ドローンとジンバル - 上空での精度を上げるエンコーダ

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ドローンとジンバル - 上空での精度を上げるエンコーダ

ドローンの需要や用途拡大に伴い、高精度で軽量なジンバルの需要も急増しています。ジンバルにより、ドローンへの荷物などの積載が可能になります。

ドローンやジンバルでのエンコーダの重要な役割

ドローンやジンバルでは、高精度なエンコーダから動きや向き、安定度についてのデータを取得しており、パフォーマンスを発揮するためにはエンコーダが欠かせません。その事例をご紹介します。

ドローン

1. フライト制御

ドローンを空中で安定させるには、モータを正確に制御する必要があります。そのため、ドローンのモータコントローラにはモータの回転位置データを得られる高精度エンコーダが欠かせません。モータの回転位置データをもとにモータ速度や角度を調整し、姿勢を維持したり、ホバリングしたり、スムーズに飛行したりします。

AksIM™ は、取付けスペースの限られた用途向けに設計された高性能の、非接触式オフアクシスロータリアブソリュートエンコーダです。

調査用ドローン

2. ナビゲーションと位置決め

ほとんどのドローンが全地球的航法衛星システムを使って位置を特定していますが、このシステムには誤差が含まれることもあります。ドローンのオンボードセンサーに高精度エンコーダを組み込むことで位置についてのデータを追加で取得できます。特に、衛星からの信号が弱かったり、遮られたりする場合に威力を発揮します。

3. 貨物の制御

ドローンは、空撮用カメラなど荷を積載することも少なくありません。ジンバル (次のセクション参照) にエンコーダを組み込むことで、荷が安定し、カメラなどで高品質な写真を撮影できるようになります。

医薬品や食料などの配達に使われる無人機

ジンバル

1. カメラの安定化

ドローンや台車に搭載されたカメラや手持ちカメラなどを安定させるために用いられるジンバル。ジンバルの 3 軸 (パン、チルト、ロール) の結合部には高精度なエンコーダが組み込まれています。軸の角度や回転位置を高い精度で検出し把握するには、エンコーダが不可欠です。

RESOLUTE™ を組み込んだジンバルカメラ

RESOLUTE™ は、高速高分解能を誇る真のアブソリュートエンコーダです。電源の ON と同時に位置を取得するため、なめらかな速度制御が可能で、高い位置安定性を発揮します。

2. 滑らかな動作

ジンバルの制御システムにはエンコーダからリアルタイムにフィードバックが送られ、このフィードバック情報からカウンタムーブメントが算出され、実行されることで、スムーズな映像や荷物の向き変化を可能にします。

3. パノラマ撮影

エンコーダをジンバルに組み込むことで、カメラの回転を正確に制御できるようになり、高品質なパノラマ撮影が可能になります。

4. 対象の追跡

対象を追跡できるジンバルも存在します。対象にフォーカスをあて続けるために必要なデータを取得するのがエンコーダです。

5. リモート操作

ジンバルはリモート操作も可能です。エンコーダを使うことで、カメラ側がコマンドに対して正確に応答できるようになります。

ジンバルの使用場面

無人航空機や無人水上機、無人地上車両などで使われています。

分野は、農業や写真/映像撮影、捜索救助、海洋調査、環境モニタリング、産業検査、ジンバルによる精密制御が効果的な無人車両など、多岐わたります。

無人航空機や無人水上機、無人地上車両

レーダー

レーダーは回転して、対象物の位置や速度、距離を算出します。対象を確実に検出するために、レーダーの回転アンテナの角度位置がエンコーダからリアルタイムにフィードバックされます。アンテナが回転し続けることで、広いエリアをカバーでき、さまざまな物体を検出できるようになります。

エンコーダから回転中のアンテナの角度位置が出力されます。この角度位置情報をもとにアンテナの向きが決定され、検出対象の位置や速度、距離が正確に算出されます。

レーダーの活用例

航空分野や気象観測、気象予報、海運運航、宇宙探査

ドローンやジンバル向けにエンコーダを選定する際に考慮する要素

下表に、ドローンやジンバルにエンコーダを選定する際に考慮する、エンコーダの精度、環境条件、取付け条件などといった代表的な要素を記載します。

ドローン/ジンバル

パフォーマンス

✔ 分解能
✔ 周期誤差
✔ 回転範囲
✔ コントローラの入力周波数
✔ リードヘッドの質量
✔ ケーブルの曲げ半径

環境

✔ 温度
✔ 湿度
✔ 振動
✔ 電磁両立性 (EMC)
✔ IP 保護等級

取付け

✔ 寸法
✔ 取付け高さの公差
✔ ヨー、ピッチ、ロール
✔ コネクタ

その他

✔ プロトコル

サクセスストーリー: パン、チルト

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RF アンテナシステム – ブラックホークの振動との戦い

