マルチコプター

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飛行中のDJI-S800 (ヘキサコプター)
DJI Phantom 3 (クワッドコプター)

マルチコプター英語: multicopter)とは、ヘリコプターの一種であり、3つ以上のローターを搭載した回転翼機のことである。「マルチローターヘリコプター」や単に「マルチローター」とも言われる。遠隔操作できる無人マルチコプターは、通称として、短くドローン: drone)などと呼ばれる事もある。

概説[編集]

放射状に配置される複数のローター(回転翼)を同時にバランスよく回転させることによって飛行する。上昇・下降はローターの回転速度(回転数)の増減によって行い、前進・後進・旋回などは、各ローターの回転数に差をつけ、機体を傾けることで行う。ローターは固定ピッチのものがよく使われ、右回り、左回りのものを交互に配置することで、回転の反作用を打ち消しあっている。

人が遠隔操縦するラジコンヘリコプター、自律飛行が可能な無人航空機(ドローン)、人を乗せることができる有人航空機などがある。ジャイロセンサーによって機体姿勢を制御させるものが主流である。またGPSを備え地理的位置を把握するものもある。

歴史[編集]

マルチコプターの歴史は古く、ヘリコプターの黎明期である1907年にBreguet-Richet Gyroplaneの飛行が試みられた。1922年にはde Bothezat helicopterの飛行が試みられた。その後も1958年にカーチス‐ライト VZ-7や1963年にX-19、1966年にダクテッドファンを装備したX-22が開発された。Bell Boeing Quad TiltRotorが研究されている。

1980年代から一部の愛好家の間では細々と開発が進められてきたが、当時は軽量、高容量のバッテリーや高出力の電動機の入手が困難で尚且つ、姿勢の変化に応じた連携制御が必要だったため、一般の愛好家が飛ばすことは困難だった。1989年7月にキーエンスからジャイロソーサーが発売され、これが契機となり、これまで垂直離着陸機を飛ばした経験のない者でも容易に飛ばせるようになった。この当時、搭載されていたジャイロスコープはモーターでコマを回転させる形式だった。その後、改良され、2000年代以降はスマートフォン等に使用されるMEMSジャイロスコープ加速度センサーが大量生産されて廉価になり、これらを搭載したマルチコプターが普及した。

1994年3月7日に日本航空協会の公式試験で人力ヘリコプターであるYURI-Iが高さ20cm、滞空時間19.46秒の飛行に成功した。

2013年、ドイツポスト(ドイツ郵便局)も、クワッドコプター MD4-1000を用いた配達の実験を行った。

2013年12月 米Amazon.comがマルチコプターでの配送サービス「Amazon Prime Air」構想を発表した。[1]

2015年11月 千葉県香取市にあるTHE FARM(ザファーム)にて第1回となる「Drone Impact Challenge 2015 (ドローン インパクト チャレンジ2015)」が開催され、[2]総勢61名のパイロットが参加した[3]ニコニコ生放送にて生放送も行われた[4]

2016年03月 千葉県千葉市美浜区にある幕張メッセでイベント「Japan Drone 2016」が開催され、イベントの内の1つとして屋内レース「ドローン インパクト チャレンジ2016」が開催された[5][6][7]。「Japan Drone 2016」の来場者数は8,023人。次回開催は2017年03月23日~25日 幕張メッセを予定[8]

2016年04月 楽天はドローンによる荷物配送サービス「そら楽」を05月に始めると発表した。第1弾としてゴルフ場で導入される。使われる機体はローター6つのヘキサコプターで最大積載量は約2kg。目的地までの飛行や荷物のリリース、帰還までを完全自動で自律飛行する。[9]

2016年7月3日、兵庫県加東市で日本国内初の賞金つきドローン(マルチコプター)レースが開催された。一周200mの専用コースを3周、操縦者はゴーグルをつけてドローン(につけたカメラ)の視点で操作。およそ50人が参加し、時速100kmを超えて飛ぶレースとなった[10]

2016年8月、ヘキサコプターのドローンにて地雷を探知し処理まで行うサービス「Mine Kafon Drone」が、開発に必要な資金をKickstarter上にて募ったところ、目標金額の7万ユーロに対して倍以上の資金援助が集まった[11][12]

2016年11月、第56回全日本模型ホビーショー京商より発表されたモデル、「DRONE RACER」が発売された。高度維持機能を持つ低空飛行用クアッドコプターとなり、R/Cカーで使われるホイラープロポで操縦できるよう設計されている[13][14]

