Ardupilot Rover の製作【１】TAMIYA LAND CRUISER 40

Ardupilot Rover の製作

Ardupilot や PX4 はマルチコプターに限らず、様々な機体を制御できる事で知られています。
これまで自分は何度か PX4 や Ardupilot のマルチコプターを製作した事があるのですが、今回は他のタイプの機体を製作してみたいと思います。

例えば Ardupilot では以下のような多様なタイプがサポートされているようです。

Copter: マルチコプターやシングルローター（ヘリコプター）
Plane: 固定翼やVTOL
Rover: 地上を走る車やボート
Sub: 潜水艦タイプ
Blimp: バルーン形状の特殊な飛行船
AntennaTracker: 地上に設置してターゲットを追従する装置

詳細は、以下のリンクから ArduPilot ドキュメントをご参照ください。

ArduPilot Documentation
https://ardupilot.org/ardupilot/

一つ一つ見ていくと、それぞれのタイプがどれも同じように開発されている訳ではなく、タイプによってドキュメントの量も様々です。

マルチコプターのドキュメントはかなり量がありますので、それと比較すると少ないなと感じるものもあり、機能の量やバリエーションには幅があるようです。

モデルタイプによって動き方や使い方も変わって来ると思いますので、どのモデルが標準的にどれだけの機能を持っているのかを把握するためには、実際に試してみるのが一番早そうです。

新しいものを気軽に試せるという点では、やはり日常生活でも目にしない日はほとんどない車タイプがやりやすいのではないかと思いましたので、今回はローバー（車両）タイプにトライしてみたいと思います。

今回 Ardupilot Rover を製作するにあたり、ベース車両として TAMIYA LAND CRUISER 40 を選びました。

この Ardupilot Rover の製作【１】では、TAMIYA LAND CRUISER 40 を選んだ経緯や商品の雰囲気をご紹介します。
ラジコンそのものの詳細なレビューは多くの方々が行っているため、ここでは簡単にまとめます。

一連の記事を通じて、最終的には Ardupilot Rover で自動走行（ウェイポイントミッション）ができるところまで設定をご紹介できたらと思います。

Section 2

CC02シャーシ　TAMIYA LAND CRUISER 40

Ardupilot で Rover を製作するには、まずベース車両を用意する必要があります。

そもそも車のラジコンに詳しい方でしたら、まず Ardupilot Rover のドキュメントに一通り目を通して、雰囲気を掴んだ上で好きなものを選べば概ね問題はない、問題があったとしても対処できる可能性が高いです。

しかしラジコン車両に詳しくない場合、数多くの車両タイプのラジコンが市場に出回っている中で適切なベースを選ぶのは難しいものです。

Ardupilot を入れて動作させるところまで実施した結果、TAMIYA のCC02シャーシという選択は悪くなかったと考えています。

少し選定に時間がかかったのですが、以下の条件を基に探しました。

サイズ: 1/10以上
販売形態: 組み立てキットであること
可動部: フロントのみにステアリング機構があること
走行性能: 比較的荒れた路面でも走行可能な車両
拡張性と入手性: 本体・補修パーツ・カスタムパーツが手に入りやすく、情報が豊富であること

GPSを受けて自動走行する事が最終的な目標となりますので、やはり外でしっかり走れないと都合が悪いです。
そのため、今回は早く走れるものよりも、荒れた道をどんどん走っていけるような車両が良いと考えました。
小さい車両にとってはちょっとした段差が大きな障害物になり得ますので、外で走らせるにはそれなりのサイズのものが必要になりそうです。

自分の場合、ハードウェアを追加する為に加工して失敗してしまったり、走らせていて壊れる、といった状況も考えられます。
そういった場合の修理のことを考えると、初めから自分で組み立てたものの方が中がよくわかっていて都合が良いので、組み立てキットを条件としました。
さらに、壊れた時の交換パーツの入手性や、設定・調整の情報が得やすいと安心ですね。

上記の条件を踏まえ、TAMIYA から発売されている「CC02シャーシ」のモデルが最適と考えました。

シャーシを決めた段階でお店に行き、たまたま店頭に塗装済みの組み立てキットが売っていて、見た目も良かったので最終的 LAND CRUISER 40 という車種にしました。

