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Semelhante a HPA交流会2019春
Semelhante a HPA交流会2019春 (20)
HPA交流会2019春
- 1. 人力飛行機・滑空機の電装系 樋田 啓 ex. 東京大学F-tec（人力機・距離競技機） Team ’F’（人力機・速度競技機） Active Gals Family（滑空機） Rokko Works（人力機・距離競技機）
- 2. 自己紹介にかえて人力機・滑空機 2004 20192005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 F-tec Team ‘F’ Active Gals Family Rokko Works その他 PSoCマイコンデザインコンテスト （グランプリ受賞） オープンスカイプロジェクト CAMUIロケット 鳥コン中止 鳥コン6位 鳥コン3位 鳥コン2位 鳥コン5位 鳥コン2位 鳥コン1位 速度日本記録 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 2/26
- 3. 概要 チーム名：Team ’F’ 活動場所：愛知県安城市 メンバー数：10名程度 構成：東海地方在住の若手(?)技術者 成績 – 第33回鳥コン タイムトライアル部門 優勝 – FAI Manpowered Sub Class I-C Speed(速度部門) 日本記録樹立 – 第36回鳥コン タイムトライアル部門 優勝 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 Team ‘F’の紹介 3/26
- 4. • 自己紹介・チーム紹介 • 電装系今昔 • 計測システムの構築例 – Rokko Works ‘Beyond’に搭載したものを例に • まとめ 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 今日のおはなし 4/26
- 5. • 操舵系 • 計測系 • 通信系 • 機内エンタメ系 • フライトデータの解析 • 飛行場・飛行コースの測量 • 気象情報取得 • 地理情報・気象情報の解析 • 技術情報の発信、提供 • その他電子工作・PCが絡む雑務 電装担当のおしごと 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 5/26
- 7. センサ等 2004年 2019年 対気速度計 自作 既製品+α、ピトー管等も クランク・プロペラ回転数計 自作 自作 対地高度計 自作 既製品 操舵角計 自作 自作 パワーメータ 自作 既製品、自作 記録メディア EEPROM (~256 kByte) SDカード (512 MByte~) 慣性センサ （加速度） 加速度+ジャイロ+地磁気+気圧 航法システム （GPS） GPS（GNSS, RTKも可） テレメトリ （微弱無線@ 433 MHz） WiFi, Bluetooth, 携帯回線等 ディスプレイ 7セグLED、モノクロ液晶等 カラー液晶、スマートフォン等 マイコン 8ビット@ 20 MHz 32ビット@ 80 MHz 開発言語 アセンブラ、C、VBA C, C++, C#, Java, JS, Python等 計測系の今昔 ハードウエアは既存のモジュールが充実・計算能力が向上 → モジュールの組み合わせとソフトウエア次第でいろいろなことができる 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 7/26
- 9. 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 Rokko Works ‘Beyond’の計測系・通信系 9/26
- 10. 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 テレメトリWebサイト 地図プロット Google Maps Javascript API グラフプロット（上: 機載センサ、下: 姿勢データ） Chart.js プロット開始時刻の設定 データ受信時刻の表示 現在時刻の表示 10/26
- 11. • 自前でサーバは持たない – 高い可用性を確保できる自信がない • 風向風速の取得にはWeather Flow のシステムを利用 – スマホ連携型センサが入手可能 – データ共有サーバが利用可能 • AMeDASデータの取得にはWeatherNews のシステムを利用 – 安価（300円／月） – データ取得API利用可能 開発のコンセプト（サーバ部） 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 11/26
- 12. 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 機載システムの概要 データロガー (HPA_Navi III) 対気速度計 （風車式） GNSSアンテナ クランク回転数計 （光学式） 対地高度計 （超音波） 無線モジュール ・パワーメータ用 ・心拍計用 Android端末 ・ディスプレイ ・テレメトリ パワーメータ （クランク） 心拍計 有線接続センサ GNSS・慣性計測装置 無線接続センサ 統合計器盤 データロガーを中心にスター型ネットワークを構築 12/26
- 13. 機載システムの中核 | HPA_Navi 2011年, 零号機, 60×99 mm, 80 g 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 2013年, 2号機, 直径80 mm, 32 g 2016年, 3号機, 72×44 mm, 23 g 2013年, 初号機, 100×80 mm, 40 g 小型・軽量の多入力ロガー+慣性センサ+GPS基板 13/26
- 14. • 汎用性の高いロガー – センサ・無線モジュール等の増設に ハードウエアの変更なしで対応可能 – アナログ・デジタル入出力32チャンネル – 無線モジュール2チャンネル • リアルタイムOS(FreeRTOS)により データ取得・ログ書き込み等の処理を分離 – たとえばGPSタスクは5 Hzでデータを取得、 慣性センサタスクは100 Hzでデータを取得 – 通信の待ち時間等に姿勢計算等のタスクを実行 • CPUを遊ばせない 開発のコンセプト（ロガー部） 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 14/26
