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2017年9月21日(木) 21:37

裏目

 コイルガン関連の残存リソースを確認し、愕然とした。
 ノウハウは過去記事を漁れば思い出せるが、問題は物理的な素材等である。
 回生型コイルガンは「人類には早過ぎる技術」だと判断し、コイルガンを趣味から除外。コイルガン関係の物体を大量に捨てたのだった。
 今すぐ使わないが、いつか使うかもしれない。そう考えて捨てずに取っておく物体によって部屋が埋まる。ありがちなその問題は非常に頭が痛く、悩んだ末にコイルガン関係を捨てまくった。
 最終盤に開発していた多段式コイルガンとか、そのために組み立てたスイッチング素子とか、消えている。そればかりではない。コイルを製作するための冶具も、消えている。これは、凄まじく痛い。単純な装置だが、製作にはかなりの費用を要するのだ。そしてそれ無しでコイルを製作するのは困難であることも、良く分かっている。
 コイルを製造するなら、またそこから作り直さねばならない。

 ZVS方式の充電器などは、コイルガン以外にも使えるから捨てていなかった。
 ストロボ用IGBTとかストロボ用ダイオードのようなディスクリート素子も、量が多い割にかさばらず高価なので捨てていない。
 他には、エナメル線も捨てずに取ってある。今回のパイルバンカー程度であれば、新たにエナメル線を買う必要はない。
 だが、冶具を捨てちゃったのはダメージ大だ。こういう経験をすると、ますます部屋の物体が減らなくなる。片付かなくなる。

 さて、自作ドローンの規模としてはペイロード1キロを目安に考えている。
 だから、パイルバンカーの重量は800グラムを目標とし、最大でも1キロは越えないように製作する。この重量にはコンデンサーや充電器を含むが、ドローン本体と共用するバッテリーの重量は含まない。
 まずパイルバンカーを開発し、その形状や重量バランスに合わせてドローン本体の細部設計を行う。要するに、パイルバンカーを一番使用し易いドローンを仕立てる訳だ。ただしもちろん、パイルバンカーを外してカメラ等を運ぶことも普通に行う。

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2017年9月19日(火) 22:22

基本デザイン

 ドローン固有の制約として、ローターが邪魔になるということがある。
 ドローンの下部空間は広く開いているが、横方向は違う。横方向に作業しようとしても、ローターがあるため接近できない。壁に何かしようとしても、ローターが接触しない位置までしか接近できない。だから、壁に対してパイルバンカーを使うためには、前方に細長く突き出している必要がある。
 ドローンは重心が偏るとマズいので、パイルバンカーだけ前方にシフトさせて取り付けることはできない。あくまで重心はドローンに揃えないといけない。結論として、ドローン搭載用パイルバンカーは前後に細長いデザインになる。

 一般には銃のたぐいは「取り回し」の良し悪しが気にされがちで、長いものよりは短いものが好まれる。だが、本件の事情は特殊であり、長さが必要なのだ。

 こうして、基本概念が出来た。下図で、右から左へと移動する。
 コイルはA〜Dまでの4分割だが、4段式ではない。2直列2並列だ。プロジェクタイルに相当する軟鉄柱を、ステンレスシャフトに2つ取り付ける。そして最初は、BとDのコイルに通電して加速開始。ある程度←へ移動したら、AとCのコイルに通電して更に加速する。

 コイルには抵抗があり、投入エネルギーの大半がジュール熱として失われる。単一の大型コイルはエナメル線が長くなり、抵抗値が大きくなり、ジュール熱が増える。だから、小さなコイルに分割する方が効率が高くなり易い。
 そして、プロジェクタイルを重くするため、2分割で配置。これもまた、単一の細長過ぎるプロジェクタイルを回避している。プロジェクタイルに比べてコイルが短いのは非効率だが、コイルを長く(でかく)したくない。そこで、こんなデザインを考えた。

 コイルガンでは無理な、パイルバンカーならではのデザインだ。

 またパイルバンカーの独自性として、プロジェクタイルに尻尾が付いている。
 多弾式コイルガンでは、2段目以降の通電タイミングをどう合わせるかが問題となる。パイルバンカーは負荷変動が想定内なので、加速状況が一定しない。だから、どうしてもセンサーを使って加速状況を把握せねばならない。そこで役立つのが、尻尾だ。
 光センサーなどでステンレスシャフトの尻尾部分を監視すれば、加速状況が分かる。これも、コイルガンでは使い難い手法である。

 なお、回生型ではない。
 回生型コイルガンはスイッチング素子の技術進歩が追い付いておらず、信頼性を確保できないというのが現状の結論だ。ターンオフサージに耐えられる見込みがないため、パイルバンカーのように連続動作させるものには、とてもじゃないが使えない。

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2017年9月18日(月) 21:51

再開

 コイルガン開発放棄前に製作が進行していた、コンデンサー充電器。再開にあたり、電源コネクターを換装する。

 実験はラジコンバッテリーを接続して行うが、ラジコンバッテリーのコネクターには方式が幾つも存在する。これまで常用していたコネクターは、見た目の信頼性と裏腹に接触不良が多発するので、最もありふれたタミヤタイプに回帰することにした。
 今度は基本的に、すべてタミヤタイプで統一する。

 長年の各種実験で手持ちのラジコンバッテリーが次々に寿命を迎え、使用可能時間が極端に短くなったものばかり。久しぶりにニッケル水素型を2本新規購入し、充電して接続する。
 でもってちょっとコンデンサーを充電しようとして、ハタと気付いた。充電開始ボタンが無い!

