自分の手で世界に一つのドローンを作りたいなら必見です。ドローンとラジコンの違いは何か・・自作するためには何が必要なのか、基礎知識と技適取得に必要な手続きについて・・後編です。
空撮を楽しもう！基本パーツはこれだけ・・（続き）
前回は、ドローン（マルチコプター）の基本的な構成と各パーツの説明をしてみました。
今回は、その続きで搭載カメラやVTX・各種センサーのお話です。
随分と面倒だと感じるかもしれませんが、ドローンレースを目指して工夫を楽しみながらチャレンジしてみましょう。
８．カメラ（ジンバル）
数年前のラジコンなどではカメラを搭載したものはあまりありませんでしたが、ドローンが発売されるようになってからは急激にカメラ搭載が進んできましたが、今ではラジコン飛行機にもカメラは搭載されていますね。
やはり、ドローンを飛ばす以上、空撮は欠かせないものとなっていますのでぜひ搭載しておきたいものです。
カメラの種類はたくさんあり、単体の小型カメラから基板取り付け型からジンバルに取り付けるアクション・カメラまで多様な製品がラインナップされています。
AIRSTAGE DJI FPV(2.4Ghz) ドローン用 Gopro などのアクションカメラを後付けでつけることもありますね。
３６０度カメラを取り付けると、結構面白い映像が撮れたりします。
専用マウントを使って取り付けるわけですが、この場合カメラは固定となります。
そこで、役に立つのがジンバルです。
ジンバルには、２軸制御と３軸制御のものがあります。（１軸・４軸といったものもあるんです。）
２軸制御はカメラの上下角と左右角を常に一定に保つよう制御します。
３軸制御はこの２軸に加えカメラの横回転もコントロールしてくれます。
自撮り用のジンバルなどが多数発売されておりご存じの方も多いと思います。
現在では、カメラを機体に内蔵したドローンがほとんどですが、自作したい方はカメラのタイプやジンバルの種類も確認しておきましょう。
このようなカメラ付きＶＴＸも合わせて、いろいろ検討してみましょう。
有名どころのメーカーから、高性能のアクションカメラが多数発売されていますね。
ジンバルを取り付ける場合は、操作用のチャンネルが確保できるか受信機やフライトコントローラーの仕様を考慮しておきます。
９．オプティカルフローセンサー
オプティカルフローセンサとは、画像中の物体の移動方向・量を検知するセンサで、ＰＣのマウスの移動量計測や物体追跡、ドローンの位置推定などに使用されています。
ホバリング姿勢になった際に認識した空間データと姿勢が崩れる＝センサーが最初に認識した位置とのズレを自動的に修正する機能です。GPSの場合は、衛星を使った座標特定による空間認識ですが、オプティカルフローは位置記憶と自動修正です
通常、GPSがついてないAlutitude holdのみの場合、横風やトリミングズレの重量バランスなどでその場にホバリングしてるつもりでも流される事があります
しかし、このオプティカルフローセンサーがついてる場合、機体が傾いた際、真下のセンサーで捉えている映像のズレを検知して、姿勢を水平に自動制御してくれるという機能です
オプティカルフローポジションニングセンサー搭載のドローンの最大のメリットは姿勢制御の安定性とＧＰＳなしでもある程度は風が吹いても流される事なくその場ホバリングが可能です。（過信は禁物ですが・・。）
GNSSアンテナ
GNSS（全地球型測位システム）は衛星測位システムの総称です。
アメリカのGPS、ロシアのGLONASS、ヨーロッパのGalileo、中国のBeiDou、日本のQZSS（みちびき）などのそれぞれの国の人工衛星から発せられている電波により、位置の測定を行うことができます。
位置を測定するには、少なくとも4機以上衛星が必要となります。3機の衛星があればある程度の位置は特定できますが、わずかなズレが生じます。ズレを補正するためには4機目の衛星が必要になります。現在、多くのドローンでは、位置の測定にGPSとGLONASSが利用されています。
ドローンに取り付けられているセンサーやGNSSアンテナにより、ドローンは自律飛行ができるようになっています。衛星からの電波の受信の数が多いほど、ドローンの位置のズレが少なくなり、安全で精度の高い自律飛行が可能になります。
１０．各種センサー
ドローンの安定飛行に欠かせないフライトコントローラーの内部のセンサー（IMU）について見ていきましょう。
・ジャイロセンサー
ジャイロセンサーはドローンの角度の変化量を検出するセンサーです。
機体が傾いた時にその角度の量を計算してくれるので、機体の安定化のためには欠かせないセンサーです。
