2025金沢中学校デジタル科授業StampFly体験

Drone Control Workshop StampFlyで体験︕ ドローンの⾶⾏制御︕ 2025.10.27 デジタル科体験授業 ⾦沢⼯業⼤学 ロボティクス学科 伊藤恒平

Drone Control Workshop

Drone Control Workshop 今⽇体験すること ・操縦体験 ・モータの制御プログラム ・ドローンの前転動作をプログラム 4

Drone Control Workshop ドローンが⾶ぶのは当たり前︖ ドローンは基本不安定です ⼈間が⼿動で操縦しようとしても⾶ばせません コンピュータの制御なしでは⾶べない コンピュータが壊れるとすぐに墜落します 制御はデジタル制御と呼ばれるもので⾏われています 5

Drone Control Workshop 教材の StampFlyについて Introduction 6

Drone Control Workshop StampFly 300mAh1S電池 距離センサ 電圧・電流センサ M5StampS3 オプティカル フローセンサ RGBLED 拡張ポート 気圧センサ 距離センサ 加速度センサ ⾓速度センサ 地磁気センサ ブラシ付 DCモータ RGBLED ロボットや⾶⾏制御の学習教材として開発︕ 7

Drone Control Workshop 8

Drone Control Workshop ロボットの制御とは︖ 9

Drone Control Workshop StampFlyの動作概要 トランジ スタ スイッチ ミキシング PID制御 外乱 ブラシ モータ スタビライズ アクロ モード プロペラ フレーム 上昇 下降 回転 運動 環境 ノイズ ジャイロ 加速度計 距離計 ⾓度推定 ⾼さ推定 位置推定 ⽬標 10

Drone Control Workshop クアッドコプタの運動原理 11

Drone Control Workshop クアッドコプタの運動 X 前後 1 上昇・下降 2 ロール回転 3ピッチ回転 4 ヨー回転 ロール回転 Y 左右 ピッチ回転 ヨー回転 Z 上下 12

Drone Control Workshop 上下運動 X 全てのプロペラを 同時に 同じだけ 強くしたり 弱くしたり すると 上昇・下降する 上昇 下降 Y Z 13

Drone Control Workshop ロール運動 左のプロペラを 早く回転し 右のプロペラを 遅く回転すると 機体は ロール回転します 逆回転も同様 右に移動します X ロール回転 Y Z 14

Drone Control Workshop ピッチ運動 前のプロペラを 遅く回転し 後ろのプロペラを 早く回転すると 機体は ピッチ回転します X Y ピッチ回転 前に移動 Z 15

Drone Control Workshop ヨー運動 反時計回りしている プロペラを早くし 時計回りの プロペラを弱く すると 機体は時計回り にヨー回転する X Y ヨー回転 Z 16

Drone Control Workshop クアッドコプタの運動原理 直接制御できる運動は ・上下運動 ・各軸周りの回転運動 これらの合計4つの運動のみ 前後運動と左右運動は直接制御できない 17

Drone Control Workshop StampFlyの操縦 無線通信 ESP-NOW WiFi BlueTooth 18

Drone Control Workshop 送信機の電源を⼊れる 左ボタンを押し ながらスイッチ を⼊れてくださ いモード３にし ます ① 左ボタン ② ⾃動⾼度切り替え スイッチ L 左スティックのボタン 宙返り R これは モード３の設定です ③ ② ① 右ボタン ⾶⾏モード変更（アクロ・スタビライズ） ストップ ウォッチ スタート ストップ リセット ④ 一般的な機能 ①エルロン（ロール制御） ②エレベータ（ピッチ制御） ③スロットル （推力制御） ④ラダー（ヨー制御） 右スティックのボタン ARM 19

