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2017年11月10日 (金)

dji Phantom 不具合の実例

dji GOの不具合の実例

役に立つかどうかわからないが自分が直接かかわった経験のうち、dji GOの不具合以外が原因と思われるものを記す。

タブレットの問題

タブレットはHuawei MediaPad m2(2GB)
飛行中にdji GO4のアプリが完全に死ぬ事例が一日のうちに連続した。
それまでそういうことは無かったので、アップデートが引き金になった可能性も考えられる。
スマホとして使っている少し古いXperia Z5(SON32)(3GB)の方は全く問題なかったので相性の問題かもしれない。(SOV32のチップセットはQualcomm Snapdragon 810(MSM8994)というもので、発売当時としては結構ハイエンドである)
翌週も同じことが起きた。この対策は不要なアプリを削除するというのが王道の対策であろうが、原因を探るために、わかるかどうかは別にしてタブレットの中のデータを調べてみた。
すると、ストレージを調べてみるとdji GOが動作中のログらしきものが記録されているフォルダが見つかった。
DJI/dji.go.v4というフォルダである。
タブレットは、持ち運びには便利だが、ちゃんと情報を調べるのは面倒なので、中身をPCにコピーして、テキストエディタやバイナリーエディタで調べた。
Dropboxなどのクラウドを使ってコピーするというのが面倒じゃなさそうだが、パソコンから操作するという慣れた方法で行った(準備はちょっと面倒である)。

DJI/dji.go.v4/LOGというフォルダにログが固まってありその名kのCRASHフォルダーが、アプリが何らかの不具合を起こしたときにシステムかアプリ自身が可能な限りの情報を書き込むようである。
Andoridのシステムに詳しければ、ちゃんとしたことがわかるのだろうが、そういう知識はないので、そのまま中身を示すことにする。
ちなみにファイル名はログを記録した日時になっている。

たとえば次のようなものである。

java.lang.OutOfMemoryError: pthread_create (1040KB stack) failed: Out of memory
    at java.lang.Thread.nativeCreate(Native Method)
    at java.lang.Thread.start(Thread.java:1078)
    at dji.midware.data.manager.P3.p.start(Unknown Source)
    at dji.midware.data.model.P3.DataDm368GetParams.start(Unknown Source)
    at dji.midware.usb.P3.a.a(Unknown Source)
    at dji.midware.usb.P3.a$1.run(Unknown Source)
    at java.util.Timer$TimerImpl.run(Timer.java:284)

Out of memoryとあるので、メモリを使いすぎて不足したためにdji GOが働き続けることができなくなったようだ。
Jabaなのでスタックエラーなどということは起きないだろうから、dji GO4がメモリーを使いすぎたのだろう。
なぜ、メモリが不足した理由としては、dji GOや他のアプリのアップデートでのメモリの圧迫、何やら新しいソフトがインストールされたなどいろいろ考えられる。
何しろ、うっかりすると、インストロールしてもらうおうとあの手この手で仕掛けてくるものも多い。
結局メモリが足りなくなったということがわかっただけで、なんで足りなくなったかは不明だが、とにかくメモリを空けてやることにする。
間違って必要なデータを消さなければ困ることは無いはずである。
裏で動いていそうなアプリでどうでもいいのを片っ端から消すか停止させた。
使っているメモリの量は工場マークの「設定」からメモリを選んで調べることができた。

そうすると、フリーズしなくなった。

しばらく快適に使っていたが、何週か過ぎると、またフリーズが発生した。しかし今度は、しばらく(数秒)すると通信が回復するようになり、さらに待つと正常に回復した。

メモリの不足が小規模だとこうなるのかも知れないし、アップデートで改善したのかもしれない。
ちょっと面白いのでどうなるか見守りたい。

送信機のハードがトラブルが原因の場合

ソフトの問題だけでな、ハードのトラブルもある。
タブレットのトラブルはともかくとして、プロポのトラブルも2件知っている。

本体のトラブルは、知り合いのPhantom3が離着陸時にもたもたしたために転倒し砂をモーターに巻き込んだのを見たくらいである。
Phantom3までは機体が中途半端に地面と接触しているときは不安定である。
このときは、エアダスターで砂を吹き飛ばしてよくなったとのことである。

プロポのトラブルその1 Phantom3

ひとつは、知り合いのPhantom3 Adavannceでタブレットが機体を認識しないという例である。

最初、相談を受けたときは、Phantom2までしか持っていなかったので、タブレットを使用方法は全くわからなかったので販売店に聞くことを勧めた。

自分もPhantom4を買ってタブレットの使い方がなんとなくわかったところで、その人に聞いてみると、なんとそのために買ったタブレットは使わずにプロポだけで操縦していた。

正規代理店の某セキドさんに戻したところ、全体の交換になり、買い直すのとそれほど変わらない値段での交換となると言われ、あきらめたということである。
直接の購入先は師匠の儲からない模型屋さんからなので師匠に聞くと、その通りだという。
なんか、昔その話を聞いたことがあるような気もする。

今回は、自分の機種のためでもあり、一式預かって調べることにした。

そのころはdji GO4が出る前なので、自分のPhantom4でも同じdji GOを使用していて、タブレットのとっかえひっかえが何の迷いもなくできた。
すると驚いたことに、プロポとタブレットの間の通信が単にできていないだけのことだとわかった。
タブレットとプロポとの通信ができてなくても、それらしい機種が表示されるので通信できていなかったとは思わなかっただけのことであった。

しかし、この程度のことがしらべられない総代理店と言うのも情けない。
厳しく反省してもらいたい。

師匠にいうと、総代理店にまた言っても拉致が明かないのではという。
師匠はラジコンを飛ばすことに関してはよくわかっているが、IT関連はさっぱりである。
6軸ジャイロなどと平気で言う業界なので、総代理店も似たようなレベルなのかもしれない。