Section 3

メカの選択

ホビーRCの世界では、プロポ、サーボ、受信機、ESC（Electronic Speed Controller）を総称して「メカ」と呼ぶそうです。
この用語に慣れていないと、シャーシ部分も充分「メカっぽい」感じがしてしまうのですが、ラジコンカーの世界ではそういう風に呼んでいるそうです。

自分はサイズや規格について詳しく分かっていなかったので、お店の人に相談しながら比較的長く使えそうなものを選びました。

以下が今回選んだESCとサーボです。

ESC: HOBBYWING QUICRUN1080 BRUSHED G2
サーボ: FUTABA S-C300

これらの製品はマルチコプターと比べるとずっと普及しているので、購入や相談時にも店員さんからアドバイスを受けやすいです。
初心者だと伝えると色々親切に教えていただけると思いますので、近所に専門店がある場合は足を運んでみましょう。
インターネットで購入する場合は、ブログなどで情報を収集して誰かの真似をするといった方法も良いと思います。

単にラジコンとして使用する場合は TAMIYA さんの商品で「電動RCドライブセット」というものもあるので、初めはそういったものを利用するのが便利です。

しかし、最終的に Ardupilot のファームウェアで動作させる場合は、プロポのCH数が足らなくなると思いますので、受信機とプロポは別で考える必要があります。

Section 4

ESCのリアルカーモードについて

選択した ESC の QUICRUN1080 BRUSHED G2 には「リアルカーモード」という少し特殊な機能があります。
これはとても面白い機能で、簡単に説明するとスイッチ操作で前進と後退を切り替える機能です。
折角なので使っているのですが、Ardupilot の Rover には少し相性が悪いと感じました。

前進モードから後退モードへの移行において、単にスイッチを操作するだけでなく一度スロットルをカットしなければならないのですが、Ardupilot Rover は特定のモードだとスロットルにも補正がかかるため、この切り替えがスムーズに行かず、少々使いづらい部分があります。

とはいえ、Ardupilot のマニュアルモードでは普通のラジコンカーと変わりなく操作できるため、このマニュアルモードで使用する場合はESC側がリアルカーモードでも特に問題はありません。
また、ACROモードなどで使用する場合も基本後退はしないものと考え、後退が必要ならマニュアルモードに切り替えればそこまで問題はないのかなと思っています。

Section 5

プロポと受信機

受信機とプロポは、初めはサーボも FUTABA と言う事で FUTABA T14SG とR2008SB で試し、一旦説明書通りに組み立てた後にELRSに変更。
さらに Ardupilot にしてからは Frsky XM＋とマルチプロトコル送信機に変更しました。

変更した理由は気まぐれに依るところが大きいのですが、どれも問題なく使用できました。

最終的に Ardupilot Rover では下記の7CHを使用しています。

サーボ（ステアリング）
スロットル
Ardupilot モード
ドラグブレーキ強度（ESC追加機能）
リアルカー　モード切り替え（ESC追加機能）
オートモード（Ardupilot 自動走行）
RTL（Ardupilot 自動帰還モード）

スイッチの内容にもよりますが、ESCの追加機能を使用しなければ5CH〜6CH程度あれば最低限の機能を割り当てる事ができそうです。
Ardupilot 側ではもう少し割り当てられる機能がありますので、必要に応じて追加のCH数を確保しておくと良いと思います。

カー用のプロポとしては、ホイールプロポと呼ばれる形が一般的なようですが、スティックタイプのプロポを使用している人もいるようです。
今回はそれなりにCH数が必要になる事を予想して、初めからCH数の多いマルチコプター用のプロポを使用することにしました。

カー用のエレクトロニクスがよくわからなかったので、一旦接続してみてイメージを掴みつつ、サーボのセンター出しをしておくことにしました。

サーボのセンター出しは、プロポのトリムなどを完全に解除した状態で受信機とサーボを接続し通電すれば完了となります。

給電方法は様々な方法が考えられますが、バッテリー・ESC・受信機・サーボを実際に組み込む配線で繋いでしまうのが一番楽かと思います。

全体的な配線についてですが、シンプルなラジコンかーの場合フライトコントローラーに当たるものはないので、ESCが中心となっています。

簡単なイメージ図にしてみると非常にシンプルです。

バッテリー・受信機・モーターをESCと接続し、サーボを受信機に接続する形。
スイッチは別途購入して取り付けた訳でなく、ESCにはじめからついています。
カー用として販売されているものは、その形のものが多いようです。