2017年には、KDDIが実証実験としてLTEを利用した「スマートドローン」と呼ばれるオクトコプターにて目視外長距離飛行(総距離6.3km)を行い、課せられた任務として「棚池への薬剤散布」を行った。飛行途中に「ドローンポート」と呼ばれる箇所に着陸して無人充電を行い、機体の行動半径を拡大させた。日本政府がめざしている過疎地でのドローン宅配などでの利用が期待されているが、安全性の担保が当面の課題とされた[15]

構造と原理[編集]

一般的にマルチコプターは垂直方向に3個以上のプロペラを備える。プロペラの数が2個以下の場合には姿勢を制御する為にサイクリックピッチ機構のような回転中に連続的にプロペラの角度を変える機構が必要になるが、プロペラの数が増える事により、各プロペラの回転数を増減する事で姿勢を制御できる。シングルローター式のヘリコプターよりも姿勢安定性が良い。各モーターの回転数の制御は、搭載されたジャイロスコープで傾きを検出して補正する方向にモーターの回転数を変える。一方、複数あるプロペラのどれか一つでも停止すると墜落してしまうため、本質的にはシングルローター式のヘリコプターに安全性で劣る。

フライトコントローラー[編集]

フライトコントローラーボード(Naze32)

俗にドローンと呼ばれる自律飛行が可能な無人機タイプには、フライトコントローラー(Flight Controller:FC)が搭載されている。 ドローンの「脳」[16]とか「心臓部」[17]、「中核」[18]などと呼ばれるほどの最重要パーツになり、ドローンを単なるラジコンヘリとは一線を画す存在にしているパーツである。 小型のコンピュータに相当し、内蔵しているジャイロセンサー加速度センサー、気圧センサー、GPSなどの情報を元に、機体の姿勢を監視・安定化させつつ、操縦に応じて複数あるモーターの回転を調整して機体の傾きや進行方向を制御している[19]

フライトコントローラーのハードウェアとしてはNaze32とCC3Dが良く使用される[20][21][22]。 そのハードウェアに制御アルゴリズムを実装したファームウェアインストールして使用する。 基本的にはそれぞれのハードウェア専用のファームウェアを用いるが、異なるハードウェアでも共通で利用できるファームウェアもある。 代表的なファームウェアとしては以下のものがある。

  • BaseFlight
Google Chromeアドオンから設定が可能な無料のファームウェア[23]。Naze32のデフォルト[24]
  • CleanFlight
Baseflightから派生したファームウェア。開発スピードがBaseflightよりも早く、人気で情報が多い[24]
  • BetaFlight
Cleanflightの性能強化・改善版[25]
CC3Dのデフォルトとなっていた、オープンソースのファームウェア。現在は開発がストップし、LibrePilotに移行している[16][26]
  • LibrePilot
2015年にOpenPilotのフォークとしてスタートしたファームウェア[27]

種類[編集]

ローターの数による分類名[編集]

仕様による種類[編集]

カメラ搭載型[編集]

カメラ搭載型は、空撮や調査などで、人や従来の航空機が立ち入れない未知の視点からの撮影を可能にした。撮影している映像はFPVによって地上でリアルタイムでモニタリングが可能であるが、電波法の制約から出力や帯域が大きく制限されている。 写真やビデオ等の可視カメラの他、赤外線カメラを搭載するタイプもある。 映像制作用の場合、カメラはブラシレスジンバルに搭載されることで揺れのない映像を撮影できるようになった。

測量型[編集]

連続写真による写真測量型やレーザー計測器を搭載した、測量船用の機体も存在する。

輸送型[編集]

物資の輸送に特化した高いペイロード、長い航続距離を誇る機体も開発されている。

戦場での爆撃への利用も研究されている[28]

用途[編集]

マルチコプターによる映像の一例(夏の新潟県岩船郡粟島を撮影)

以前のラジコン空撮はカメラの揺れが大きいため動画には適さず、写真の撮影がメインであった。しかしDJI社が発表したZ15という新しいカメラジンバル(カメラのスタビライザー・安定化装置)により、ほとんど揺れのない安定した映像を撮影できるようになった。このようなブラシレス、ダイレクトドライブ方式のジンバルは、他にFREEFLY社からMōVIというものが2013年NABで発表された。

火山観測[編集]

火山噴火時の状況を把握するために、マルチコプターを使用し、自動航行による火口観測や、観測ローバーを山頂に運ぶなどの用途で使用されている。東北大学と、株式会社エンルートとの共同研究で、浅間山新燃岳でのフィールド実験が行われている。

