67自動制御連合講演会2024発表資料

第67回自動制御連合講演会 プログラマブルドローン StampFlyについて 金沢工業大学 ロボティクス学科 伊藤恒平 M5Stack LAI JINGMING スイッチサイエンス 高須正和 ViXion 近藤義仁 necobit河津岳彦

第67回自動制御連合講演会 StampFly開発の経緯 プログラマブルドローン Stamp Fly 2

第67回自動制御連合講演会 Atom Fly１ プログラマブルドローン Stamp Fly 4

第67回自動制御連合講演会 プログラマブルドローン Stamp Fly 5

第67回自動制御連合講演会 ここから始まる プログラマブルドローン Stamp Fly 6

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第67回自動制御連合講演会 プログラマブルドローン Stamp Fly 11

第67回自動制御連合講演会 StampFlyについて Introduction プログラマブルドローン Stamp Fly 12

第67回自動制御連合講演会 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 プログラマブルドローン Stamp Fly 13

第67回自動制御連合講演会 Specification Specification Parametor 6 axis attitude sensor BMI270 SPI Communication 3-axis geomagnetic sensor BMM150 I2C Communication address: 0x10 Distance Sensor VL53L3 I2C Communication address: 0x52 FOV:25° Bus voltage monitor INA3221 I2C Communication address: 0x40 RGB LED WS2812@2020 Battery Capacity 300mAh@1S@30C Product Size 82*82*30mm Product Weight 34.5g StampFly 14

第67回自動制御連合講演会 StampFlyの特徴 • 小型・軽量 36.4g • 安全 • M5StampS3（FreeRTOS・C++） • ESP-NOWによる通信 • 機体価格\8,580 送信機\5,148 合計 \13,728 プログラマブルドローン Stamp Fly 15

第67回自動制御連合講演会 開発環境 • Visual Studio Code ＋ PlatformIO • 飛行制御コードはオープンソース（MITライセンス） • https://github.com/M5Fly-kanazawa プログラマブルドローン Stamp Fly 16

• https://github.com/M5Fly-kanazawa

第67回自動制御連合講演会 プログラムのアップロード プログラマブルドローン Stamp Fly 17

第67回自動制御連合講演会 プログラムのアップロード PC USB-C プログラマブルドローン Stamp Fly 18

第67回自動制御連合講演会 テレメトリ機能 ESPーNOW Telem Roll ０ Pitch ０ Yaw ０ ESPーNOW UART PC プログラマブルドローン Stamp Fly 19

第67回自動制御連合講演会 テレメトリ機能 ESPーNOW Telem Roll ０ Pitch ０ Yaw ０ PC UART M5ATOM プログラマブルドローン Stamp Fly 20

第67回自動制御連合講演会 テレメから取得したデータ例 気圧高度 オプティカルフローを利用した 自己位置推定結果 プログラマブルドローン Stamp Fly 地磁気データ 21

第67回自動制御連合講演会 プログラマブルドローン Stamp Fly 22

第67回自動制御連合講演会 StampFlyの飛行制御 プログラマブルドローン Stamp Fly 23

第67回自動制御連合講演会 アクロモードの制御 目標角速度 StampS3 ESP-NOW Transmitter ATOMS3 ESP-NOW + - Rate Controller StampFly ロール ピッチ ヨー 角速度 Gyro ※赤い枠のついている部分のプログラムを作成する プログラマブルドローン Stamp Fly 24

第67回自動制御連合講演会 スタビライズモードの制御 ロール ピッチ ヨー角 速度 目標角度 StampS3 ESP-NOW Transmitter ATOMS3 + - Angle Controller + - Rate Controller StampFly 1 𝑠 ロール ピッチ ヨー角 Gyro Angle Estimator Accel ESP-NOW プログラマブルドローン Stamp Fly 25

第67回自動制御連合講演会 教材としてのStampFly プログラマブルドローン Stamp Fly 26

第67回自動制御連合講演会 教材として • 安全性 • 入手性 • 組み込み制御教材 • 初学者のプログラミング教材 • フィジカルコンピューティング • 制御工学学習のベンチマーク プログラマブルドローン Stamp Fly 27

第67回自動制御連合講演会 推力係数・トルク係数の測定 プログラマブルドローン Stamp Fly 28

第67回自動制御連合講演会 パラメータ推定のための最小二乗法 正規方程式の行列表現 σ 𝜔4 σ 𝜔3 σ 𝜔2 σ 𝜔3 σ 𝜔2 σ𝜔 σ 𝜔2 σ𝜔 𝑁 4 σ𝜔 𝐴 𝐵 = σ 𝜔3 𝐶 σ 𝜔2 2 σ 𝑒𝜔 𝐴 𝐵 = σ 𝑒𝜔 𝐶 σ𝑒 3 σ𝜔 σ 𝜔2 σ𝜔 2 −1 σ𝜔 σ𝜔 𝑁 プログラマブルドローン Stamp Fly σ 𝑒𝜔2 σ 𝑒𝜔 σ𝑒 29

第67回自動制御連合講演会 実験結果 電圧[V] 角速度[rad/s] 1.04 1450 1.57 2083 2.04 2592 2.52 3152 3.01 3621 3.52 4097 パラメーター 値 𝐴 5.39e-8 𝐵 6.33e-4 𝐶 1.53e-2 プログラマブルドローン Stamp Fly 30

第67回自動制御連合講演会 推力係数の測定 角速度[rad/s] 推力[N] 818.9 8.13e-3 1488 2.09e-2 2024 3.93e-2 2566 6.89e-2 3332 1.09e-1 3876 1.52e-1 パラメーター 値 𝐶𝑇 1.00e-8 切片 -8.00e-5 プログラマブルドローン Stamp Fly 31

第67回自動制御連合講演会 トルク係数の測定 角速度[rad/s] トルク[Nm] 2083 2.94e-4 2592 5.42e-4 3152 7.77e-4 3621 1.18e-3 4097 1.50e-3 パラメーター 値 𝐶𝑄 9.75e-11 切片 -1.34e-4 プログラマブルドローン Stamp Fly 32

第67回自動制御連合講演会 モータの内部構造 プログラマブルドローン Stamp Fly 33

第67回自動制御連合講演会 モータコイルの概形 重量 0.58g 抵抗 0.65ohm 6.5 軸径 0.8 コイル外径 6 コイル厚 0.65 慣性モーメント3.30e-8 kgm2 単位 mm 12.4 21 プログラマブルドローン Stamp Fly 34

第67回自動制御連合講演会 プロペラ 全重量 ハブ 羽4枚 7.4 30.6 プログラマブルドローン 0.36g 0.18g 0.18g 慣性モーメント2.01e-8 kgm2 Stamp Fly 35

第67回自動制御連合講演会 プログラマブルドローン Stamp Fly

第67回自動制御連合講演会 今後のStampFly プログラマブルドローン Stamp Fly 37

第67回自動制御連合講演会 プログラマブルドローン Stamp Fly 39

第67回自動制御連合講演会 プログラマブルドローン Stamp Fly 40

第67回自動制御連合講演会 Various types of positional landmarks Stampfly Autonomous drone race Landing （４） （５） （３） Checkpoint４ Goal Checkpoint３ （２） The coordinates and height of the landmarks are communicated in advance. Take off Checkpoint２ Checkpoint１ Start プログラマブルドローン A competition where StampFly estimates its position using its sensors and races to reach the goal as quickly as possible, while ensuring it passes over the designated checkpoints. Once StampFly starts, it must fly completely autonomously until it reachesFly the goal. Stamp 41