ESCの商品にもよりますが、HOBBYWING の QUICRUN1080 BRUSHED G2 にはESCにBEC機能も備わっており、ESCから出力する電圧も設定で変更できる他、ドラッグブレーキ強度とリアルカーモードの前進・後退選択の2つの追加機能を利用するための信号線がついていますので、上記図ではAUX？として表記してあります。

受信機のところで、ESC（スロットル）をCH3、サーボをCH1としていますが、この部分はプロポの設定次第で自由に変更できると思います。
ただし、Ardupilot Rover では基本的にこのチャンネルを使用する形に設定されていますので、あらかじめESC（スロットル）をCH3、サーボをCH1と考えておいた方が後で楽になります。

TAMIYA 製品の場合大体そうみたいなのですが、今回モーターは組み立てキットの方に付属している540モーターと言うものを使用していて、別途購入する必要はありませんでした。

ブラシモーターなのでESCと接続する配線は2本のみです。

今回バッテリーもサイズや電圧が良くわからなかったので、お店の方と一緒に選んだのですが、TAMIYA LAND CRUISER 40 では2Sのバッテリーを使用するようです。

車の場合、マルチコプターなどと違い、ハードケースに入ったバッテリーを使用するのが一般的なようで、LIPOの他にもNi-Cdなどのバッテリーも使用できます。
ラジコンカーのバッテリーの中でLIPOは比較的管理が難しいものとして考えられているようなのですが、自分はLIPOに慣れていますのでLIPOにしました。

ESCのコネクターがXT60なのに対し、バッテリー側がT型のコネクターだったので、しばらく変換ケーブルを利用して使っていました。

その後、バッテリーを買い足すタイミングでESC側のコネクターをバッテリーに合わせて交換しました。
そのコネクターの変更でハンダ作業を行った以外は、上記の配線を全てコネクター接続で完結できたので、非常に作業性は良かったです。

最後に、メカではないのですが、キットとメカ以外にフルベアリングセットというものを購入しました。
キットにはナイロン製のベアリングが付属しているので、これは購入しなくても走る状態に仕上げる事ができます。
しかし、ベアリングはかなり中の方に組み込んでいく事になります。
後で交換したいとなった場合に非常に手間であるという理由から、初めからオプションのフルベアリングセットを使用する方も多いようです。

Section 6

シャーシの組み立て

箱を開けるとランナーで保持された沢山のプラパーツが出てきます。
プラモデルみたいな感じですね。
田宮模型さんの製品なので、プラモデルという呼び方でも間違っていないのかも知れませんが、完成したらなんと実際に走ってしまうという事です。

プラパーツは想像以上に色のバリエーションがありました。
こういったものを組み立てるのは一体どのくらいぶりかわかりませんが、完成するのが非常に楽しみです。

塗装済みのボディはこんな感じでした。
この段階ではぼやっとしているなと思ったのですが、このボディ本体にプラスチックパーツも取り付けていくので、最終的にはなかなかの見栄えになります。

パーツの点数から考えて結構工程が多く難しいのかなと思ったのですが、説明書で懇切丁寧に手順が説明されており、安心して取り組む事ができました。

必要な工具も説明書に記載がありますが、比較的特殊なものは付属しています。

シャーシ部分の組み立てに関して別途必要になるのは、ニッパー、プラスドライバー、接着剤くらいでした。

ネジなどの細かいパーツはブロック毎に袋が別れていて、非常にわかりやすかったです。

組み立ての工程ごとにまとめられたネジ袋の中には、様々なタイプの細かいパーツが入っていますので、ネジ類は袋から出す際にケースなどにざっくり分類しておくと非常に作業が楽になります。

少しずつ形になっていくのが面白いだけでなく、ユニット単位でしっかり造形されており、完成した時にはあまり見えない部分の作り込みも素晴らしいです。

説明書通りに組み立てているだけなのですが、組み立ての時間がただの作業ではなく、それ自体が充分楽しめるよう配慮されていると感じました。

手順通りに進めていくと、しっかりシャーシ部分が完成。

このCC02シャーシでは、目的に応じて何箇所か組み立てのパターンが選べるようになっています。
大きなところで、1つ目はギアのところです。
標準ギア比と低速ギア比でギアの組み立て方が変わるのですが、自分はゆっくりしっかり走って欲しいと思いましたので低速ギア比を選びました。