６軸ジャイロセンサーはラジコンヘリの時代から使われており、私たちの身近なところだとカーナビやスマホなどにも搭載されています。
・加速度センサー
加速度センサーはドローンの速度の変化量を検出するセンサーです。
ジャイロセンサーと似ていますが、こちらは「移動速度」を検出するためのものです。
ジャイロセンサーはあくまでも”角度の変化量”を計算するため、傾いたままじっとしていては変化量は発生しません。
そのため、ドローンが傾いたままどこかに移動した場合は、どこかにぶつかるまで移動し続けますが、この加速度センサーを組み合わせることで、「傾き具合」と「速度」の両方の変化量を計算することができます。（通常、離陸時の水平状態が最初の基準になります。）
これによって、機体の傾きと反対の向きに制御し、ドローンを平行にすることで安定したホバリングが可能になります。
「ジャイロセンサー」と「加速度センサー」は主にドローンにおける「姿勢保持」に関係するセンサーということになります。
・気圧センサー
気圧センサーはドローンの高度を検出するセンサーです。
高度が高くなればなるほど、気圧は低くなるため、この気圧の変化を検出し、ドローンの高度を測定したり、高度を維持したりしています。
ただし、あくまでも気圧を測定するもののみであるため、例えば急な突風などによる気圧の変化や、地上に近い場所などではうまく機能しない場合もありそれなりの誤差を含みます。
・超音波センサー
超音波センサーは、超音波の跳ね返りを利用して、高度制御や衝突防止に使用されます。
前述した気圧センサーでは、地上付近での離発着では対応ができないため、この超音波センサーを使うことで更に正確な高度維持を行うことが可能になります。
このように、上空では気圧センサー、地上付近の飛行では超音波センサーを組み合わせた、高度維持が行われています。
・磁気方位センサー
磁気方位センサーは、ドローンが東西南北のどの方向に向いているかを検出します。
いわゆる「コンパス」と呼ばれるものです。
コンパスは、飛行させる場所によって磁気の影響を受けるため、ドローンを飛行させる場所を変更する際には、「コンパスキャリブレーション」を行い、コンパスの調整を行う必要があります。
通常、ドローンを飛ばす前にはキャリブレーションとバインドという操作を行います。これをしないと操作信号が自分のドローンには伝わりません。
・ＧＰＳ
ＧＰＳは、自分の機体の位置情報を検出することが可能です。
ＧＰＳは「全地球測位衛星システム(GNSS : Global Navigation Satellite System)」の一つで、アメリカの衛星システムのことです。
GNSSアンテナ
GNSS（全地球型測位システム）は衛星測位システムの総称です。
アメリカのGPS、ロシアのGLONASS、ヨーロッパのGalileo、中国のBeiDou、日本のQZSS（みちびき）などのそれぞれの国の人工衛星から発せられている電波により、位置の測定を行うことができます。
位置を測定するには、少なくとも4機以上衛星が必要となりますが、３機の衛星があればある程度の位置は特定できます、しかしわずかなズレが生じます。
ズレを補正するためには4機目の衛星が必要になります。現在、多くのドローンでは、位置の測定にGPSとGLONASSが利用されています。
ドローンに取り付けられているセンサーやGNSSアンテナにより、自律飛行ができるようになっています。
衛星からの電波の受信の数が多いほど、ドローンの位置は正確になり、安全で精度の高い自律飛行が可能になります。
最近のドローンではアメリカの衛星「GPS」と、ロシアの衛星「GLONASS」を同時に複数受信しながら、ドローンの位置を測位しています。
このGPSを利用することで、緯度経度を設定し自動飛行を行ったり、定位置をキープした状態でホバリングを行ったりするため、かなり重要な機能です。
ただし衛星自体は、常に移動しているため、建物や磁気が強いものが近くにあると、GPSを受信できなくなる場合もあるため、注意が必要です。
受信状態は、テレメトリー情報により常に送信機側で確認することができます。
ドローンに搭載されているセンサーは、その他にも電圧や電流の状態を検出するセンサー、障害物検知用の画像認識センサーや赤外線センサーなどもあります。
このように、まるで人間の感覚器官のように機能してくれるのがセンサーの役割であり、ドローンの安定的かつ安全な飛行のためには、必要不可欠と言っていいでしょう。
より高度な飛行させる上で、これらの仕組みを知っていることはとても大切なことです。最新のメーカー製ドローンの機能などを調べてみるのも面白いかと思います。