こうなるのはプロポのUSBのドライバあたりが怪しいというと、そういえば、電気に詳しい人が調べたらHDMIモジュールだかの不良で通信できなくなったと聞いたことがあるという。
HDMIは画像伝送用なのでUSBとどういう関係があるのかちょっと怪しい気もするが、少なくともUSBの通信で他にも不具合があったようだ。

総代理店にこの問題を突き付けるために、わかりやすく示そうと思ったら、djiのサポートセンターがあった。
わけのわからないかもしれない人間に言う前に、試しに、そこで事情を説明するメールを送ると、保証期限が過ぎているので無償とはいかないが修理しますと、あっさりと返事が来た。
費用も総代理店の言い値と比べれば全然安くリーズナブルなので、持主にいうとそれで良いとのことであった。
実際の手続きは師匠にしてもらって一件落着。

原因については、報告がないので不明だが、ちゃんとした対応である。
某総代理店よりは、当然次元の違う対応ではあるが、某総代理店がいまだに同じ対応しかできないかどうかは未確認である。まあ、ラジコン業界の知識なんてこんなものかも?

プロポのトラブルその2 Phantom4用の充電池

次は、自分のPhantom4の例で、使用しているうちに充電が十分にできないようで、毎回本体のバッテリー2本を劣化を防ぐために飛ばしていて、プロポもすくなとも20分以上、大概は30分程度は電源を入れて消費していたのだが、だんだん持続時間が少なくなり、充電してもLEDがフルにまで達しなくなった。
前は2回飛ばしても全然減らずに翌週も充電せずに使えたのに、とうとう充電しても2回目の途中で電池切れの警告が出るようになった。
電池けれの警告が出ても実際には結構持つという安全性を身をもって経験する羽目になったが、さすがにこれはまずいと、djiサポートセンターに送った。
リチウム充電池の使い方としては劣化しないように気を付けていたつもりで、LEDの点灯数は充電電された圧を表すとしたら変わった故障だと思っていたが、見積もりは充電池の交換だった。
つまりは充電池の劣化である。
送信機のリチウム充電器が劣化するような使い方はした記憶は全くないので、製品に不具合があったのは間違いないと思うが、全くの新品で帰って来たので良しとしよう。
充電池の劣化というのが本当だとしたら、LEDの充電量を表わす点灯数は、よくある劣化しようがしまいが、その時点での満充電の状態からの充電量の%の近似になり易い単純な電圧からの表示ではなく、本来あるべく充電量を記憶していて、それに対する充電量に近づける何らかの高度な充電量管理をやっているということになるのだろう。
これは、空になってから充電するとは限らないので結構難しい高度な判断が必要である。

Cimg3363

これを素晴らしいと考えて良いのか、ホンマデッか? と疑問に思った方が良いのかは、ちゃんとした回答もなく、交換した場合の払った部品代に相当する部品をできたら返してとお願いしていたのだが、これも電池の部品代と手間賃だけで新品交換になってしまったので、返してくれとも言い難いので、どちらか判断できず、ちょっとすっきりしない。
ま、充電池が熱を持ったのを感じたことは無いので、仮に劣化し易い粗悪な充電池でも、すぐに発火する危険が迫っていたわけではないが、ちょっとしたもやもや感は否めない。


修理後(新品交換だけど)満充電にして、機体とリンクし直し(何しろ新品なのでdji GOからバインドしないと使えない)、その後3フライト下が、いまだLEDインジケーターは全点灯で充電は全くしていない。
正しく充電できていれば、電池の減りはこんなものである。

dji GOとタブレットとの相性

タブレットの問題

タブレットは、搭載カメラの画像の伝送能力を持つdjiのドローンにとって必需品と言っていいのに、タブレットに頼って飛ばしてはいけないというのは、つらい話であるが事実である。

タブレットは、いつフリーズしたりシャットダウンしてもおかしくない。
機体は、電池が無くなりそうだと安全に戻ってこようとする機能など、安全対策は完全ではないかもしれないがかなり頑張っているのに、その情報を受けるタブレットを信用してはいけないのである。
タブレットは、機能を安定させるより、動作が多少不安定になっても、てんこ盛りの機能にした方が売れるという大人の事情がある。
大事な電話の途中で切れたら困ると思うが、実際にはそういことはしょっちゅう起きる。
したがって、Phantomなどを飛ばしている最終にいつタブレットが使えなくなっても安全に戻して来れるように心がけておくことが重要である。

安定性重視のタブレットは希少である

今の世界の技術力なら、もっと信頼性の高いドローン用のタブレット端末を作れないこともない。

Google

在庫管理用の入出力装置や、カラオケや飲み屋、回転寿司などの注文用端末などでも使われていて今でもググると一杯出てくるようだが、コストと機能ではふつうのものにとてもかないそうもなさそうで、最近はますます特殊なものになりつつあるようだ。特にdji GOをちゃんとどうさせるには、業務用としては真っ先に切り捨てたいトラブルのもとになりかねない動画の性能が必要である。少なくとも720pという動画がさくさく再生されなければならないのである。


もっとも業務用と謳っていないとはいえ、ふつうのタブレットが好き好んで不安定なわけではない。
単に重要と供給と値段と言う大人の事情で業務用に動画の機能が欲しければ、ふつうのタブレットの中からましな選択をするという手もある。

