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AP-CUBをカスタマイズする

 AP-CUBは、固定翼の無人航空機用に作られていますが、 お客様の用途にあわせて、カスタマイズが可能です。 これにより、固定翼の無人航空機に限らず、飛行船や ヘリコプター、クルマや船、ロボットなど、移動体の 制御や運動計測への適用が可能です。

カスタマイズにつきましては、こんなことできる?あんなことできない?など、
お気軽にお問い合わせください。



ここでは、どのようなカスタマイズできるのか?を紹介します。その前に、 AP-CUBの基本機能について説明しましょう。


AP-CUBの基本機能

 AP-CUBの最も基本的な機能は、マニュアル操縦による信号と、 自動操縦による信号を切り替える機能です。これは、AP-CUB の特徴のひとつで、緊急時にはパイロットが自動操縦による 信号を完全にオーバーライドすることができます。これにより、 開発の過程でリスクとなる大きな事故を防ぐことができます。


 ここで、マニュアル操縦による信号は、パイロットが操作する プロポ信号をRC受信機で受信し、これをAP-CUBに入力します。 一方、自動操縦による信号は、センサー 情報(加速度計、角速度計、対気速度、対地速度、GPS)をもとに、 CPUにて計算を行います。マニュアル操縦 による信号と、自動操縦による信号は、メカニカルスイッチを介して、 サーボに送られます。このスイッチは、プロポから操作することで 機械的に切り替えます。また、AP-CUBのCPUと、地上に設けたパソコンは、 無線モデムを介して通信ができます。センサー情報を地上でモニターしたり、 コマンドや設定値、制御ゲインなどを地上からAP-CUBに送ることも可能です。

 以上が、AP-CUBの基本機能です。では次に、カスタム例を紹介しましょう。


カスタム例1 センサーを変更する

 AP-CUBで使用するCPUボードは、次の 3つのインターフェースを持ちます。各インターフェースに接続する センサーは、お客様の用途に応じて変更することが可能です。 以下、各インターフェース毎に、もう少し詳しく説明します。


AD変換

 AD変換は、5Vまでの電圧値を数値に変換するためのインターフェースです。 AP-CUBで使用しているCPUボードには、 12チャンネルの入力ポートがあり、センサーボード と接続しています。各ポート番号と信号は次表のとおりです。

ポート番号
信号
備考
1
気圧センサ気圧高度で使用
2
微差圧センサ対気速度で使用
3
角速度(X軸) 
4
角速度(Y軸) 
5
角速度(Z軸) 
6
加速度(X軸) 
7
加速度(Y軸) 
8
加速度(Z軸) 
9
角速度計温度(X軸)温度補正で使用
10
角速度計温度(Y軸)温度補正で使用
11
角速度計温度(Z軸)温度補正で使用
12
未使用

 各ポートに接続されているセンサーを変更することが可能です。 例えば、ポート番号1と2の気圧センサは残して、 ポート番号3〜12を、お客様で用意されるセンサーと接続することができます。 ここで接続できるセンサーは、センサー出力が 電圧で、電圧は0〜5V を満足するセンサーです。

シリアル通信

 次にシリアル通信です。AP-CUBのインターフェースは RS-232Cという規格を使用しています。これはパソコンとの通信で 使用される規格です。シリアル通信を利用したセンサーとして、AP-CUBでは、 GPSを使用しています。シリアル通信を使用したセンサー を追加・変更が可能です。 過去のカスタム例では、姿勢角センサとして Xsens社MTiMTi-Gを接続 しました。姿勢を使った誘導制御や、運動計測を行う場合は、こちらをお勧めします。

カウンタ

 最後はカウンタです。カウンタを使う例はあまりないかもしれませんが、 カウンタの機能は下図のようなパルス信号 を数えることができます。 AP-CUBでは(プロペラ)回転数センサで1チャンネル使用しています。 回転部に磁石を付けておき、磁石がセンサーの前を通過すると、パルス信号 を発生する仕組みです。これを数えると、プロペラの回転数が得られます。 例えば、回転数センサを2チャンネルに変更したり、他のセンサを接続するような 変更が可能です


カスタム例2 プログラムを変更する

 移動体の制御を研究される方にとっては、自作のプログラムを組み込むことが できれば便利ですね。でも、移動体を制御するには、誘導制御に関するプログラム だけでは動きません。センサーから欲しい情報を取得したり、サーボを動かしたり、 シリアル通信をしたり、実はこちらのプログラムの方が面倒だったりします。



 AP-CUBは上図のようにCPUボードを2枚使用 しています。AP-CORE-Aではセンサーとのインターフェースや、サーボ駆動、 制御計算を行い、AP-CORE-Bでは誘導計算を行っています。

 このAP-CUBは、下図のように、AP-CORE-B(CPUボード)をお客様で使用する CPUに割り当てることができます。このCPUボードで誘導制御計算を行うことで、 面倒なセンサーとのインターフェースや、サーボ駆動などを気にせず、 自作プログラムの開発や研究テーマに集中することが可能です。 また、用途をご連絡いただければ、プログラムをこちらで作成することも可能です。




カスタム例3 チャンネル数を増やす

 AP-CUBは6チャンネルのサーボを駆動することができます。 これはCPUボードのタイマー機能を使用して、 PWM信号を生成し、サーボを駆動しています。このPWM信号は、1枚のCPU ボードあたり、最大16チャンネルつくることができます。つまり、 最大で16チャンネルのサーボを駆動する ことができます。ただし、上で述べた回転数センサーを 使用したり、一定周期の割込みを入れるような場合には、チャンネル数が 少なくなります。普通の用途では、12チャンネルまでが1枚のCPUボードで 対応できる目安です。




カスタム例4 モーターを動かす

 AP-CUBはスピードコントローラを使用することで、サーボだけでなく、 モーターを動かすことも可能です。 モーターを使用した飛行機、クルマ、船などの制御に使用できます。




カスタム例5 地上ソフトを変更する

 AP-CUBは、PolarStarという地上ソフトを使用しています。 これは、固定翼の無人航空機用に設計されています。固定翼機以外の移動体での使用や、 センサーや誘導制御則を変更した場合など、地上ソフト をお客様のご要望にあわせて作成することが可能です。例えば、下図のようなAP-CUBとの通信内容をリアルタイムで グラフ表示するソフトや、機体姿勢と舵角量をリアルタイムに表示するソフト、 また、GPS取込みが可能な市販の地図ソフトやGoogle Earthとの連携も可能です。





     
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