基本操作
送信機側で行う操作については、基本的にラジコンと変わりがなく体感的に覚えやすく創られています。ただし、２種類の操作方法があるので簡単に説明します。
モード１とモード２
スティック操作方法は、モード１とモード２の２通りがあります。
マルチコプターの基本的な動きを操作するのは、上図の左右２本のスティックで行います。
スロットル：離陸・上昇と下降・着陸（上下移動）
エレベーター：飛行状態での前進と後進（前後移動）
エルロン：飛行状態での右移動と左移動（機体を左右に傾けるロール角）
ラダー：機体の向き（回転方向）右回転と左回転（機体を左右に回転させるヨー角）
日本ではモード１で操縦する人が結構多いそうですが、海外では圧倒的にモード２ によるドローン操作が主流だそうです。
理由として実機のヘリコプターと同じような操作だからです。
いずれにしても、ご自身の使いやすい方を選べばよいので特にこだわる必要はありません、使いやすい方を選びます。（切替なものもあります。）
ＶＴＸ（ビデオトランスミッター）ってなんだ！
2.4GHZと5.８GHZの違い
マルチコプターを操縦してみたい理由の一つに、やはり空撮をしてみたい・・という方は多いと思います。
景色のみならず、鳥目線で動画を楽しみたいのは誰しも納得のいくものです。
ＶＴＸはドローンに搭載されたカメラからの画像をＦＰＶ用ゴーグルやモニターへ無線送信するためのパーツで、 フライトコントローラーに接続します。
別売り品で２.４GHz帯のものは今のところ見当たりませんので、必然的に５.８GHz帯のものを使用することになります。
５.８GHz帯のものを使用するためには、技適の有無と無線技術士の資格が絡んできます。
趣味で楽しみたいのなら、アマチュア無線４級の資格（場合によっては３級）取得と無線局の開局申請が必要になってきます。
（ ３・４級無線技士資格取得については、カテゴリー：「無線技士」をご参考ください。）
ＶＴＸの技適問題については、後述しますのでこのまま読み進んでください。
カメラも同様にフライトコントローラーに接続します。カメラ本体とＶＴＸが、一体化されているものもあるのでいろいろさがしてみるのも面白いでしょう。
ドローンを自作する場合は当然、メーカー標準の機体内蔵タイプのカメラという訳にはいきません。
アクションカメラや小型カメラなどを使用し、本体に固定又はジンバルと一緒に機体に取り付けることになります。
その場合、別途映像信号の送信用の無線ユニットを取り付けなければなりません。それがＶＴＸ（ビデオトランスミッター）と言われるものです。
ＶＴＸには送信出力の違いにより幾種類かの製品があります。
ＦＰＶ 用として主に使われている出力は、25mW・100mW・200mW・600mW・800mWなどありますが、場所の形状による電波障害や干渉などの問題もあり強ければよいという訳ではありません。
ＦＰＶレースなどのように限られた場所で使用する機体では、出力が大きすぎると電波障害となることもあります。100mWもあれば十分でしょう。屋外空撮でも、見通しがよければ200mWあればたいていの場合問題はありません。
レース主催者のルールによりますが、２５mW で統一、デジタル出力仕様のＶＴＸ装着選手の場合は、選手側でＶＴＸ受信機、映像装置等用意する事でＯＫとする・・場合が多いと思います。
ＶＴＸの使用周波数は、5705MHz(E1)、5740MHz(F1)、5800MHz(F4)あたりを使用します。
忘れてはいけない、技適マーク
おもちゃからプロ仕様まで必須の規定
（これがないと、違法電波機器としてお縄頂戴となる。）
注意）：日本国内においては、あらゆる無線機器にはこの技適マークがついています。海外輸入品でもこのマークがついていないと（日本の規格に合致している証）使用できません。（たまに販売しているものもありますが、購入して使用してはいけません。）
海外製の５.８GHz帯のＶＴＸを使用するためには、そのＶＴＸの系統図を用いて保障登録という手続きを行います。
つまり、国内基準に準拠した無線機器であることを検証・保証してもらうのです。
系統図はメーカーや販売店から入手できます。
もし販売店で入手できない時は、個人で各種ＶＴＸのブロック図を検証・作成している方がいますので、そこへ依頼をします。私も輸入品の系統図を分けてもらったことがあります。
（参考までに、一般社団法人日本ドローン無線協会会長の戸澤 洋二氏のホームページ は、こちらから。 ホームページ内の内部の解析ができている送信機(系統図のあるVTX)にあなたの必要とするものがあれば譲っていただけます。）
