PyCon JP 2017でのトークセッションで発表。PythonとドローンとRaspberry Piを組み合わせてみました。実際のトークではドローンのローター回転の実演しました。今後のIoTの先駆けになっていきたい。

1. ドローンのフライトコントローラを
Pythonで
制御してみた話
＠se_lina08
Lina Katayose
PyCon JP 2017, 9/8

2. Ajenda
1.自己紹介
2.ドローンについて
3.目的
4.PythonとドローンとRaspberry Pi
5.フライトコントローラ
6.実践
7.まとめ

3. Hello!
I am Lina Katayose
I am Scientist Engineer. I love Flying Gadgets.
Have fun my presentation.
You can find me at @se_lina08 (Twitter)
Facebook is lina.katayose

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5. 2.
ドローンとは
What is the Drone?

6. これです.

7. ドローンとは
■ ドローンはもともと無人航空機と言う意味。
■ 遠隔操作できるマルチコプター（multicopter）が
普及し、それ自体がドローンと呼ばれることとなった。
■ マルチコプターとは、3つ以上のローターを搭載した回転翼機。

8. 世界のドローンメーカー
中国（深圳）
DJI
主な機体
Phantom, Inspire
アメリカ
3DRobotics
主な機体
solo,IRIS
フランス
Parrot
主な機体
AR.Drone, Bebop Drone

9. 世界のドローンメーカー
世界3大メーカーが市場の8割を占める。

10. 滑走路を必要としない。
1ローターヘリコプターより
安定性がある。
構造がシンプル
ドローンのメリット、デメリット（性能面）
下降時に不安定になる。
移動時に傾く
（ブレードが固定角）
ローター数が多いため
電力が必要になる。
メリット デメリット

11. 3.
目的
The purpose

12. 背景
■ フライトコントローラはブラックボックス。
■ ドローンはまだ発展途上であるガジェット。
■ Python×ドローンの開発挑戦。
■ 開発で苦労した内容を共有する。

13. 将来の目標
■Pythonを使った飛行ロボットをつくること。
■Pythonを使って
・救助ドローンを作る。
・農業ドローンを作る。
・攻殻機動隊みたいな義体を作る。

14. 目的の補足
■農業用
（GoogleMAPなどと連携。指定した場所に農薬をまく）
■緊急時以外にプロポは使わない。

15. 4.
PythonとドローンとRaspberry Pi
Python, Drone, Raspberry pi

16. PythonとドローンとRaspberry pi
■ Pythonを選んだ経緯
・科学系のプログラミング言語の選定。
・MATLABもあるが有料でかなり高い。
・Pythonであれば無料。
・Pythonの名前響きが好き。
・画像認識やディープラーニングなど応用して、
救助や生活に役立つドローン開発ができそう。

17. PythonとドローンとRaspberry Pi
■ Raspberry Pi選んだ経緯
Pythonが使える。
GPIOがついてる。
General-Purpose Input/Outputは、汎用入出力。
つまり、
慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)が使える。

18. PythonとドローンとRaspberry Pi
■ Raspberry Pi選んだ経緯
GPIO
■ Pythonを使ってGPIOから信号を入出力ができる！

19. PythonとドローンとRaspberry Pi
■ ここのピンから信号を入出力させます。
ピンの配置

20. 5.
フライトコントローラ
Flight controller

21. フライトコントローラ
■ フライトコントローラとは
プロポ(リモコン)からの信号を受信する受信機とつなげ、
ドローンを安定化させるもの

22. フライトコントローラ
■ どうしてフライトコントローラに注目したのか。
→ドローンを制御しようと調べていたら、
フライトコントローラーに行き着いた。
■ Pythonとフライトコントローラ
→Raspberry PiでPythonプログラミングすれば、
フライトコントローラーが作れるのでは？
フライト
コントローラ

23. フライトコントローラ
■ すでに発売されているフライトコントローラ。
Acro 6TAROT CC3D OPENPILOT 小川精機 OGY-661
・自作ドローンでよく使われる。
・安価だが海外製。
・不良品もある。
・PCなしで設定可能。
・日本製。
・生産終了。