次にデフギアのところで、デフギアを固定する事でデフロック状態にすることができるのですが、これもデフロック仕様にしました。

基本は悪路をしっかり走って欲しいと言うことで登りに強い方を選んだつもりです。

シャーシが完成した時点で、室内で少し走らせながらまっすぐ走るようにサーボのトリム調整とエンドポイントの設定、ESCの説明書にしたがってESCのキャリブレーションを実施しました。

説明書がしっかりしているので組み立て途中のことは概ね割愛しましたが、組み立ては作業自体はかなり楽しめました。
パーツ点数は多いものの、シャーシの組み立て自体はこういったものの組み立ての経験が浅い方や中学生以下のお子さんでも、ゆっくり作業すれば充分組み立てられるのではないかと思います。
メカのところは、もしかしたら誰かの助けが必要かもしれませんが、黙々と作業することでストレス解消になるだけでなく、完成するとなかなかの満足感を味わえるので、そういったものが好きな方は、是非組み立てキットにトライしてみると良いと思います。

Section 7

塗装・ステッカー

塗装済みとは言え、ポリカーボネート製のボディ以外は塗装されておらず、説明書通りに作るにはプラスチックパーツを数箇所塗装する必要がありました。

LAND CRUISER 40 の場合、ホイールで使用するTS-30、ルーフラックで使用するTS-29、フロントグリルなどで使用するTS-17の３色のスプレーが説明書に記載されています。

今回はせっかくなのでスプレーを購入して塗装したのですが、これらのパーツはプラスチックが元々近い色になっていますので、塗装できる環境がない方は無理に塗装しなくてもそこそこ見栄えはするかと思います。

あとはステッカーを貼って完成というところなのですが、ステッカーをカットして貼っていく作業に思いの外時間がかかりました。

今回は折角なので完全に説明書通り作って楽しもうと思い、ステッカーのカットに臨んだのですが、一般的なハサミでは細かいカットが非常に難しかったです。

専用のツールがあれば楽かと思い、TAMIYA さんのデカールバサミという商品を購入して作業したのですが、それでもシャーシを作るよりもずっと時間がかかりました。

外装部分に思いの外苦労して、完成したのが上記の LAND CRUISER 40 です。

なかなかの出来栄えなのでは、と思うのは本人だけかもしれませんが、走らせて見ると一層魅力的に見えてきます。

普段マルチコプターを操作している時は上空に浮かぶ点のようになった機体を見ていたり、FPV操縦で機体自体は見ていないといった状況が多いので、正直なところこの LAND CRUISER 40 を作り始めた時点ではシャーシ部分への興味が9割、外観への興味はほとんどなかったです。

しかし、じっくり近距離で機体の外観を見ながら操作できるラジコンカーは外観も手を抜かずに作業した方が最終的に何倍も楽しめるようです。

Section 8

ELRS化

メカのテスト時点ではFUTABAのプロポと受信機を使用していたのですが、ひとまずメインで使用しているELRSのシステムにまとめたいと思い、ELRSの受信機に変更しました。

使用した製品は MATEKSYS ELRS 2.4GHz PWM Receiver R24-P6 です。

ELRS受信機はSBUS1本で何チャンネルもまとめて送る製品が多いのですが、この製品を使用すればCHごとに個別に配線できますので、そのまま置き換えるだけでELRSシステムが使用できます。

MATEKSYS ELRS 2.4GHz PWM Receiver R24-P6 は ELRS3.xx 以降のファームウェアしか対応しておらず、 ELRS2.xx を利用している場合TX側のアップデートも必要となりますが、ELRS3.xx を既に使用している人なら使い方は簡単です。

購入した時点ではピンが別で同封されていますので、サーボやESCのコネクタをそのまま使用したい場合はピンをハンダ付けします。

今回は BETAFPV ExpressLRS リカバリードングルを使用してPCと接続しました。

BETAFPV ExpressLRS リカバリードングルに付属するケーブルではピン配列が合わないので、ブレッドボードジャンパワイヤのメスメスでピン毎に接続しています。

受信機のボタンを押しながらPCと接続して通電し、ExpressLRS-Configurator で設定を書き込みます。

今回ファームウェアとしては ELRS3.4.3 を使用したのですが、MATEKSYS ELRS 2.4GHz PWM Receiver R24-P6 のメーカーページに記載されている Generic ESP8285 6xPWM 2.4Ghz RX というファームが見つからなかったので、HappyModel EPW6 2.4GHz PWM RX を選択してフラッシュしました。