屋内監視[編集]

レーザーセンサーなどを使用し、屋内での自動飛行も可能となっており、警備や、危険区域の探査にも活用されている。

災害調査[編集]

自律飛行可能な利点を活かし、人が立ち入れない場所での調査が期待されている。

防犯[編集]

大手セキュリティ会社、セコムが小型飛行監視ロボットとしてクァッド型のマルチコプターを開発した。

スポーツ・レース[編集]

会場やコース上空からの空撮では、2015年1月22日、スポーツ放送初のマルチコプター(ドローン)による中継を、米国スポーツチャンネルESPNX-Gamesの中継で実施した[29]。日本では、2015年9月6日、インターネットとCATVによるトライアスロン大会の生中継で、マルチコプター(ドローン)による空撮が加わった[30]

ホビー[編集]

現在、一般の店などで大量販売される遊び趣味用マルチコプターは、従来のシングルローター(いわゆる「ヘリコプター」型)に比べ安定性が高く操縦しやすい。プロ用と比べ小型・軽量で、全長は、10cm以下から30~40cm程度が多いが80cm程のものもある。機体材質は合成樹脂(いわゆる「プラスチック」や「発泡スチロール」状)が多い。世界的に中国メーカー製の製品シェアが高まっており日本国内では日本のメーカー製の製品も販売されている。熱心な愛好者には、各パーツ、制御ユニット、モーター、ローター、バッテリー、FPVシステム、機体の材料(合成樹脂や炭素繊維)などを個別に入手し自作、飛行実験や趣味的飛行を楽しむ人もいる[31]

物資輸送[編集]

各国でドローンを使用した宅配便の計画が進行中で一部では既に実験的に運用される。運ぶ荷物は医薬品のような緊急性を要し、尚且つ軽量の荷物が主流で自動体外式除細動器(AED)を緊急輸送する試みも進められつつある[32]

農業[編集]

以前は無線操縦ヘリコプターを使用していたが、操縦には技量が必要だった。高精度衛星測位を利用した自律制御式のマルチコプターによる種子肥料の散布、防除が進められつつある[33]

有人機[編集]

有人飛行するマルチコプターの実験機

動力集中式の搭乗機では、部品数が多くなり、動力を伝達する機構が複雑になる事などから実用性には乏しく、ヘリコプターの黎明期に数機種が開発され、飛行実験には成功したものの、その後、上述の理由により開発は滞り、実用機には採用されていない[34]

研究開発は続けられており、2011年にはドイツの企業E-voloが16の回転翼を持つ有人の電動機を試作している[35]Bell Boeing Quad TiltRotorが研究されている。

法規制[編集]

個人レベルでも購入・操作できるようになってきたため、日本では、首相官邸無人機落下事件文化財などの建築物の撮影や地域のなどの催しで許可なく使用したり、操縦の不注意で衝突・落下が起きるなど、安全管理が問題になった[36][37][38][39][40][41][42][43]。このような事態を受けて、マルチコプター等を含む無人航空機に対する規制を適用する改正航空法2015年9月4日に可決成立、同年12月10日に施行された[44][45][46]

規制対象となる無人航空機[編集]

航空法では「無人航空機」の定義として、「飛行機、回転翼航空機、滑空機、飛行船であって構造上人が乗ることができないもののうち、遠隔操作又は自動操縦により飛行させることができるもの(200g未満の重量(機体本体の重量とバッテリーの重量の合計)のものを除く)」としている。

なお、総重量200グラム未満等であるために「無人航空機」に該当しないものであっても、「模型航空機」として[47]、空港やその周囲などにおける「制限表面」に係る規制、およびその他の航空法による規制は、依然として適用される(「制限表面#打ち上げ等の禁止等」、「制限表面#その他の規制空域」を参照)。

飛行空域の規制[編集]

次の空域における飛行は、事前に申請し、国土交通大臣による許可制とする。

  • 地表または水面から150m以上の高さの空域(A空域)
  • 空港やその周囲などにある「制限表面」に掛かる空域(B空域)
  • 人口集中地区 (DID) 上空であって、前述のA空域、B空域に該当しない空域(C空域)

私有地の上空であっても、上述の規制空域(A - C)に該当すれば、自らの土地でありまたは土地の所有者等から許可を得た場合であっても、航空法による許可が必要である。ただし、屋内や、ゴルフ練習場など網や幕等で6面が囲われた空間内では、航空法による許可は不要である。