ＶＴＸの系統図を用いて保障登録手続きについては、後述の「自作ドローンの申請方法」からお読みください。
飛行方法による、必要な機能の違い
（国交省ＨＰ資料より）
審査要領で定める機体の基準（カテゴリーⅡ飛行）
立入管理措置を講じた上で行う無人航空機の飛行（カテゴリーⅡ飛行）
全ての無人航空機の機能及び性能について、次に掲げる基準に適合すること。
- 1.鋭利な突起物のない構造であること。
- 無人航空機の位置及び向きが正確に視認できる灯火又は表示等を有していること。
- 無人航空機を飛行させる者が燃料又はバッテリーの状態を確認できること。
- .遠隔操作の機体について
上記1～3の基準に加え、次に掲げる基準にも適合すること。
〇特別な操作技術又は過度な注意力を要することなく、安定した離陸及び着陸ができること。
〇特別な操作技術又は過度な注意力を要することなく、安定した飛行ができること。
〇緊急時に機体が暴走しないよう、操縦装置の主電源の切断又は同等な手段により、モーター又は発動機を停止できること。
〇操縦装置は、操作の誤りのおそれができる限り少ないようにしたものであること。
〇操縦装置により適切に無人航空機を制御できること。
自動操縦の機体について
上記1～3の基準に加え、次に掲げる基準にも適合すること。
〇自動操縦システムにより、安定した離陸及び着陸ができること。
〇自動操縦システムにより、安定した飛行ができること。
〇あらかじめ設定された飛行プログラムにかかわらず、常時、不具合発生時等において、無人航空機を飛行させる者が機体を安全に着陸させられるよう、強制的に操作介入ができる設計であること。ただし、飛行中に不具合が発生した際の対応も含め操作介入等を必要としない機能を有する設計であり、かつ、その機能に関しては十分な信頼性（例：飛行のリスクに応じたDAL レベルに相当する信頼性）を有することを製造者が証明できる場合はこの限りではない。
審査要領で定める機体の基準（カテゴリーⅢ飛行）
立入管理措置を講ずることなく行う無人航空機の飛行（カテゴリーⅢ飛行）
飛行させる無人航空機について、第一種機体認証無人航空機であること。
また、申請を行う飛行形態に応じて必要な機能及び性能を有していること。
機体に関する基準の特例
基準適合機（改正航空法ホームページ掲載機）
一定の型式の無人航空機については、安定した飛行と非常時に人等に与える危害を最小限とするための国が定めた要件（第三者の上空で飛行させる場合を除く。）に適合していることを国が確認しています。
「機体の機能及び性能に関する規制」の「全ての無人航空機の機能及び性能に関する規制」については、「資料の一部を省略することができる無人航空機」のうち「確認した飛行形態の区分（申請書の飛行形態区分）」のAの表示のある型式の無人航空機が上記適合機に該当します。
資料の一部省略
当該型式の無人航空機を使用して新たに国土交通大臣の許可・承認を申請する場合、以下の資料の提出は不要となります。
・機体及び操縦装置の設計図又は写真（多方面）
・運用限界及び飛行させる方法が記載された取扱説明書の写し
・追加装備を記載した資料（第三者上空の飛行を除く。）
緊急時の為の機能
空撮目的でドローンレース場以外を飛ばす場合には、機体の安全性を担保する必要があります。
ＤＩＰＳにて、スムーズに機体登録ができるよう必要最小限の機能は備えておく必要があります。
空撮などで「特定飛行」に該当する場合でカテゴリーⅡBに準拠する場合は、第２種機体認証を満たす状態での申請となります。
自作機（新規・認証なし）の機体認証申請については、別途記事にて纏めます。
既製品（型式認証あり）の改造については、ＤＩＰＳの記入項目の追加で対応できます。
国交省：特定飛行を行うことを目的とする無人航空機の強度、構造及び性能について検査を行い、機体の安全性を確保する認証制度
自作ドローンのＶＴＸを使用した開局申請方法
以下は、１００g未満の自作機体で技適取得と開局申請についてお話しします。
（４級アマ無線の資格を取得済みとして、次のアマチュア局の開局申請についての手続きについて記述します。）
多少面倒ではありますが、自作機体で使用する無線機器が合法的機能であることを証明する必要があります。
１．準備する書類
- ＶＴＸのブロック図（周波数切替の在る場合はその説明）
- 使用半導体の仕様書
- その他第３者機関の指示によるもの
- 申請書
２．事前認定を受ける民間機関
この辺りが一般的でしょうか。
手続き等の詳細・費用は機関ごとに異なります、該当機関のＨＰにてご確認ください。