- 16. パワーメータ 荷重+温度試験@Rokko Works作業場 センサの校正・試験 対気速度計 レートテーブル@東京大学 鈴木・土屋研究室 加速度・ジャイロセンサ 風洞試験@JAXA調布キャンパス GPS 一等三角点@国立天文台 三鷹キャンパス 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 16/26
- 17. • （予算が許せば）既成品は最大限に利用 – 自作にはこだわらない • センサはロガー直結（データ化して送らない） – 経験的にはノイズの問題はない • 可能な限り有線接続 – 接続が確実 • 電波伝搬に影響のある部材が多く（カーボン等）、 パケットロストが心配 – 通信による遅延時間の管理が面倒 • フライトログの時間軸の管理 – バッテリの管理が面倒 • （電装系全部の面倒を見ているので手が回らない） – 無線化で軽量化できるかは未知数? 開発のコンセプト（センサ部） 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 17/26
- 19. 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 パイロットディスプレイの実装 • 国土地理院の湖沼データを琵琶湖外形に利用 • 地図全体が進行方向上向きに回転 AMeDAS・湖上観測データ更新時刻 拡大縮小ボタン（ピンチ操作も可） AMeDAS観測値 湖上観測値 選択地点 （距離） 選択可能地点 機体マーカ （飛行距離） 等距離円 （5 kmごと） ロガー接続ボタン 19/26
- 20. • 自前で表示部（ハードウエア）は作らない – 「よい」ディスプレイが継続的に入手できない 経験あり（壊れたらおしまい） • 「かっこいい」デザインにはこだわらない – パイロットの要望に可能な限り答える – 必要な操作を最小に – 「ぬるぬる」動くかもパイロットに確認 • Android端末を利用 – （今回は）3G回線の利用が必須 – 中古端末が豊富 – 内蔵の慣性センサ・GPSは利用しない • 見やすい取り付け位置≠センサに適する取り付け位置 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 開発のコンセプト（表示部） 20/26
- 21. 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 実際のフライト 白髭神社 往復戦略 棄てず PLAT 13:53 離陸 琵琶湖 大橋 片道戦略 決心 14:25 修正困難 になる 14:48 着水 最大3 m/s 程度の背風 最大心拍数 200 bpm 沖の白石 横風強し 21/26
- 22. • センサ・マイコン・ネットワーク関連技術 の発展によりアイデア次第で様々なものが 作れるようになった • 人力飛行機（距離競技機）用に 地上機上統合計測システムを構築した – 第40回鳥人間コンテストで有用性を確認 • 細かい話は電装部屋で – 姿勢推定・パイロット出力測定など 困りごとの相談に乗れるかも? まとめ 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 22/26
- 23. HPA_Navi IV開発中! –Kalman filterによるINS/GNSS航法を導入 • 加速度による誤差の少ない姿勢推定 –2周波GNSSを導入 • 電離層に起因する測位誤差の軽減 • 後処理キネマティック測位でのfix率向上 –STM32H7(ARM Cortex-M7@400 MHz)を利用 • 倍精度浮動小数点ユニット付き • 姿勢推定にかかる時間は2ミリ秒以下 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 今後の展開 23/26
- 24. 4月第2週(?)からテストフライトを行います • 1号機（速度日本記録保持機）を使った新パイロットの慣熟訓練 • 2号機（速度世界記録挑戦機）を使った現パイロットの慣熟訓練 見学・お手伝いを募集中です。 アナウンスは、 Twitter @uguisu314 より随時行います。 Team ‘F’ テストフライトのご案内 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 24/26
- 25. • Team ‘F’ブログ – DOCUMENTS • TeamF_TR "Development of Avionics for Human Powered Aircraft and Application to Hybrid Rocket“ • Team ‘F’電装担当 – ブログ Avionics for HPA • 比較的まとまった技術情報 – HPA_Naviサポートページ • 回路図・ソースコード・説明書（運用ノウハウを含む）など – Chromeアプリストア • ログ処理ソフトウエアの配布 – Twitter @HirakuTOIDA • 雑多な技術情報（を含むtweet） – GitHub HirakuTOIDA • ログ処理・気象データ処理スクリプト等 – SlideShare HirakuTOIDA • 過去の講演資料 公開している技術情報 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 25/26
- 26. • Aircraft OLYMPOS – 風洞試験@JAXA調布キャンパス • 東京大学 鈴木・土屋研究室 – 慣性センサ試験 • 東京大学 航空宇宙工学科 低速風洞 – 風洞試験 • 東京大学 海老沼先生（現・中部大学） – GPSモジュール試験 • インターステラテクノロジズ株式会社 – 気圧センサ試験 • 株式会社植松電機 – CAMUIロケットへの搭載 • 日本サイプレス株式会社 – 開発ボードの提供 • ITショップえとせとら – 開発ボードの提供 • 合同会社ランニングエレクトロニクス – 開発ボードの提供 謝辞 2019/3/10 人力飛行機・滑空機の電装系 26/26
Notas do Editor
- Rokko Worksの例で説明する