規制空域(A - C)に該当しない空域では、航空法による許可は不要である。ただし、別途の法令(後述)や自治体の条例による規制を受ける場合がある。

また現状は航空法による規制はないが、航空法等に規定される飛行禁止区域民間訓練試験空域自衛隊在日米軍の制限に係る空域(射爆撃場や、横田空域その他)等は考慮する必要があろう。(「制限表面#その他の規制空域」を参照)[48]

飛行方法の規制[編集]

空域の種別や国土交通大臣による許可の有無を問わず、無人航空機の飛行方法については次の規制が適用される。ただし、飛行方法について特別に国土交通大臣の承認を受けたときは、この限りではない。

  • 夜間飛行の禁止(日没から日の出までの時刻)
  • 地上高150メートル以上での飛行禁止。
  • 目視外飛行の禁止(飛行させる者が直接に目視できる範囲内に限り飛行させること。また、常時監視すること。遠隔モニター監視は禁止)
  • 地上または水上にある、他人、または他人の車両や船舶等、建築物もしくは工作物等の物件から30メートル以上離して飛行させること。
  • 祭礼、縁日、展示会、スポーツ・運動等の試合・大会等、コンサート、フェスティバル、デモ活動等その他、多数の人が集まるイベント等やその会場等の上空での飛行禁止
  • 爆発物、可燃物、危険物、有害物等および武器類の積載禁止(無人航空機の燃料や動力、保安装置、その他の無人航空機に装備される機器に用いるために積載する物を除く)
  • 航空機からの物件投下の禁止(液体の散布を含む。但し、物件を地上に置いて下ろす場合を除く。)

以上参考:無人航空機(ドローン・ラジコン機等)の飛行ルール - 国土交通省

別途の法令等による規制など[編集]

その他[編集]

無人航空機を含め航空機を落下させたために他人の生命、身体や財産に損害を与えた場合には、損害賠償責任が生じる。

参照・出典[編集]

