技術ゼミ

今回紹介するのは、「AEROBO（エアロボ）の飛行の仕組み」についてです。私たちが開発したドローン（AEROBO）を見て、「どうして空中に浮いて移動出来るのだろう、急に落ちてきたりしないのだろうか」といった疑問、不安を持った方は、私以外にもいると思います。
ですので、この記事でドローンの飛行の仕組みについて紹介し、「だからドローンはきちんと飛ばせば安心なんだ！」と思っていただければ幸いです。

飛行する仕組み

1. 物体を浮かす力、その名は「揚力」

AEROBOの飛行について解説をする前に、ドローンやヘリコプターの浮く仕組みについて解説します。
ドローンが飛ぶ原理の基本は、飛行機と同じ「揚力」による飛行です。飛行機の飛行原理は、機体を前進させ、翼で空気をおしわけることで翼の上側と下側で圧力に差が出来ます。
この圧力の差により生まれる、物体を上に押し上げる力、これを「揚力」と呼びます。ドローンの場合、飛行機の翼のかわりにブレード(ドローンに4~8個ついているプロペラの事)を回転させて、空気をおしわけ「揚力」を生んで飛行します。

2. ドローンはこうやって移動する「プロペラの制御」

次は、「どうやって空中で移動しているのか」を説明します。浮くだけでは飛行とは呼べません、浮いて移動して始めて飛行と呼ぶのです。ドローンは各ブレードの回転量を調整することで、飛行します。上下移動する際は、それぞれのブレードの回転量を一律に上げる事で上昇し、一律に下げる事で下降していきます。
また、前後左右に移動する場合も、特定のブレードの回転量を一律に上げる事で機体を傾かせて移動します。上の図の、後ろ2つのブレードの回転量を上げ、機体を前に傾かせることで、前に移動します。後左右に移動する時も基本は同じです。行きたい方向とは逆方向のブレードの回転数を上げて、機体を傾けて移動します。
機体の回転についても原理は同じで、一部ブレードの回転量を上げることにより回転します。前述したように、ブレードが一つでは本体がブレードの回転方向とは逆方向に回転してしまいます。それを防ぐために時計回りと反時計回りのブレードを、同時に回転させて力を相殺しているのです。つまり、時計回りのブレードの回転量を上げれば反時計回りに、反時計回りのブレードの回転量を上げれば、時計回りに機体が回るということです。
しかし、ここで思い出して下さい。先ほど「上下移動する際は、全体の回転量を上げる事で上昇、下げる事で下降していきます。」と説明しました。機体の前後左右移動、及び回転するためにブレードの回転量を上げると少しずつ機体が上昇してしまうではありませんか！それを防ぐために、一部ブレードの回転量を上げる代わりに、他のブレードの回転量を下げる事で全体の回転量を一定に保ち、機体の上昇を防いでいます。

AEROBOの飛行についてのまとめ

AEROBOは自律飛行型のドローンですので、操縦することは基本的にありませんが、ドローンがどのように飛行するのか、仕組みを分かって頂けたら、飛行機のようにもっと安心して、みなさまに利用して頂けるのではないかと思います。

ドローンを使用した測量には大きく分けて「写真測量」と「レーザー測量」の2種類があります。
ここでは、エアロセンスが行っている「写真測量」に関して、その原理と特徴をご紹介します。

写真測量の原理と仕組み

1. 写真測量の原理

私たちが物体を目で見たとき、その物体が自分からどの程度の距離にあるのか、計測器を用いなくても、おおよそ知ることができます。しかし実際には、右目と左目では違ったように見えています。片目ずつ対象を見てみると、位置が微妙にずれて見えることを実感できるかと思います。これは「両眼視差」と呼ばれる現象ですが、これにより私たちは物体を立体的に見ることが可能になります。加えて、右目で見える対象の位置と、左目で見える対象の位置の差によって、奥行き（距離）を感じることができます。写真測量は、人の目の代わりにカメラを用い、対象を写真に収めることで、この現象を再現しています。

2. 撮影方法

ドローンに搭載したカメラで、測量したい範囲内を、一定の高度・間隔で撮影します。その際、下の図にあるように、同じ箇所を複数枚、重なる(オーバーラップする)ように撮影していきます。こうすることで、カメラが1台であっても、右目と左目、両方の役割を代用し、対象を様々な角度から捉えることが可能になります。また、この際「対空標識」と呼ばれる目印を、地上のポイントに配置し、その目印の実際の緯度経度と写真の中での位置を合わせることで、より精度の高いモデルを作成することができます。

3. 3Dモデリング

オーバーラップさせながら撮影された複数の画像から、共通の点（地点）を抽出し、重ね合わせることでバラバラの画像から一枚の地図にします。と同時に、画像間の視差から距離を計算して、３Dの形状を求めます。人間の目や脳で行っているような工程と似た作業を、カメラからの画像データを処理して行っています。デジタル画像処理とプロセッサの進化により、データ抽出にかかる時間やコストが、飛躍的に向上したことは言うまでもありません。

写真測量の特徴のまとめ

有人航空機を利用した測量を行う場合、高度の高いところから撮影する必要があり、解像度の高い写真を撮影するため、とても大きく高価なカメラや、高価な計測器機を用いて、データを正確に貼り合わせることが必要でした。広範囲を粗く測量するには適しています。
ドローンで行う測量は、飛行高度が低く、用いるカメラが比較的安価なものでも、解像度の高い写真が撮影可能です。デジタル画像処理の進化により、大量のデータからより精度良くリッチな情報を抽出することができます。狭い範囲をより詳細に測量するのに、メリットの高い測量方法だと言えます。