24. フライトコントローラ
■ フライトコントローラに指示を出すには？
通常、ラジコンでサーボを制御するには
PWM(Palse Width Moduration)が必要。

25. PWM (Palse Width Moduration) とは
■ 半導体を使った電力を制御する方式の1つ。
■ ONとOFFの繰り返しスイッチングを行う信号。
ON
OFF
■ PWM制御のオンの時間幅(デューティ)を周期的に
変化させることにより、LEDの明るさやロボットなどに
使われるサーボモータ駆動をコントロールできる。

26. フライトコントローラ
ドローン
フライト
コントローラ
受信機
PWMでの制御していると
仮定し実験を進めたが、
わからない
→要解析！
■ 通常のラジコンではこのような流れを持っている

27. フライトコントローラ
■ フライトコントローラをRaspberry Piに置き換える。
ドローン
ブラシレス
モーター
フライト
コントローラ
PWMでモータを制御し
飛行させる。

28. フライトコントローラ
■ ブラシレスモータとは？
ブラシレスモータ
ブラシありモータ
(従来のモーター)

29. フライトコントローラ
■ ブラシレスモーターを動かすには、
デューティー比を理解する。
デューティー比とは、ロボットやラジコンなどに使うサーボモータの角度制御に
PWM制御をする際に、重要になる概念です。
通常、多くのサーボは50Hz(20ms)のPWM信号を受け取り、
その中のデューティー比が何％かによって角度を決めている。
デューティー比の式と図は次です。

30. フライトコントローラ
■ デューティー比

31. フライトコントローラ
■ デューティー比を使ったPythonのプログラムを
書いてみるよ。
import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(7,GPIO.OUT)
p = GPIO.PWM(7,50)
p.start(7.5)
try:
while True:
p.ChangeDutyCycle(7.5)
time.sleep(1)

32. import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(7,GPIO.OUT)
p = GPIO.PWM(7,50)
p.start(7.5)
try:
while True:
p.ChangeDutyCycle(7.5)
time.sleep(1)
p.ChangeDutyCycle(12.5)
time.sleep(1)
p.ChangeDutyCycle(2.5)
time.sleep(1)
except KeyboardInterrupt:
p.stop()
GPIO.cleanup()
Python code
start.py
このコードで
モーターを回す
準備をさせます。
プロポで言う、
スロットルの
最大値、最小値の
信号を出します。

33. import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(7,GPIO.OUT)
p = GPIO.PWM(7,50)
p.start(7.5)
try:
while True:
p.ChangeDutyCycle(10.5)
time.sleep(1)
print “go up”
except KeyboardInterrupt:
p.stop()
GPIO.cleanup()
Python code
goup.py
このコードで
モーターを回します。

34. 6.
実践
Try

35. 実践
■ この実験機のローターをPythonコードで回します。

36. 7.
まとめ
Result and summary

37. 実験の結果the result of the experiment

38. まとめ（結果）
■PythonとRaspberry Piを使い
ブラシレスモーターを回せた！
■ブラックボックスであるフライトコントローラを
使わずに、飛ばせる可能性が見えた！
■Raspberry Piに期待が持てた！

39. まとめ（結果）
■モーター4つを各々で回せなかった。
■フライトコントローラ解析に至らず。
本来では飛ばしたかった。
しかし失敗・苦労はしたが、様々な問題点がわかり、
それを次へ活かし進むことができました。
今回はPythonとドローン、そしてRaspberry Piを用いて
どこまで発展ができるかを報告しました。
しかし、

40. まとめ
＜改善すべきこと＞
■ モーターは動いたが、プログラムの精度を上げる必要。
■ 各モーターを制御できるプログラムを作る。
■ まずは安定して飛行できるようにすること。
■ 安定化のため、各センサーの情報を取り入れる必要。
各センサー：角加速度、加速度、GPSなど

41. まとめ
ドローン
フライトコントローラ
Python
人間

42. Thanks!
Any questions?
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E-mail is lina.katayose@gmail.com

43. https://youtu.be/ZiXm8yhDWxA
Drone
Movie
（おまけ）
2月にドローンで撮影した映像です。