 そういえばこれドローン搭載前提で、機械的なスイッチではなく信号制御になっていたはずだ。2年以上経つと、作った本人も仕様がすぐには出て来ない。自分が書いた過去記事の整理から入らねばならない。
 プロジェクトの再開には、大変なエネルギーを必要とする。

 現在はまだ、パイルバンカーの基本構造をあれこれ考えている最中である。詳細設計ではないため、外を歩きながらでも頭の中で想像を巡らせて楽しむことができる。
 ある程度の間合いから攻撃する銃タイプの場合、弾速は重要である。ターゲット到達までの時間が短いことは、そのまま直接的に有利である。しかし射程数センチのパイルバンカーの場合、到達速度自体はそれほど重要ではない。余りに遅ければ反作用で機体が浮き上がってしまうので、それなりに速くなければならないが、速度を追い求める必要はない。
 用途的には、運動エネルギーよりも運動量の方が重要だ。すなわち、プロジェクタイルに相当する部分を重くし、低速で動かす方がすぐれる。またコイルガン自体も、低速なほど効率が高くなる。

 よって、実用になる最低限の速度だけを確保し、プロジェクタイルは重くしたい。

 もちろんドローン搭載用だから、軽量化せねばならない。
 しかしコイルガンと異なり、弾丸重量は増えない。コイルガンの弾丸は重いので、何十発も搭載するとそれだけで馬鹿にならない重量になる。しかしパイルバンカーは、「弾丸」は常に1発しかなく連続動作させたい場合も重量増加はない。これもまた、パイルバンカーがドローンと相性の良い理由の1つ。
 その分、重たい「弾丸」が実用になる。

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2017年9月16日(土) 21:30

ロマン兵器

 ドローンには本質的な弱点がある。それは、軽量なことだ。
 そのため、対象に大きな力を加えるのが難しい。作用反作用の法則により、大きな力を加えると自分が浮き上がってしまう。
 例えば土を掘ろうとしても、反作用で浮いてしまい地面に力を与えられない。体当たりでもするしかなく、平和利用のドローンとしては現実的ではない。

 屋根樋に土が溜まってしまって、それを取り除きたいような場合。
 溜まった土が固まってしまっていたら、掘り出せない。

 家の壁の高い場所にツタが這っているから剥がしたいと思っても、ドローンの推力では直接剥がすのは無理だ。ならばとツタに何かを取り付けようとしても、しっかりと壁に張り付いたツタ相手では、何らかの大きな力を与えないと作業できない。

 写真を撮るだけなら飛行能力だけで良いが、何か作業させようとすると大きな力を出せないという弱点は結構な制限になる。
 ドローンで大きな力を出す方法は無いのか?
 ここで、閃いた。

 そうだ、パイルバンカー!

 ロマン兵器(実用性無し)と良く言われる、杭打ち機である。
 要は超短時間の衝撃により、反作用で機体が浮く前に力を与えてしまえば良いのだ。慣性核融合のノリ。
 ドローンという特殊な用途を考えたとき、パイルバンカーの弱点とされるものが、ことごとく利点になる。

 まずそもそも論として、ドローンに武器を搭載するのは違法である。3年前に自作ドローンを開発した当初は、ドローン搭載用コイルガンの開発も開始させた。しかし、その当時は合法だったドローン搭載コイルガンも、ドローン規制法により違法となってしまった。正確には許可を得れば搭載可能だが、現実に許可を得るのは不可能と考えるべきだろう。
 だが、パイルバンカーならば搭載可能だ。兵器として実用性が無いことが、ここで効いて来る。

 また、法的問題を別にしても、安全性にすぐれている。
 何しろパイルバンカーは射程が数センチしかなく、僅かに離れただけで威力ゼロである。ラジコンを武装させる危険についてはしばしば触れているが、パイルバンカーならば不慮の事故で何かに危害を与える危険がない。もちろん、流れ弾なんてものもない。
 一方で、射程内というか適切な間合いさえ取れば、その威力は強大だ。

 戦闘であれば、パイルバンカーが威力を発揮できる間合いで敵が何もせずじっとしていることなどありえない。だから実用にならないが、動く物体を相手にしない平和利用なら、何の問題もない。ドローンは空間を自由に移動できるから、ターゲットまで飛んで行けば済む。そして、ターゲット以外には何の危険も及ぼさず、ターゲットだけに強大なパワーを叩き込める。