  1. ^ Amazon、ドローンでの配送サービス「Prime Air」構想を発表”. アイティメディア株式会社. 2016年5月17日閲覧。
  2. ^ プレスリリース (PDF)”. Drone Impact Challenge. 2016年5月18日閲覧。
  3. ^ 日本初上陸「ドローン・インパクト・チャレンジ」で見た、最高時速100キロの興奮”. SENSORS. 2016年5月18日閲覧。
  4. ^ Archives in 2015”. Drone Impact Challenge. 2016年5月18日閲覧。
  5. ^ ドローン・インパクトチャレンジ//パイロットエントリー”. Drone Impact Challenge. 2016年5月18日閲覧。
  6. ^ ドローンインパクトチャレンジ2016:優勝者決定【Japan Drone 2016】”. DRONE: ZERO GRAVITY. 2016年5月18日閲覧。
  7. ^ はじめてのドローンレース観戦レポ!想像以上に速い、観客もどよめく圧倒的なスピード。ドローンインパクトチャレンジ”. BOOST MAGAZINE. 2016年5月18日閲覧。
  8. ^ ジャパン・ドローン 2016”. JUIDA 一般社団法人日本UAS産業振興協議会. 2016年5月18日閲覧。
  9. ^ 楽天、ドローン配送「そら楽」開始 第1弾はゴルフ場で”. アイティメディア株式会社. 2016年5月17日閲覧。
  10. ^ ドローンの操縦技術競う国内初の賞金レース 兵庫
  11. ^ "地雷のない世界"は実現するか 地雷を安全に除去するドローン「Mine Kafon Drone」”. NEWSTORY. 2016年9月8日閲覧。
  12. ^ ドローンで地雷を駆除。Mine Kafonプロジェクトが目指すもの”. DRONE.jp. 2016年9月8日閲覧。
  13. ^ 誰でも楽しめるレーシングドローン「DRONE RACER」ができるまで”. ブーストマガジン (2016年11月25日). 2016年12月21日閲覧。
  14. ^ 1/18スケール ラジオコントロール ドローンレーサー DRONE RACER”. 京商株式会社. 2016年12月21日閲覧。
  15. ^ ドローンは「どこまでも飛んでいける」 長距離自律飛行・無人充電実験にKDDIが成功”. Engadget 日本版 (2017年11月29日). 2017年11月30日閲覧。
  16. ^ a b フライトコントローラーのF1 F3とは?FPVドローンレース機のおすすめFC”. BE INTO DRONE. 2016年7月27日閲覧。
  17. ^ ドローンのオープンソース化の流れと産業利用に与える影響”. DRONE MEDIA. 2016年7月27日閲覧。
  18. ^ ドローンのA TO Z !ドローンの基本から丸わかりガイド”. BE INTO DRONE. 2016年7月28日閲覧。
  19. ^ 初心者が語るRCマルチコプターの基礎知識 フライトコントローラー編”. ソラトモ Ph.. 2016年7月28日閲覧。
  20. ^ FPVレーシングドローンの作り方”. FPVドローンラボ. 2016年8月1日閲覧。
  21. ^ Racer Drone Accessory”. 株式会社ジーフォース. 2016年8月1日閲覧。
  22. ^ OpenPilotでCC3Dのマルチコプターの設定を行う”. BE INTO DRONE. 2016年8月1日閲覧。
  23. ^ How to install Baseflight”. EasyRC.co.uk. 2016年8月1日閲覧。
  24. ^ a b CleanFlightでnaze系FCのマルチコプターの設定を行う”. BE INTO DRONE. 2016年8月1日閲覧。
  25. ^ Naze32へのBetaflightインストール編”. 空飛ぶパソコン. 2016年8月1日閲覧。
  26. ^ OpenPilot”. LibrePilot/OpenPilot Wiki. 2016年8月1日閲覧。
  27. ^ About LibrePilot”. LibrePilot Documentation. 2016年8月1日閲覧。
  28. ^ クラウドファンディングで賄うウクライナ軍ドローン部隊”. VICE Japan. 2016年7月29日閲覧。
  29. ^ 米国コロラド州アスペンにて、ESPNは冬季X-Gamesの中継にドローンからの空撮を取り入れた。「ESPN、スポーツ放送初のドローン中継を実施」、および、「Aerial drone coverage debuts at X Games Aspen」 参照
  30. ^ 佐渡国際トライアスロン大会にて、従来のコース周辺での撮影映像に加えて、バイクコース上空また沖合上空から見たスタート地点やバイクコースの映像も放映された(2015年9月6日 6:00~21:30放映)。同大会「歴史」 参照
  31. ^ アマチュア無線でRC FPVを楽しむ”. JI1BZN / JA7CME. 2016年5月15日閲覧。
  32. ^ 119番で「救命ドローン」、薬やAED届ける…今秋に実証実験, https://yomidr.yomiuri.co.jp/article/20160818-OYTET50016/ 
  33. ^ 空から農業を一変させる。 リモートセンシングと無人ヘリで切り開く農業の未来とは?, https://www.yanmar.com/jp/about/ymedia/article/remote_sensing_1.html 
  34. ^ 「ヘリコプタ」 社団法人 日本航空技術協会 ISBN 4-930858-45-3
  35. ^ 独企業が開発の「電動マルチコプター」、有人飛行に成功
  36. ^ 15歳少年逮捕 浅草・三社祭で「ドローン飛ばす」予告、業務妨害の疑い
  37. ^ 警察挑発、再三の注意無視 ドローン飛行予告少年「答えるつもりありません」
  38. ^ ドローン:姫路城大天守に衝突 窓枠に擦り傷5カ所 兵庫 毎日新聞 2015年9月20日
  39. ^ 姫路城大天守にドローン衝突 男性が出頭
  40. ^ 姫路城にドローン衝突 男性が出頭、謝罪 日本テレビ 2015年9月21日
  41. ^ 「機体見えなくなった」姫路城ドローン衝突事故、操縦の男性名乗り出る 産経新聞 2015年9月20日
  42. ^ 姫路城ドローン衝突、操縦の会社役員が出頭 読売新聞 2015年9月20日
  43. ^ 姫路城にドローン衝突 操縦者が名乗り出る 兵庫県警 神戸新聞 2015年9月20日
  44. ^ ドローン、密集地で禁止 改正航空法が成立 産経ニュース 2015年9月4日
  45. ^ ドローン:法律で規制…密集地の飛行禁止 改正航空法成立 毎日新聞 2015年9月5日
  46. ^ ドローン飛行、国の許可・承認114件 改正航空法、規制初日 産経ニュース 2015年12月10日
  47. ^ http://www.mlit.go.jp/common/001128047.pdf
  48. ^ これらの内、地表または水面から150m以上の上空については国の許可制(A空域)であるため事実上問題は生じない。
  49. ^ “ドローン等に用いられる無線設備について” (プレスリリース), 総務省, http://www.tele.soumu.go.jp/j/sys/others/drone/ 2017年9月23日閲覧。 

関連項目[編集]