他、総務省登録証明機関一覧 にて確認できます。
手続き開始から局免許発効までには、約１か月を要します。 気長に待ちましょう。
非特定飛行（特定飛行に当たらない飛行方法）限定が無難。
上記「飛行方法による、必要な機能の違い」や機体認証手続きなどを考慮していくと、結構いろいろな機能を有することが必要になり手続きも面倒なものです。
特定飛行には該当せず、また１００g未満の機体でドローンレースを目指す方、自立飛行はせずあくまでも手動操作で飛ばす・・となると、ハードルはグンと低くなってきます。（機体登録の必要がないだけでもかなり楽になりますね。）
ご自身で、やれるだけのことをやってそれに合った飛行カテゴリーを選択するのもよいかと思います。
何はともあれ、とりあえずチャレンジです。
まとめ
ドローンレースについて少し触れてみたいと思います。
ドローンレースを開始するまでの手順
ドローンレースは準備に非常に時間がかかります。なぜなら無線免許の取得や機体を用意したり、機体を組み立てる知識も必要だからです。少しでも早くレース用の機体を使って、腕を磨きたいところです。
しかしレース用のドローンで練習するためには、以下の手順が必要です。
１．ドローンの飛行訓練をする
２．国交省にドローンの飛行申請を出す（１００g未満の機体は不要）
３．国交省からドローンの飛行許可証をもらう（１００g未満の機体は不要）
４．第4級アマチュア無線技士を取得する
５．レース用ドローンで使用するVTXの無線局を開設する
これらを同時並行で進めていきます。１・２・３は航空法、４と５は電波法が絡んでいます。違法とならないよう十分注意してください。
一般的なドローンレースは、フラッシュゲートやチェックポイントが設けられたコースを周回して順位を競います。設置されたチェックポイントは通過しないと反則となりますので、かなりの熟練が必要です。
マイクロドローンレース
およそ30g〜50gの手のひらサイズのドローンを使用し、主に室内で行われています。
場所をあまり選ばす開催でき、子供から大人まで楽しめるドローンレースとして注目されています。
目視ドローンレース
地上から直接ドローンを確認しながら操作をします。
安価で資格のいらない小型のドローンを使用することもあり、初心者や未経験者にも参加しやすいドローンレースもあります。
FPVドローンレース
ＦＰＶドローンレースは、レーサーがＦＰＶゴーグルを装着し機体から送られてくるカメラ映像を見ながら操縦します。ドローンレースの中でも上級者向けで、日本ではアマチュア無線４級資格のほか機体重量により各種手続きが必要になります。
勝敗の決め方は順位で競う場合や、チームの合計タイムで競う場合などがあります、レースを観戦する際は、このルールを確認して楽しみましょう。
日本でも様々なドローンレースが開催されています。国内の主要大会を主催している団体をご紹介します。
JDRA（一般社団法人日本ドローンレース協会）
長崎ハウステンボスでドローンレースを行うなど業界で最も注目を浴びている団体の一つです。
全国各地の様々なドローンレースに関わっているのでぜひチェックしてみましょう。
JDL（一般社団法人ジャパンドローンリーグ）
ドローン関連イベントに関わっている団体であり、「Round」という名前の大会を全国各地で開催しています。
日本で初めてとなるドローンレースのプロチーム「RAIDEN」を発足させたのもこのJDLです。
レースで使えるドローン
ドローンレースは現在ルールの統一がされておらず、大会やレースごとに必要な機体は様々です。
DJI製ドローンといった市販の機体そのままで参加できる場合もありますし、より軽量で空気抵抗の少ない自作機を使用する場合などもあります。
初心者の場合は先ず、市販の機体や、レース用ドローンの組み立てキットなどから初めてみるとよいでしょう。
練習飛行は、GPSモードは使用しない
レース用のドローンではアクロバットな飛行を行うことも可能ですし、ゆったり安定した撮影できます。高性能なマイクロドローンでの動画撮影も最近はよく目にしますね。
無線の免許や無線局が開設されるまでに練習用トイドローンで操縦技術を磨いてください。
高度な飛行制御が無い機体の方が、練習飛行には向いています。（ATTIモードで練習しよう、GPSモードでは上達しません。）
(前の記事）ドローンの自作って可能なの？ ドローンとラジコンの違い。（前編：機体の制作準備）
Hello！ひまわり工房（便利舎ひまわり工房）
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