ドローンには必要不可欠【ジャイロセンサー】

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ドローンには必要不可欠な「ジャイロセンサー」

おもちゃみたいなものには搭載されてないものもありますが、無くてももちろん飛行自体は出来ます。

ならジャイロセンサーとは?そもそもどういう役割を果たしているの?

ジャイロセンサーの働き

水上では船はぐらぐらと揺れますよね。

小さな船だと波が来たり、乗り方によって簡単にひっくり返ってしまいます。

ひっくり返らない為にもどれだけ傾いたか検知し、元に戻す制御が必要になります。

そのためどれくらい傾いたか?傾いた速度はどれくらいかをジャイロセンサーが検知しています。

 

スマホでもジャイロセンサーが使用されており、スマホを横にすると画面が横向きになる。

これもジャイロセンサーで傾きを検知し行われているものです。

 

ジャイロセンサーの歴史

ジャイロセンサー自体が発明されたのは1817年で、今は機械式ジャイロセンサーと呼ばれています。

ジャイロセンサーを使用した飛行機の操作の自動化の歴史は意外に古く、飛行機の発明からわずか11年後の1914年にローレンス・スペリーによって実現されています。

このときの飛行機は固定翼機(羽が動かない飛行する物)でしたが、ドローンと同じ回転翼機(羽が動く飛行する物)と操縦技術は1940年に確立されました。

この時点で使用されているジャイロセンサーは機械式ですが、現在のドローンには振動式ジャイロセンサーが使用されています。

 

ジャイロセンサーの種類

ジャイロセンサーには先ほど述べた通り「機械式ジャイロ」「振動式ジャイロ」「光ファイバージャイロ」の3種類があります。

 

まずは機械式ジャイロセンサーですが

機械式ジャイロセンサー

回転しているコマが姿勢を変えない性質を利用し傾きを感知します。

 

次に振動式ジャイロセンサーですが

振動式ジャイロセンサー

回転により検出アームの振動運動量が振動に対して非対称に変化するので、その変化量で傾きを感知しています。

スマホなどにも内蔵され広く普及され、ドローンに使用されるジャイロセンサーも振動式が主流となっています。

 

では最後に光ファイバージャイロですが

光ファイバージャイロ

光ファイバージャイロは巻いた光ファイバーの両端からレーザー光を入れて、左回りの光と右回りの光の干渉を利用し傾きを感知しています。

地球の自転や公転までわかるほど高い精度をもっています。

しかし小型化が難しく高価なため、大型のドローンや潜水艦などに使用されています。

 

ジャイロセンサーが検知しているのは厳密には傾きではない?

ここまで傾き、傾きと言っておきながら何を言ってるのだと思いますが、厳密には「角速度」を感知しています。

角速度とは「物体が回転する速度、すなわち単位時間あたりの角度移動量」で、どれだけ角度が移動したかを測っています。

本当の意味で傾きを測っているのは「加速度センサー」で、ドローンではこの2つを合わせて6軸センサー等と呼ばれていて、ジャイロセンサー3軸、加速度センサー3軸の合計で6軸です。

軸の向きですが人の動きで例えると、前転する向きが「ピッチ軸」、側転する向きが「ロール軸」、垂直方向の回転(ぐるぐるバットの向き・・・で通じるかな)が「ヨー軸」となります。

 

ジャイロセンサーが無いとドローンはどうなる?

phantom-平行

ジャイロセンサーが無いとドローンは平行を保つことができません。

ジャイロセンサーが搭載されていると風が吹いてドローンが傾いたとしても、自動で地面に対して平行に戻してくれます。

ですがジャイロセンサーがないと傾いたままで、自分で傾いた方向の逆の舵を切らないと元に戻りません。

 

またドローンは進んでるいる方向に傾き(右に進むと右に傾く)、スピードを上げるほど傾きが大きくなります。

ですのでスピードを上げすぎると傾き過ぎてひっくり返ってしまいます。

このようにひっくり返らないようにもジャイロセンサーが機能しています。

 

またレース用のドローンではジャイロセンサーをオフにする機能もありますが、基本的には危ないのでジャイロセンサーはオフにすることができません。

まとめ

このようにジャイロセンサーが傾きを感知し、傾いた分戻したりしてドローンは安定したホバリングができています。

ちなみにジャイロセンサーが搭載されているドローンをホバリング中に手でつかみ、傾けようとすると元に戻そうとしている力を感じることができます。

もし試される場合は危険なので人がいない場所で、プロペラには十分注意してくださいね。

 

 

ジャイロセンサーはドローンに搭載されているごく一部のセンサーでしかありません。

ドローンの仕組みに興味があればこちらの記事でご紹介しています。

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