タブレットの安定性は機種の問題だけでなく、使い方の問題も多い。
パソコンと同じで、そんなご無体な というような使い方をして悪いと言っている人が多い。

したがってタブレットの問題は機種と言うハードの問題と、アプリなどのソフトウェアをどう使っているかというソフトの問題に分けることができる。

P4pdisplay

なおPhantom4 Pro Plusには、専用のタブレットのようなディスプレイが付属しているが、安定して動作を評価する声よりも、地図が表示されないだの、アップデートで使えなくなっただの、悪い評判の方がずっと多いようである。
専用のタブレットの方が信頼性を高くできるということを買う方も作る方も期待していたのだろうが、この世界ではそうならない場合が多い。
djiのドローンが普通のタブレットほど数が出れば、黙っていても、djiのドローン用に優秀なタブレットが出てくるだろうが、ドローンとしては破格の数でもタブレットとしては桁が違う少なさなのだろう。
このPhantom用のディスプレイが付いたモデルは、これを使わずに市販のタブレットを使うというわけにもいかないらしく、値段も高性能なAndroidタブレットが買えるほど高く、なぜか接続の問題も特別少ないわけでもないという話もあるので(ふつうは抜群の相性を期待するのに???)よくよく吟味して買うべきもののようである。

iOSかAndroidか

さてdji GOが使えるタブレットにはAppleのiPadやiPhoneのiOS系と、いろんなメーカーが出しているAndoroid系の2種類がある。

最初にことわっておくが、自分は、Mac Book Proを手にして以来Appleは好きではない。
Windows使いにとっては、Macは、できないことが多くてイライラするだけである。
unixが動くといっても、ワークステーションからみればおもちゃである。
もっともコンピュータをガンガン使うわけでもなく、お仕着せで満足できるなら、使ってみれば良いのじゃないの? っていう感想である。

タブレットの場合は、さらに自分で手を加えることが少ないので、どっちでもいいような気もするが、ハードもソフトも自分で手を掛けるパソコン使いからすると、Androidの一択である。

したがって、Appleが良い人は使えば良いんじゃないのという見方である(かみさんも娘もiPone)。

ま、初心者やめんどくさいのが嫌いでそれほど使いこなす気も無ければAppleは無難かもしれない。

Androidも昔ほど、とんでもない機種が少なくなり、妙な独自性に拘らなくても、ふつうに使う分には性能が上がって来たので、コストパフォーマンスはiOS系よりも上だと思うが、Appleは何しろ機種が限られるので、お仕着せで満足できるなら無難であるのは変わらない。

もっともdji GOを使う上での必要な機能は、ほとんど変わらない。

ハードの要件

一番負荷がかかるのは720pという規格の動画を連続してスムーズに再生できる機能で、その他は、USB2.0以上の今では当たり前の機能くらいで、それ以外は、特別な機能はいらないだろう。もっとも720pもUSB2.0も今や中級以上の機種なら当たり前である。

720pを連続して再生できる機能と言うのは、実は結構曖昧である。
720pを再生できないこともないタブレットはかなり前からたくさんあるが、連続して再生できるとなると今でも微妙である。
タブレットのCPUやGPUという処理の中心となる部品は、人間の頭以上に使うほど熱を出す。
放っておくと、溶けてしまうぐらいの熱を出すので、そうなる前に休ませることを行っている。
どの程度休ませるかは、条件によって異なるが、ひどい場合は、フリーズする場合もあるし、画面の更新速度が落ちる程度で済む場合もある。
純粋に耐熱性の問題なので放熱が良いほどこういった状態になりにくいので、小さな筺体にたくさん押しこんでいたり、無理なチップセットを使っていると不利である。
夏場はすぐに核隠したりフリーズしても冬になると結構頑張るということも起きる。
また、裏で動いているソフトが多いと熱を持ちやすい。

もうひとつ大事なハードの要件はRAMと呼ばれるメモリの量である。
RAMはデジタルデータを画像に復号するときに動画は大量に消費する。
これが2GB以上ないとどうやら苦しいらしい。
2GBとあるといっても実際には何百MBも別の目的に使われていたりするので実際に使える量がこれよりちょっと少なくても公称2GBあれば何とか使えそうである。
公称2GBの下は1GBで1.7GBとか1.5GBという微妙な容量の機種はほとんどないだろうからこの区分で良いようだ。
ただし、メモリと言ってもフラッシュメモリはいくらあっても駄目である。
フラッシュメモリはハードディスク代わりに使う保存のためのストレイジで速度が圧倒的に遅い。
メモリ16GBとか32GBとか当たり前であるが、タブレットのRAMは4GBは相当多い方である。

このメモリも裏で動いているソフトやOSによってたくさん使われると動画の再生などがスムーズに行われなくなる。
タブレットのハードで他に重要なのはGPSとインターネットへの接続機能である。
GPSを搭載していないと、dji GOに自分の位置を教えられないはずである(ひょっとすると機体からおおよその位置を引っ張ってくるという賢い機能を実装するかもしれない)。
インターネットへはWiFiで接続するのは当たり前の機能として持っているが、人毛のいな場所はWiFiの設備がないので、dji GOからインターネットの情報を引っ張ってきたり航空写真を表示させようとすると無線のキャリアに対応できるようにSIMカードをさせるようになっていなければならない(キャリアの電波が届く場所でなければならないが)。
スマホは、当然対応している。
スマホもタブレットの一種で電話の機能が充実している機種だが、画面が小さいのを我慢すればdji GOが動く機種も多いだろう。

発熱

発熱すると、電子デバイスの保護のため、処理能力を下げて保護することになる。
発熱により問題が発生したらよく冷えるように工夫すれば単純に改善する。
冷やすといっても内部が結露するようなドライアイスを使うとか氷を当てるというのはタブレットを壊す危険がある。風を当てるとか放熱の良いアルミなどの金属に熱を吸い取らせるかの方法が良い。

ただし、要求される仕事が重くてかつ、無理をしているタブレットの場合は、少々放熱対策をしても、追いつかない場合もある。
しかし、単純な方法なのでもうちょっと頑張れというときは有効な方法である。