Drone Control Workshop 送信機のスティックの（モード２） 普通にスイッチ オンするとモー ド２です モード２とモー ド３は左右が逆 です ① 左ボタン ⾃動⾼度切り替え スイッチ L 左スティックのボタン 宙返り R ③ ② ① 右ボタン ⾶⾏モード変更（アクロ・スタビライズ） ストップ ウォッチ スタート ストップ リセット ④ 一般的な機能 ①ラダー（ヨー制御） ②スロットル ③エレベータ（ピッチ制御） ④エルロン（ロール制御） 右スティックのボタン ARM 20

Drone Control Workshop 送信機のスティックの意味 左ボタン ⾃動⾼度切り替え スイッチ L 左スティックのボタン 宙返り R これは モード３の設定です ③ ② ① 右ボタン ⾶⾏モード変更（アクロ・スタビライズ） ストップ ウォッチ スタート ストップ リセット ④ 一般的な機能 ①エルロン（ロール制御） ②エレベータ（ピッチ制御） ③スロットル （推力制御） ④ラダー（ヨー制御） 右スティックのボタン ARM 21

Drone Control Workshop ⾶⾏可能状態にする 左ボタン ⾃動⾼度切り替え スイッチ L 左スティックのボタン 宙返り R これは モード３の設定です ③ ② ① 右ボタン ⾶⾏モード変更（アクロ・スタビライズ） ストップ ウォッチ スタート ストップ リセット ④ 一般的な機能 ①エルロン（ロール制御） ②エレベータ（ピッチ制御） ③スロットル （推力制御） 右スイティック ④ラダー（ヨー制御） を押し込むと⾶ ⾏可能状態にな 右スティックのボタン ります ARM 22

Drone Control Workshop 安全能状態にする 左ボタン ⾃動⾼度切り替え スイッチ L 左スティックのボタン 宙返り R これは モード３の設定です ③ ② ① 右ボタン ⾶⾏モード変更（アクロ・スタビライズ） ストップ ウォッチ スタート ストップ リセット ④ 一般的な機能 ①エルロン（ロール制御） ②エレベータ（ピッチ制御） ③スロットル （推力制御） 右スイティック ④ラダー（ヨー制御） をもう⼀度押し 込むと安全状態 右スティックのボタン になります ARM 23

Drone Control Workshop StampFlyのLEDの⾊の意味 LED⽩点灯 LED紫点灯 LEDイルミネーション 起動中 センサ校正中 ⾶⾏準備完了 校正中は ⽔平⾯に置いて 触らない︕ 安全状態 マルチコプタの制御 24

Drone Control Workshop 電池切れサイン 電池切れサインです。 これ以上使うと、マイコンにリセット がかかり墜落します。 また、過放電になり電池が使えなくな ります。 LEDが時々⽔⾊になったら電池を交換 し、外した電池は充電してください LED⽔⾊点灯 マルチコプタの制御 25

Drone Control Workshop 電池の付け⽅ ①電池を機体 に取り付け ます ②アダプタを しっかり根 元まで⼊れ る ③電池とアダ プタは最後 に接続 ④電池とアダ プタを接続 26

Drone Control Workshop 電池の外し⽅ 後ろから押すよ うにして、前に 抜き取ります 27

Drone Control Workshop うまく⾶ばすコツ ① ③ StampFlyと⾃分の向きを合わせるように⽅向 （ヨー）を常に微調整する ② 通常は前後左右のトリム（0点）は狂っている ので常に舵を前後，左右に傾けて動かないと ころを探し⼩刻みに微調整する ④ 思い切って⾼度を上げて⼩刻みにスロットル を調整し、⼀定の⾼さを保つ練習を繰り返す ホバリング（空中停⽌）ができるまで繰り 返し練習する。 よくなったら、移動してみる 28

Drone Control Workshop うまく⾶ばすコツ（⾃動⾼度制御） ① ③ ⾃動⾼度制御モードで⾶ばして、上下の操作 に気を取られないようにする ② 通常は前後左右のトリム（0点）は狂っている ので常に舵を前後，左右に傾けて動かないと ころを探し⼩刻みに微調整する ④ StampFlyと⾃分の向きを合わせるように ホバリング（空中停⽌）ができるまで繰り 返し練習する。 よくなったら、移動してみる ⽅向を常に微調整する 29

