(前進、後進) CH2 Pitch
    ・スロットル Thro(上昇、下降) CH3 Throttle
    ・ラダー Ruro(左右の旋回) CH4 Yaw
    また、中心ポイント位置設定

    アーム(飛行可能状態)/ディスアーム(飛行不可能状態・プロペラ停止)切替1チャンネル CH5
    ARM

    フライトモード切替1チャンネル CH6
    mode tab
    飛行モード
    ・アクロ ACRO (AIR MODE)
     アクロモード
     水平機能無効。傾斜制限無効。レバーを離したら機体をその傾斜のまま飛行。
     常に機体の状態を把握していないといけない
    ・アングル ANGLE
     自律水平モード
     水平機能有効。傾斜制限有効。レバーを離したらジャイロが機体を水平にしてくれる。
     機体角度が制限されているので宙返りのような飛行はできない
    ・ホライズン HORIZON
     中間モード
     水平機能有効。傾斜制限無効。レバーを離したらジャイロが機体を水平にしてくれる。
     しかしレバーの操作量で傾斜に制限がないので機体は一回転する

    ブザー 1チャンネル CH7 Buzzer

    受信機タブ Receiver Tab
    ・ロール(Roll)
    ・ピッチ(Pitch)
    ・ヨー(Yaw)
    ・スロットル(Throttle)

  5. Save
  6. ドローンを水平に置く
  7. プロポ電源入れる
  8. ドローン電源入れる
  9. アーム
  10. ミッション開始→ミッション終了
  11. ディスアーム
  12. ドローン電源切る
  13. プロポ電源切る

関連用語

  • レギュレーション
    ドローンレースではルール。大きさや重さ、電圧などレースごとに細かく規定されている
  • 5インチレース
    プロペラのサイズが5インチ(12.7cm)のレース
  • U199レース
    200g未満の模型航空機のレース。プロペラのサイズが3インチ(7.62cm)ぐらい
  • マイクロドローンレース
    手のひらサイズの50g程度の重さのドローンレース
  • 送信機系統図
    VTX(映像伝送システム・VideoTransmitExchange)は映像を5.8GHzの電波でバインドした送信機に向かって送信する。
    無線免許の取得後に無線局開局というステップが待っているが、この時このVTX(映像伝送システム・VideoTransmitExchange)がどのようなシステムで電波を送信するか図にして”開局申請”で提出しないといけない。
    ”第四級アマチュア無線技士”の免許を取っただけではレース用FPVドローンは飛ばせないのです
トコ
トコ

無線免許と無線局開局の関係は

まず試験を受けてアマチュア無線免許の取得するでしょ

そして試験に合格して無線従事者としての四級無線技士の資格を取る。

これが無線従事者免許証だよ

これで法律で守られている周波数帯の無線の電波を使える資格を得ました

でもね

これだけじゃあ、まだだめなんだ  

次に資格を得たことで使えるようになった周波数帯でその装置(無線設備→ドローンの場合はFPVドローンのVTX(映像伝送システム))にスイッチを入れて実際電波を飛ばそうとすると
日本の電波を管理している総務省はこう言うのさ

「ちょっとまって」
「あなたは確かにその電波を使う資格は得たけど、その装置が機器の不都合でETCシステムや警察や消防、携帯などに混信したらいけないので、登録してあるものでないなら専門機関で安全保証をしてもらって、その書類と、開局申請各種書類に記入してまず出して」

とね

そこで”開局申請”という電波を飛ばして無線局を開局しますよーっていう、まあ、ラジオ局を開局するわけじゃあないんだけど、ドローンから電波をとばすってことで申請を出さなきゃならないんだ。

そして

その申請が通ればその後”無線局免許状”が送付されてくるってことなのさ

業務での空撮用FPVドローン操縦のためのアマチュア無線免許の取得

5GHz帯域の中でも業務で仕事で使用できる5.7GHzの周波数を扱う場合は”第三級陸上特殊無線技士”以上の資格を取得します。
主に空撮用FPVドローンでのニーズとなるでしょう。

空撮用FPVドローン

ジンバル機能で機体が揺れても傾いてもカメラが常に水平を維持するためテレビなどの空撮映像のようにきれいな撮影ができる。
多くはHMD(ヘッドマウントディスプレイ)、FPVゴーグルなどを使わず、目視での操縦で、送られてくる映像は被写体などの映像確認という使い方をされる。

設定ソフト(フライトコントローラーファームウェア)は下記などが有名

・Ardupilot ドローン自動操縦ソフトウェア。高価だが高機能
・iNav ドローン自動操縦ソフトウェア。安価

●Photo Artist to respect
 Pexels & Daniel Nebredaによる によるPixabayからの画像
●Photo Artist to respect
●Fukidasgi
 PexelsによるPixabayからの画像
●Cooperated with DroneSkillLion
 NASA
●Illustrations
 unDraw

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