ソフト的な要件

ソフトの問題は、裏で動いている他のアプリやOSの負荷の問題だけでなく、自分自身を含めたソフト自体の不具合もある。

ソフト自身の不具合

ソフトの不具合は多い。
dji GO自身もOS自体も、もちろん他のソフトもバグと言われる不具合を多く抱えている。
バグと言っても表沙汰になって問題にならない我慢できるものもあり、また大きなバグでも、滅多にそのルーチンが実施されないため気がつかないこともたくさんあっても不思議がないのがこの業界での認識のようである。
人が乗る飛行機の制御プログラムの場合は、相当な時間をかけてじっくりと行うのが普通だが、命にかかわらないタブレットのアプリなど、いい加減なバグ取しかしていないもの多いだろう。
OSとかお金に絡むものは、慎重に対処して言うはずで特にお金に絡むもので重要な部分はタブレットにどうしても載せなければいけない部分以外は向こうで処理するのが基本である。
OSもAndroidでは、機種が違えば機種のハードを利用する部分のプログラムはメーカーの責任でもある。

他のアプリの不具合は最悪それを止めてしまえば良いが、dji GOとOSの不具合は、どうしようもない。
djiとOSの作りもとが対応8してくれるのを待つだけである。
iOSも最新バージョンではdji GOがバグるのでOSのアップデートはしない方が良いとかあったようである。
OSは、面倒だがdji GOが正常に動作するバージョンに戻すという手もある。
dji GOもバージョンを戻す方法があるようだ。

他のソフトの影響の対策

これは単純に不要なソフトは削除し、削除できないものは起動しないように停止させるということに尽きる。
業務用として使うならばこれを徹底的にやる。
そうしてアプリの追加など簡単にできないようにしてしまえば良いのだろうが、個人で使うものでそこまでするのはかえってトラブルのもとかもしれない。

この対策は以下のサイトなどを参考に行えば良い。
他のアプリの影響だけでなくいろいろな対処法が載っている。
スマホで動画が見れない、再生できない時の原因と対処法まとめ

タブレットに文句を言っている人の中には、使い方が悪良人も多いので、機種の評判を評価するときには注意が必要である。

また、タブレットも古くなると、一見正常に動いているように見えて実は上手く働いていない機能があったりする場合もある。

Nexus7(2013)は動作の対象になっているが、古くなるとデバイスの接続に問題が出やすくなるらしく、少なくとも自分のものは、それが原因でdji GOが正常に動作しなったようである。

2017年11月 8日 (水)

dji ドローン:機体とプロポとタブレットの関係

dji ドローン:機体とプロポとタブレットの関係

幸い大きなけが人は出なかったがドローンによる事故が起きたこともあり、マルチコプターを安全に飛ばす上での主に操縦系についての記事を遅ればせながらも載せることにする。

なお、dji以外にも何もしなければ墜落しないことを目指しているマルチコプターはあるとは思うが、マルチコプターのほとんどは墜落させないように飛ばすのは難しいものである。
特に業務用以外のホビーユースの安いものは、墜落して当たり前のものが多い。
ま、実際に飛ばせばすぐわかることだが、ここでは、一見、墜落しそうもないdjiのドローンについて述べる。
djiのドローンでもそれなりの重さのものが高いところを飛ぶのだから、簡単に飛ばせるからと言って、いい加減に飛ばしていると痛い目を見ることになる。

Phantomなどのdjiのドローンは、ふつうのラジコン飛行機やヘリと似たような形をしたプロポ(※1)を使っていても、機体との関係は全くといってよいほど違う。
djiのドローンを扱うためには、このあたりのことを理解しておく必要がある。


機体とプロポの関係

普通のラジコンでは、プロポの指示は絶対的である。ジャイロなどを使った電子式やメカ式の姿勢安定装置を積んでいても、風などの外乱による姿勢変化をキャンセルする動きを行うだけで、プロポからの指示は直ちに実行される。※2


djiのドローンでは、プロポからの指示信号が、そのまま実行されることは無い。プロポからの指示はまず機体をコントロールしているプログラムに渡され、そのプログラムが許可した範囲内で機体への操作として実行される。
djiのドローンで絶対的な支配権を持っているのは機体のコントローラーである。

ヘリや飛行機では、機体を墜落させないように操作するのは人間の責任だが、djiのドローンでは、墜落させないということに関しては、人間の操作を全く当てにしていない。

これを人間が機械に操られていると考えても、人間と機械が協調して安全に飛ばす素晴らしいシステムだと考えてもどちらでも良い。どちらも間違っているわけではない。

いづれにしろ、マルチコプターは、自立安定性がなく、操作ミスによる墜落があっという間に進行するので、落ちないように操縦するには人間の視覚系の反応時間(200ms近くかかる)では不可能であり、電子デバイスの自動制御系が不可欠である。

プロポの操作が優先される場合

しかし、機体のコントローラーが100%支配権を持っているわけではない。
自動化装置といえども万能であなく、正常に動いていたとしても、想定外の事態(鳥がぶつかる、落雷、つむじ風など)は起きるし、電子デバイスは、物理的な要因以外にも、プログラムのミスなどで突然暴走する危険もある。
大きなパワーを持つ機械では、非常停止装置を持つのが普通である。
工作機械などには赤い非常停止ボタンが付いているし、電車や車には非常ブレーキとして可能な限り早く停止する仕組みを実装している(車なら、アンチスキッド装置もこのための仕組み)。
空飛ぶ乗り物では、急停止は、墜落を招くので、飛行機(固定翼機)もヘリ(回転翼機)もエンジンが止まっても機体が多少損傷しても、安全に着陸できるように滑空(飛行機)やオートローテイション(ヘリ)でできるだけ死なない程度に地面に戻って来れるような仕組みを用意している。
マルチコプターは、プロペラが止まれば、即真っ逆さまに墜落するので人が乗るに上での大きなハードルになっているが、無人機なら、どっかへ暴走するよりも、石ころのように落ちてくれた方が被害が少ない場合が多い。
Phantomには、万一の時にモーターを切る非常操作が実装されている。