Drone Control Workshop 安全のために •StampFlyは⼩型で安全ですが、 使⽤法を誤ると怪我をする場合 もありますので、これから説明 する事項を守ってください 30

Drone Control Workshop ⾶⾏試験場所の約束 • 周りとの間隔を２mは確保して⾶⾏試験を⾏なってください 31

Drone Control Workshop 操縦者と安全監視の役割分担 ⼀⼈が操縦している時は、もう⼀⼈は周りの安全を確保してください 32

Drone Control Workshop プロペラを上から⾒ない 回っているプロペラを 上から覗かない プロペラが外れて真上に ⾶んできます ⽬に⼊ると危険です 33

Drone Control Workshop 混信について 3chに設定されている StampFly A Aとペアリングして いる送信機 4chに設定されている StampFly B 本来Aを操縦しようと思っていてもチャ ンネルが隣り合っているBにも影響を与 えてしますBの操縦種が意図しない動き をする場合がある 34

Drone Control Workshop プログラムの⼿順 Lesson 0 35

Drone Control Workshop フォルダを開く 36

Drone Control Workshop M5StampFly_skeltonを開く デスクトップの M5StampFly_open campusフォルダ を選択して開く 選択 開く 37

Drone Control Workshop このエリアでプログラムを編集します 38

Drone Control Workshop このエリアでプログラムを編集します 39

Drone Control Workshop ビルド PC StampFly ⾚丸のアイコンをクリック してビルド プログラムをビルドしロボットに書き込みできる形にできるか確認する エラーが出たらプログラムを⾒直す 40

Drone Control Workshop 電池を抜き、USBケーブル接続 ここに ボタン あります 電池を抜く USBケーブルを接続 書き込めなかったらボタンを押しながら接続 マルチコプタの制御 41

Drone Control Workshop ビルドと書き込み PC USB-Cケーブル StampFly PCとStampFlyを接続 書き込みの時は電池を外す︕ ⾚丸のアイコンをクリック して書き込み 書き込みが失敗した場合はUSB-Cケーブルを抜いてStampのボタンを 押しながら再度ケーブルを接続して書き込み 42

Drone Control Workshop モータを回す Lesson 1 43

Drone Control Workshop ⾶⾏時のプログラム 44

Drone Control Workshop プロペラをDuty15%で回す すべてDuty15％で回す 45

Drone Control Workshop Lesson1 Exercise 1. 各モータの回転をそれぞれ別々にしてみましょう。 2. Dutyの値は0.0〜0.3にしてください 46

Drone Control Workshop ドローンに前転させよう Lesson 2 47

Drone Control Workshop ピッチ運動 前のプロペラを 遅く回転し 後ろのプロペラを 早く回転すると 機体は ピッチ回転します X Y ピッチ回転 前に移動 Z 48

Drone Control Workshop Lesson2 Exercise 1. 各モータの回転をそれぞれ設定して前転させて みてください 2. 前転ができたら後転や左右の横転も試してみて ください 49

Drone Control Workshop おわりに 50

Drone Control Workshop 当研究室で達成していること • マルチコプタ機体の設計と製作 • フライトコントローラーの設計と製作 • フライトコントロールプログラム • 拡張カルマンフィルタによる姿勢推定 • ３軸⾓速度PID制御 • ３軸⾓度PID制御 • TOFによる⾼度の制御 PicoCopterプロトタイプ 今後取り組むべきこと • 新機体の開発 • IMUによる⾃⼰位置推定 • UBWによる⾃⼰位置推定 • 距離センサによる点群情報取得 • カメラによる点群情報取得 • Liderによる点群情報取得 • センサフュージョンとSLAM • ⼈間とのインターフェース • Graound Station（GS）の仕様 • GSの実装

Drone Control Workshop

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Drone Control Workshop おしまい 58