Pacific Antenna Systems 社は、1～110GHz の無線周波数帯を使う最新のアンテナシステムの設計と開発、組立て、製造を手掛ける企業である。同社の製品は、高分解能レーダー、人工衛星システム (SATCOM) の高速データ通信、ドローン対策用の高出力マイクロ波システムなどで使われている。

アンテナの動作において、対象物に RF 波を正確にあてることが基本となる。Pacific Antenna Systems 社は、用途に応じたさまざまな電気機械設計のアンテナを製造している。そして、各動作軸 (ジンバル) には、絶対精度と繰り返し精度を確保するためにロータリエンコーダが取り付けられている。

ヘリコプタでは非常に激しい振動が発生する。UH60 ブラックホークヘリコプタに、衝突回避レーダーの部品として組み込まれているのが RESOLUTE™ である。

衝撃/振動テスト台に載せられた、Pacific Antenna Systems 社のアンテナジンバルアセンブリ

要求繰り返し精度は 1000 分の 1°です。完成品の性質上、アセンブリに含まれるコンポーネントのすべてに対してテストを行う必要があります。

我々が求める仕様を上回ったのが RESOLUTE™ でした。

Pacific Antenna Systems 社 (アメリカ合衆国)

天文学の研究 - 砂漠にある天体望遠鏡の精度

ワイズ天文台―Tel Aviv 大学が所有および運用するこのイスラエルのネゲヴ砂漠内の天文台は、40 年以上にわたって天文学の研究をけん引してきた。

既知の星周辺の惑星を発見すべく、フルに機械化され、超高分解能の分光器を搭載している。そして、望遠鏡の位置を検出するために組み込まれているのがエンコーダだ。

ワイズ天文台の口径 1m のメイン望遠鏡

砂漠の気温は激変することもあります。気温が激しく上下すると金属が伸縮してしまいます。

エンコーダを望遠鏡に取り付けるためのブラケットの設計時、天候が変化しても望遠鏡の精度に影響が出ないよう、熱伸縮を考慮する必要がありました。

ワイズ天文台 (イスラエル)

そこで採用されたのが RESOLUTE™ である。ロール軸は望遠鏡の向きを、パン軸はレンズとカメラの横方向の動きをそれぞれ制御している。

周期誤差とジッタが非常に低いため、同等クラスの他のエンコーダよりもはるかに優れたリニアエンコーダシステムが実現している。

推奨ソリューション

ドローン/ジンバル

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For electric vehicles (EVs)

AksIM™ 磁気式アブソリュートエンコーダ

取付けスペースの限られた用途向けに設計した高性能の、非接触式オフアクシスロータリアブソリュートエンコーダです。薄くコンパクトなリードヘッドが、軸方向に磁化された薄型リングの磁場を検出して評価します。

✔ 真のアブソリュート、シングルトラック

✔ 非接触、ヒステリシスゼロ

✔ 高速

✔ 薄型

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AksIM-2™ 磁気式アブソリュートエンコーダ

✔ 真のアブソリュート

✔ 優れた繰り返し精度

✔ 自己モニタリング機能内蔵

✔ 外部磁界に非反応

詳細

Orbis™ 磁気式アブソリュートエンコーダ

貫通穴のあるロータリアブソリュートエンコーダです。スペースの関係で通常のエンコーダを、回転軸の先端に取り付けできないような場面に最適です。さまざまな基板サイズや磁石サイズのバージョンをラインナップしています。

✔ 真のアブソリュートエンコーダ

✔ シャフト沿いに取付け

✔ オプションの自己キャリブレーション

✔ 広い取付け公差

詳細

RESOLUTE™ アブソリュートエンコーダ

高速高分解能を誇る真のアブソリュートエンコーダです。電源の ON と同時に位置を取得するため、なめらかな速度制御が可能で、高い位置安定性を発揮します。リニアシステムとロータリシステムのどちらも構築可能で、複数のシリアルインターフェースに対応しています。

✔ 高速

✔ 汚れに対する優れた耐性

✔ 低周期誤差

✔ 低ジッタ

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AM8192B rotary magnetic encoder IC

Designed for motion.

✔ W

✔ D

✔ H

✔ R

詳細

OnAxis™ encoder modules

Designed for motion.

✔ W

✔ D

✔ H

✔ R

詳細

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