電子制御の機械の非常操作は、ハードウェアで独立させて、プログラムが暴走しても確実に働くように作るのが鉄則である。
djiのドローンがどうなっているかは不明だが、もしハードウェアで実装されていたら、たとえ誰かがボタンを押すと世界中のPhantomが某国目指して帰っていくという都市伝説が発生しても、帰らせずに墜落させることができる。
ま、燃料の問題はどうしたのとか突っ込みどころ満載だが、現実的な話としては、djiのドローンは、インターネット経由でアップデートが可能なので、テロリストが、アップデートに、人を攻撃するコードを仕込んで、ある時、起動させるという可能性などはある。
SparkなどはAIチップを積んでいるので、どこかの首の後ろに唇がある、凶悪なデブ民衆は差し置いてちょっとばかし良い物を食べすぎな方を見つけて、猛スピードで突進するなんてコードを書くのもそれほど難しいことではないだろう。

実際、多そうなのは、プログラムの不備による暴走だが、ちゃんと非常停止装置をハードウェアで実装していれば、非常装置を発動させた地点おそぐそばに墜落させることができる。

SparkはAIチップが付いているので、AIならではの、不具合で(AIに100%を求められない)暴走するということは考えられる。
最近修正があったSparkの暴走は、しばらく飛行して墜落しているのでAIならでは可能性も考えられる。

Phantom3まではCSC(Combination Stick Command)と呼ぶ、プロペラを起動させる同じ方法ですべてのモーターを切れるようである。機種によって(ファームウェアや設定によっても)この図のどれがモーターを切るのに使えるかは異なるようである。

間違って、この操作を行うと、あっという間に墜落し(200m位落下して再起動に成功した動画があるが、住宅のある場所での異常に危険な行為なのでリンクを載せない)安全な場所に墜落したとしても、財布と心は痛だろうから、モーターの起動と同じく、ふつうはやらない操作に割り当てたつもりだろうが、実際には、この操作をして墜落させた例が意図的な場合より多いということをdjiはにんしきしてるとかいう記事をみたことがある。
確かにマルチコプターでの操作として、ふつうはあり得ないとは思うが(固定翼のスタント機ではきりもみで硬化させるときなどに使う)、スタート時には行うので、便利すぎると人間を堕落させるということの傍証のひとつだろう。

Phantom4からは、
この図のような、ちょっと手間がかかる方法に変更されたはずである。
RTHを作動させるときに、くるくる回転させながら後退させる必要がある時など全く思いつかないので、間違って起動さえる心配はほとんどないと思うが、必要な時に間違えないように、しっかり覚えておいた方が良い。

なお、この設定は、機体だけでなくファームウェアでも変わる可能性があるので、ネットから最新の説明書で確認した方が良いかもしれない。
djiのホームページからダウンロードできる。
そういえば、前回の記事(ずいぶん前でした^^;)で述べたようにdji GOからもマニュアルは見れるので、ネットにつながる環境下で調べるのも良いだろう。


タブレットに頼りすぎない

さて、最近のdjiドローンはタブレット(スマホを含む)のような表示機能を持ったデバイスが重要な役目を持っている。
タブレットを使うようになると、昔のタブレットを使えない機種を飛ばす気がしなくなる。
なぜか合わせて3機もある初代と2代目。
初代は、他社のジンバルを付けて使用。2代目は、GoPro用のジンバル付きで性能はまあまあ。
GoProはWiFiで画を飛ばせるが、プロポの電波と干渉してせいぜい50mまで。
それでも結構活躍。
もう一台は、部品取りようにただでもらった一台。
Phantom3を同じ飛行場の人が買ってから、どれも出番は極端に減少。墜落機捜索には、リアルタイムのカメラの画が見れるというのは大きなメリット。

Phantom3以降のタブレットのメリットは単にリアルタイムで画を見れることではない。
それまで、腕の下のLEDの点滅具合から謎解きしなければいけなかった情報がダイレクトに見れる以上にバッテリーの細かい状況、電波やGPSの受信状況、各センサーの状況など、多彩な情報が見れる。
これに慣れるともう後には戻れない。
Phantomで飛行を楽しむこともできないことは無いかもしれないが、こんな勝手に飛んでくれる機体では、ふつうに飛ばしていても全然面白くない。
やはり、撮影してのPhantomであり、そのためにはタブレットは欠かせない。

しかし、だからと言ってタブレットに頼った飛行をしてはいけない。

タブレットなんてしょせんいつおかしくなっても不思議はない代物だということは、スマホを使いこなしていればいやというほど実感しているはずである。
タブレットは必需品だが、いつタブレットが死んでも安全に処置できるようにしておかなければならない。※3

機体←→プロポ←→タブレット間の信号

機体とプロポとタブレットの信号のやり取りを推測すると以下のようになる。
装置間左→右左←右
機体 x プロポ(双方向)カメラのリアルタイム画像(デジタル)、機体の各情報制御信号
プロポ x タブレット(双方向)機体からの画像と情報(多分スルー)機体への設定情報(ほとんどスルー)
機体 x タブレット(飛行中の直接の通信は無し)(飛行中の直接の通信は無し)