 最後にノウハウ。
 パイルバンカーの動力として火薬は論外だが、そうなると電磁力が現実的である。ちょっと考えれば分かるが、その場合パイルバンカーとコイルガンの構造は殆ど同一である。プロジェクタイルを数センチだけ動かすコイルガン・・・それがパイルバンカーだ。つまり、コイルガンのノウハウもパーツも、殆どそのまま流用できる。コンデンサー充電器も、そのまま使える。
 かくしてドローン搭載用コイルガンは、ドローン搭載用パイルバンカーとして製作再開である。

 安全性にすぐれ、実用性にすぐれる。ターゲットに与えるダメージは、至近距離からコイルガンを撃ち込むのに匹敵する。

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2017年9月15日(金) 21:13

最新情報

 人工知能関係の本を買うため、駅前の大型書店へ。
 すると、目的の本は見つからなかったが、ドローン関係の本を見つけた。ちょっと中身を確認し、これは買う価値ありと判断して買って帰る。ドローンビジネス情報(3) 2017年 08 月号というやつだ。

 本の紹介するときにアマゾンは実に便利である。しかし、この本は発売が2ヶ月以上前ということで、アマゾンではプレミアが付いている。実店舗の在庫を買った自分は、定価の1296円だった。
 一方で肝心の人工知能本の方は、実店舗に在庫はなくアマゾンでなら普通に定価で買える(今ならば)。
 こういうのは、面白い。アマゾンは在庫が豊富であり店頭で延々探しまくらなくても簡単に買える。だから勝者となったのだが、何でもかんでもアマゾンの方が在庫豊富という訳じゃない。

 さて、ドローンの世界は余りに進歩が速いため、自作再開にあたり最新情報を確認しておくことに意味があると考えた。そしてこの本は、それに良く応えてくれているようだ。
 想像通り、自分が欲しいと思ったものや考えたアイデアの大半は、既に実現している。ロボットアーム2本備えたドローンなんてのも欲しいなあ、と思っていたのだが、ちゃんと作られている。
 DJIはセンサーを積みまくり、前後左右はもちろん上方の障害物も検知する。GPSに頼らない位置制御も当たり前だ。
 自作ドローンでも、下方はもちろん上方の障害物検知は必須だと考えていたが、メーカーだって分かっている。世界にどのようなニーズがあるか、という点に関してはDJIなんて最高に情報を溜め込んでいるだろう。

 ただし・・・自分個人という全人類の中の1人だけに関して、どのようなニーズを持っているか、という点に関しては、DJIだろうが何だろうが問題ではない。一番良く知っているのは、自分自身だ。
 そこに、自作の意味がある。個人的ニーズに最も適したドローンを作れるのは、当人だ。

 もう1つ、自作には更に大きなメリットがある。それは、ドローン規制によりドローンの運用が極端に限定されてしまっていることだ。自作ドローンだろうが市販ドローンだろうが、運用は同じように窮屈である。だが、市販ドローンだと単に窮屈なだけで終わってしまうのに対し、自作ドローンは自作するという行為自体に面白さがある。
 だから、運用が窮屈でも、市販ドローンよりも得られる快楽は大きい。
 これは3年前も感じていたが、ドローン最大の醍醐味はフライトコントローラーの自作にあると思う。
 要は、空飛ぶ自作ロボットなのだ。それに関しては二足歩行ロボットも面白いが、ドローンを選ぶのもアリだろう。

 ここにドローン規制が絡むことで、自作と市販の住み分けを考えることができる。
 自作のデメリットとして、パーツを高度に集積して軽量化するのが困難ということがある。自作のフライトコントローラーおよびセンサー類は、同じ機能性能なら間違いなくメーカー製より重くなる。これは、比較的大型のドローンではそれほど問題にならないが、軽量ドローンでは影響がでかい。
 ドローン規制を受けない200グラム未満の機体を考えると、自作はほぼ考えられない。無理に自作しても、メーカー製に劣りまくるだろう。
 だから自分は、市販ドローンは200グラム未満のものに限定して買うつもりである。規制を受けない超小型ドローンを市販品で楽しみ、規制対象になる大型ドローンは自作する。

 ただし今のところ、200グラム未満で使い物になりそうな市販ドローンはない。
 日本において200グラムすれすれの高性能ドローンに大きなニーズがあることは周知だろうし、DJIあたりは明確に認識しているはずだ。それなのに登場しないのは、恐らく技術的にキツいのだろう。だが、300グラム未満なら面白そうな機種は出ているし、発売は時間の問題だと考える。
 今すぐ「使いものになる」200グラム未難のドローンが必要という訳じゃないので、自作しながら果報を待つつもりだ。それこそ日進月歩なのだから。

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