フライトコントローラーの選定【ドローン自作講座】

フライトコントローラーの機能や性能については以前の記事で説明してもらいましたが、選定ポイントについても教えてもらえますか？

フライトコントローラーを選ぶときは、最初にF3やF4、F7のどれにするのかを考えてみよう。パソコンに例えたらCPUに相当する部分だから、この違いでドローンの飛行が大きく変わるよ。

なるほど！！選び方次第で飛行中の姿勢制御やモーターの適正回転数を計算するときの能力に差が出る、大事なポイントですね。

フライトコントローラーの選定

フライトコントローラーを選ぶときは、オーバースペックにならない程度に（お財布と相談しつつ）出来るだけハイスペックなものを選びましょう。目安として100グラム未満の小さな機体を作るのであればＦ4クラス、レース用ドローンならF4もしくは高性能なＦ7といった選定になります。

空撮用ドローンならGPSや気圧センサー、コンパスが必要ですが、これらのセンサーはF7に搭載されます。

F4なのかF7にすべきなのかについては、飛行経験によっても違ってくると思います。経験が浅いうちはハイスペックのものを選んだとしても、その性能を実感できず、宝の持ち腐れになってしまうでしょう。

  • 100グラム未満のドローンであればF4クラスで十分
  • ハイスペックな機体を追求するといった場合はF7を検討
  • レース機の自作ならF7
  • 空撮用でGPSや気圧センサー、コンパスを搭載するならF7

UARTは何系統あるか確認しましょう

UARTとはフライトコントローラーに内臓されていない機器、例えば受信機やVTXなどを外付けする際に必要となる端子数です。UARTはF3・F4・F7毎に系統数が決まっています。（こちらの記事で説明してます）。

外部機器をいくつ取り付けるのかチェックし、フライトコントローラーを選択しましょう。

  • UART とは受信機やVTXなど、外付パーツの接続端子数
  • UART はF3、F4、F7 毎に系統数が決まっている
  • いくつ外部機器を取り付け予定なのかを決めてから選定する

フライトコントローラーと受信機との整合性について

S.BUSなど、受信機とフライトコントローラー間の通信方式も確認しましょう（S.BUS等については、以前書いた記事にて説明しています）。この規格が合わないと、受信機⇒フライトコントローラーの操作信号が伝達されません。

フライトコントローラーのマウントホールについて

フライトコントローラーがフレームに搭載できるサイズなのかを確認しましょう。フライトコントローラー基盤の固定用の穴の間隔と、フレーム側の取り付け穴の間隔が一致していないと、物理的にフライトコントローラーをフレームへ搭載できません。

取り付け穴の間隔は標準的に決まっており、20㎜×20㎜、または30.5㎜×30.5㎜などがの種類があります。目安として、3インチのプロペラサイズに対応した130㎜位までのフレームサイズなら20㎜×20㎜、5 インチ以上機体サイズであれば30.5㎜×30.5㎜となります。

＜フレームに搭載できるサイズかを確認＞
  • フライトコントローラー基盤の固定用穴と、フレーム側取付穴の間隔が一致しているか確認（16㎜×16㎜、20㎜×20㎜、30.5㎜×30.5㎜など）

また、ネジ穴の直径も確認しなければなりません。20㎜×20㎜の場合はネジ穴がM2、30.5㎜×30.5㎜ならネジ穴はM3となります。

＜マウントホールの直径を確認＞
  • マウントホールの間隔に応じてネジ穴の直径が決まる（20㎜×20㎜ならM2、30.5㎜×30.5㎜ならM3）

フレームとフライトコントローラーの仕様をよく確認しましょう。

ジャイロセンサーについて

ジャイロセンサーはフライトコントローラー基盤に搭載されているチップで、ドローンがどんな傾きで飛行しているのかを読み取り、姿勢情報としてフライトコントローラーへ渡します。ジャイロセンサーの処理速度は4kHz・8kHz・16kHzなど、製品により処理能力の違いがあります（数値が大きいほど高速処理ができます）。フライトコントローラーの仕様ではMPU6000（8kHz）、ICM20602（32KHz）といった記載になっています。

また、後々の記事で説明する予定のベータフライト設定で、ジャイロセンサーの処理速度を入力する項目があるので、フライトコントローラーを選択する際は確認しておかなければなりません。

自作するドローンの飛行性能に大きく関わるため、処理速度の高いジャイロセンサーを選択するのがいいと思います。

OSD（On Screen Display)

フライトコントローラーにOSD機能が付いているか確認しましょう。OSDは飛行時間やバッテリー残量、各種センサーからの情報などをFPVモニターに映し出す機能です（カメラからの映像と共にモニターへ表示されます）。OSDはFPVによる飛行に必要なので、OSD内臓のフライトコントローラーを選ぶことをお勧めします。

もし、OSDを後から外付けする場合、フライトコントローラーとは別のファームウエアで設定しなければならず、余計な手間がかかってしまします。また、搭載する基盤が増えることで設置スペースや、機体重量が増してしまいます。

  • OSD 機能の有無をチェック
  • OSD は飛行時間やバッテリー残量、各種センサーからの情報などをFPVモニタへ映し出す機能

BECの有無も確認しましょう

一般的にフライトコントローラーへは5ボルトの電力が供給されます。バッテリーからの電力はESC経由でフライトコントローラーに供給されますが、バッテリーの高電圧が流れてしまうとフライトコントローラーが壊れてしまいます。バッテリーからの電圧は11.1ボルトや14.8ボルト程度となりますが、5ボルト以上の大きな電圧がかかってしまいうとフライトコントローラーが壊れ、場合によっては発火してしまいます。そうならないようにBECはバッテリーからの電圧を5ボルトに降圧させ、フライトコントローラーへ電流を流します。

フライトコントローラーを選択する際には、BECがあるかどうかを確認しましょう。ただし、フライトコントローラーにBEC機能がなくても、ESC側にBECが付いていれば、それでも問題ありません。

  • フライトコントローラーは5ボルトの電圧で動作
  • BECはバッテリーからの電圧を5ボルトに降圧させる
  • ただしESC側にBECが付いていればフライトコントローラーには不要

LCフィルターの有無

LCフィルターが内蔵されていると電磁的なノイズがカットされるため、きれいなFPV映像を送信することが出来ます。特にレーシングタイプのドローンはモーターを高速で回転させたり、回転の切り替えが頻繁に発生することでノイズが発生します。これを低減させるのがLCフィルターです。

  • モーターの高速回転や回転数の切替えが頻繁に発生する程、FPV映像にノイズが乗りやすくなる
  • LCフィルターが内蔵されていると電磁的なノイズがカットされる

DSHOT

DSHOTはESCのプロトコルですが、フライトコントローラー側もDSHOTに対応していなければ適切な動作をしてくれません。DSHOT対応の可否はフライトコントローラーの仕様に記載されています。

参考までに購入後の確認方法ですが、フライトコントローラーをPCに接続しBetaFlightを起動させ、コマンドラインにて「Get PWM」と入力しエンターを押してください。対応しているESCのプロトコルが表示されます。DSHOTと表示されれば対応しているということが確認できます（BetaFlightについては、こちらの書籍にて詳しく説明しています）。

  • DSHOTはESC のプロトコル
  • フライトコントローラーがDSHOTに対応していれば、DSHOTタイプのESCと接続可能

ドローン自作に関することは、「ドローン製作 ベータフライト設定 完全ガイド」でも詳しく解説しています！

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