この関係は、機体とプロポとタブレットの信用度を見事にあらわしている。すなわち

  機体 > プロポ > タブレット

注釈

※1:プロポとはラジコンの送信機のことで従来のトンツー式の真ん中と右、左と中間の無いデジタル的な制御しかできなかった送受信機にプロポーショナル(比例)式の中間の任意の値を出力できるインパクトの強い画期的なもので、以来ラジコンの送受信機は、プロポと呼ぶようになったようである。
djiのドローンは、プロポは単なる比例制御腕ないのでコントローラと呼ぶようであり、その方が実態に合っているが、ラジコン業界の通例に従いプロポと呼ぶことにする。プロポーショナルコントローラーとさえ呼ばなければ短くて呼びやすい良い名である。
ちなみに、ドローンという言葉は無人航空機の呼び方でマルチコプターだけではないと無駄な主張をする人間もいるが、この場合は、世の中の大勢だけでなく、世界的にドローン=マルチコプターとなっているのは、Droneという語源からも語感からも当然の流れである。
しかし、6軸ジャイロという言い方は、いただけない。加速度とジャイロスコープは、物理的に別次元の事象でこれを混用することで無用な墜落を助長させる原因となる。
3次元のジャイロセンサーと加速度センサーだけでも、それだけでは操縦安定装置としては、甚だ不十分で下手をすると却って墜落を招くことになるのでそれを6軸ジャイロなどと思考停止しては、無駄なものにしかならない。(3軸ジャイロ+3軸加速度センサーでもヘリ用としてならば、効果は高い)

※2:トイヘリなどでは機構が省略されていて、操縦するための制御系がそもそもいい加減な場合もあるが、基本はプロポの指示はすぐに反映される

※3:タブレットがあろうが無かろうが、プロポは作動し、そのプロポと正常に通信できなくなれば機体は、デフォルトで自動的にRTH(Return To Home)の動作に移る。
目視で飛んでいれば(バッテリーの情報や正確な位置の把握が難しくなるのでできるだけ早く戻した方がいいが)基本はそのまま飛行させれば良い。
目視外飛行の場合は(許可が必要だなどと野暮なことを強調するつもりはない)一旦スティックから手を離してその場でホバリングさせ、dji GOが回復しないようなら、機体を見つけてから左と右のスティックの前後動と左右動を別々に単独で行えば機体の向きが確認し(左右の動きが逆の場合は機体の前後が逆になっている)、慎重に戻してくれば良い。
RTHで安全に戻せる場合はこれを使っても良い。ホームポジションまでの途中に障害物が無ければ安全に戻せるはずである。RTHの間でもプロポの操作は、問題が無ければRTHの動作に加算されるので障害物をよける操作をすることも可能なはずである(実際に確認すること)。
機体がなぜか見つからない場合は深呼吸して、機体のいる位置をできるだけ思い出し、RTHに支障が無いことを確認して(必要なら高度を上げて)プロポのRTHボタンを押してプロポのRTHボタンのLEDが点灯したのを確認してできるだけ早く機体を見つける。
場合によっては、高度を下げてその場に着陸させても良いし、万一の場合は、モーターを全部強制的に止める方法もある。
よっぽど無謀な飛行をさせてない限り、パニクらなければ安全を確保できるのである。
なお、Phantomなどは(その他の多くのdjiのドローンも)送信機の電波が3秒受信できないと自動的にRTHに入り、再び電波を受信するとプロポのコントロール下に戻るというのがデフォルトになっている。
このとき、戻ってくる高度を設定したり、機種によっては、行った経路に逆向きに戻ってくるという方法も使えるので、自分の機体については確認しておくこと。
最新のマニュアルはdjiのホームページから自分の持っているシリーズを選び、詳細を選んで機種を特定しダウンロードと書いてあるページを選べば良い(そういえばタブレットからもマニュアルが見れるというのを前回書いたような?)


ドローン墜落事故

大垣で6軸のマルチコプターが菓子巻き中に墜落してけが人が出た。
マルチコプターは、人間の手で安定して空中に浮かぶことは、この程度の大きさでは不可能なので、墜落したのは、自動航行装置の不備である。
マルチコプターは、プロペラの回転数を変えることによる推力と回転の反動トルクの変化で機体の向きを変え合わせて推力の合計(ベクトル)で機体を空中に浮かせたり進ませたりする力を得ている。

仕組みは単純だが、機械構造的な自律安定性は全く無く、さらにピッチ変化などよりプロペラの回転数の変化の方が推力を変化させる応答性が低くなりがちなため、より高度な姿勢制御が必要である。

墜落したマルチコプターは自作で、菓子の投下装置付きの収納部を付けている。

今回の事故の前に違う場所のイベントで何回か実施しているようである。



墜落の動画を見ると、くるっと水平に一回転してから大きく傾いて揚力を失い墜落している。

昔のマルチコプターでよくあった墜落と似ている(もっとも昔の場合は、もっと真下に落ちたような気がする)。

マルチコプターは安定性が悪く、人間の操作では安全に飛ばすことが不可能なので、必ず安定化装置が必要で、こういう使い方をする場合は、完全に自動で浮くような自律航行装置を積むのが鉄則で、人間の緊急時の非常停止操作以外では、人間のどのような操作に対しても安定を失わなないように作っているはずなので、人間の操作が引き金になったとしても、ドローン自体に問題があったということになる。

強い風が吹いたるわけでもなさそうだし、左右の姿勢を崩す前にくるっと回転しているが、人間なら目が回るかもしれないが自律航行装置にとって対応しきれないほどの速さでもなさそうである。
水平方向の安定性を確保するのに必要な処理速度に比べれば、この回転速度でセンサーの処理が間に合わなくなるなどということもまず考えられない。
水平方向に大きく傾き始めるのも回転しだして早い時点である。

墜落を防ぐためには機体をほぼ水平に保ってプロペラの力をほぼ真下に送らなければならない。
どちらかに傾くとその方向への推力が働く。傾くと重さを支える垂直方向への分力が減るので高度を維持するためにプロペラの力を増やさなければならない。
菓子の装置がどれほどの重さかは不明だが、プロペラの高さよりは明らかにしたのでプロペラの中心からずれているにせよ、水平を保とうとする役には立っている。
ただし、重くなる分プロペラ全体の回転数は限界の上限の方にシフトする。

傾きが大きくなれば、このシフトのせいでプロペラの回転数の上限に達して高度を保って姿勢を回復できるポイントが下がるが、初めて行うわけでもないイベントでどの程度の傾きでも回復するか確認をしていないというのも変な話である。

「機体がちょっと流れてあれっと思って戻そうと操作をしたあとぐらいに戻ってこずに機体が急にグラッと傾いて墜落してしまった 傾いた瞬間にはもう(コントロールが)きかなかった」」
強い風が吹いていたようにも思えないので、プログラムを含めた機体に何らかの問題があった可能性の方が高そうだ。

重心がずれていそうな菓子容器側を上をして墜落しているので、バランスを取り戻すために上側のプロペラを弱めやすい位置だったため、プログラムやセンサーの処理系(配線含む)など怪しそうである。

詳しいことは飛行ログを取ってさえいれば正確にわかるだろう。

今回の一番の問題は、子供の大勢いる上で、飛行させて、しかもものを投下したことだろう。
この会社の案内には、お菓子の搭載量を500gから1kgに増やせたとある。
ドローンの重量4.4kgで1kgはかなりの割合である。

本物のヘリを低空でホバリングさせてお菓子をばら撒くよりは危険ではないだろうが、不特定多数の人の上で飛ばすにはリスクが大きすぎる。

大きなけがをした人がいなかったのが幸いである。
原因がきちんと究明されることを願う。

2017年8月26日 (土)

dji Phantom4のアップデートとキャリブレートとタブレットとの相性

Maxresdefault


Phantom4などのアップデートとキャリブレーションのヒント

さて、Phantomも3以降で搭載カメラの画像をタブレットで見れるようになってからは、パソコンを使わずにタブレットだけでアップデートもキュリブレーションも含めた設定も行えるようにしようとしているようである。
使い勝手からいうと当然期待される機能で、このためのアプリはdji GOでPhantom4ならdji GO4が自動的に推奨される。

プロポと接続すればバインドした機体とリンクされるのだから機体やプロポに合わせたアップデートがタブレットだけで済むというのは当然期待される機能である。

プロポという言葉は送信機を表わす慣用語でプロポーショナル制御というできた当時は画期的な仕組みから送信機の代名詞になったようで語源的には送信機を指すわけでもないし、機能的にもPhantom3以降では送受信機の機能も持っているので単なる送信機でさえない。djiはコントローラーと言っているが、ラジコンの世界では歴史的にプロポと言えば、付加機能に関係なく機体を操縦する装置を表す日本語であるのでそのまま使用する(言いやすいので ^^;

実際にはアップデートやキャリブレーションが必要だと通知されても、キャリブレーションなどは、しばらく経つと表示されなくなることもあり、またその方法がすぐわからなかったりすると、なんだか後回しにしてしまいがちである。
またアップデート(djiではアップグレードと呼ぶ場合が多いようで一般にはアップグレードの方がアップデートより大きな変更をさす場合が多いようだが、別にアップグレードと言っても有料ではないようなので気にせずに同じ意味だと思えばいい)はインターネットに接続されていないとチェックできない(タブレットに最新版があることを記憶する訳ではなく、その都度見に行く)ようだ。

アップデートは時間がかかる場合が多いし、アップデートすると確認事項が増えてすぐに飛ばせなくなることもあるので、飛ばそうとしたときにアップデートの表示が出たからといって、よほど暇か、アップデートしないと危険だと表示されでもしていない限り、その場ですぐアップデートしたいと思う人は少ないだろう。

前々回のSparkがたまに変な落ち方をする場合があるという記事と関係があるのか最近、dji GOを起動するたびにSpark用のアップデートの予告が表示される。
それなりに重要なアップデートの場合は、ちゃんと伝えようとしてくれるだと、好意的に解釈したい。

中国の企業というと眉に唾をつける人もいて、確かにそうした方がいい会社も少なくは無いが、世界中で信用されて来ている会社も結構増えてきている。
日本も昔から技術は進んでいたと、変な勘違いをする輩が最近多いが、当時の三菱や中島の設計者の話(資料)を調べれば、如何に遅れた技術をカバーしようとしていたか、そしてそれが叶わぬまま戦争に突き進んでいったかが、すぐにわかることである。
当然アメリカに負けないように頑張ろうとはしていたが、技術が上回っていたなんて、間抜けな話を信じるようなのは、物事が見えていない馬鹿どもと、勝つためだといって膨大の予算を要求して、うまいこと金だけせしめてしまった手前、勝てないなんて正直にいう勇気が無かったものどもの取り繕いの出鱈目を信じてしまった、無知におかれた人間だけである。

Made In Japanが安物の代名詞で無くなったのは、敗戦後、真摯にアメリカの、合理的な考え方を積極的に取り入れてからである。
中国の場合は、政治制度の問題が立ちはだかっているが、日本のように農村が豊かになり、国の制度が出鱈目を出鱈目と認識できるよな民主的な方向に移行していけば、自分が頑張った性でもない過去の人間の栄光に酔う人間が減らない限り、品質の点でも日本は追い越されてしまうだろう(中国がまともな国になっていたら追い越されても困らないだろうけど)。

平気で嘘を取り繕ったり脅しを掛けたりと、品性のない政治家が幅を利かしているくらいだから、国民のレベルが下がって来ているのも本当かもしれない。
まずは、政治家から道徳教育を諄々と諭してもらいたいものである。

アップデートの種類

アップデートの対象は機体と、プロポと、それにタブレットのアプリとタブレット自身のアップデートがある。

タブレットのOSのアップデート

タブレットのOSなどのアップデートはOS自体の機能でインターネットに接続してれば、自動的に行われるか促される場合が多いはずである。

アップデートは、普通はした方が良いはずなのだが、アップデートが改良にならない場合もある。しかしそれを正確に判断するのは難しい。
バージョンが大きく変わるOSのメジャーアップデートは、ハードもそれなりのものが要求される場合が多いので、無理にアップデートすると却ってパフォーマンスが下がる場合も多い。まともなスマホの会社ーなら、無理なメジャーアップデートは推薦しないはずである。

メジャーアップデートの多くの場合、新しい機能が追加され、最初はシステムが不安定な場合も多い。メジャーアップデートによる追加の機能が必要である場合以外は、メジャーああぷデートに慎重な方が良い。
もっとも、パソコンやタブレットの機能を正確に把握している人は少ない。わからないながらもただ、何となく使っている人がふつうかもしれない。

パソコンや、タブレットは、機械を制御するためにも使われる。機械を通信するためのインターフェースを経由して、制御することになるが、専用のケースの中に機械まで入れて、その中にパソコンの機能を入れる、見かけは専用の機械のように見える場合もある。
dji GOのようにふつうのタブレットにUSBで接続して制御する場合もある。

タブレットをdji GO専用に一台用意するのは、他の多くの例と同じように一番、安全な方法である。
業務として使う場合には、タブレットをdji GO専用に一台用意するというのは、良い考えである。
タブレットの不具合で仕事が中断するリスクを考えれば、費用と手間を掛けてでも仕事が中断するリスクを考慮しなければならない。
この場合は、dji GOを走らすのに十分で、物理的にもソフトウェア的にも十分に堅牢なタブレットを目指すので、余分なアプリは入れてはだめだしアップデートなどもメリットデメリットを考えて決めなければならない。

個人で使う場合は、墜落などで他人に被害を与えること以外は、あまり気にする必要はないだろうから、ちょっと使い方に気を付ける普段使いのタブレットで十分である。

タブレットが途中でフリーズしても、ふつうにちゃんと対応すればプロポだけで安全に戻って来れる(仮にプロポとの接続が切れても自動的に戻ってくるようになっているのがデフォルトの設定のはずである)。

まあ、ふつうはOSのメジャーアップデートは、メーカーが推奨していて、実際の評判も良いことを確認しない限りは行わない方が良いだろう。

これに対して、メジャー以外のアップデートは、バグ修正的なものが多いので、行った方が良い場合が多いだろう。多分、自動的に行われようになっているか、拒否しない限りアップデートを推奨するような表示がでることが多いと思う。
教条主義的には普通のアップデートも内容を確認した方が良いということになるが、現実的には多寡が普段使いのタブレットにそんな手間は掛けられない。正確にアップデートのメリットデメリットを判断するのは簡単なことではない。

それよりも無駄なアプリを削除するか実行しないようにする方がずっと効果的である。

タブレットの場合、普段目にするアップデートは、よほど最初からのアプリを削除していない限りアプリのものが圧倒的に多いだろう。

アプリのアップデート

アプリは、dji GO以外にもたくさん入っているのが普通で、使っていないように思えても簡単に削除できない場合も多い。

できれば使わないアプリは削除した方が良いが、もとから入っていたアプリは簡単に削除できないものも多く、その場合は確信がない限りあきらめた方が良いだろう。

後から入れたアプリは Google Playに履歴が残っていて再インストールが簡単にできるので、使う必要が当面なく保存しなければいけないデータもなければ、どんどん消しても困りにくい。
タブレットのメモリや速度によほど余裕があれば問題ないが、余分なアプリは他のアプリの足を引っ張るか場合が結構ある。

さて、アプリのアップデートもOSのアップデートと同じで、メジャーアップデートは慎重に、そうでなければ内容うを吟味してアップデートというのが教条主義的な対応だが、これも実際には何がメジャーで、何がそうでないのか判断するのが大変である。

中にはアップデートと言っても有料になるものもあるようなので、そういうもの以外は、よくわから無いながらもずるずるアップデートするというのも止むを得ないかもしれない。
アップデートして不具合が出ても元に戻せる場合も多く、またアップデートしないで困らないという場合は、無駄なアプリが多くないか疑った方が良い。

dji GOは、リアルタイムに動画を扱うので、そこそこリソースを食いなので余分なアプリの影響を受けやすいだろう。

dji GOはGO4と2種類あるが、この違いは、Phantom4だけ見れば、メジャーアップデートと見れないこともないが、Phantom4以降の機種はdji GO4でサポートするようになった機種による対応バージョンの違いと見た方が良いかもしれない。
Phantom4は、GOでもGO4でも使えたが、新しい機能はGO4だけで提供されるだろう。
インストールは簡単で、普段のアップデートも他のアプリと同様に簡単である。

自分は自動のアップデートを許可してあるので、勝手にアップデートしていて、アップデートしたことさえ、普段はほとんど気にしていない。
マイナーなアップデートは、ちょっとしたバグが発見されるたびに行われて、重大なバグの場合は、アップデートしないと自動的に注意されるというのが期待されるアプリのふるまいだが、一応は信用しているのである。

Phantom4(プロポと機体)のアップデートの方法

タブレットの必要なPhantomは4(ノーマルの4)しかもっていないのでそれについての記述であるが、Phantom4の他のバージョンやPhantom3でも応用できるかもしれない。

MavicやSparkになると、もっとUIが進化していているだろう。そうでないと期待はずれである。

機体やプロポのアップデートが必要な時は、インターネットに接続されているときに、プロポと機体を接続すると自動でチェックして表示してくれる。

いちいち、家などで事前に接続して確認する人は少ないだろうから、SIM付きなどモバイル通信に対応したタブレットなどで飛ばす場合は、飛ばそうとするときに、アップグレードしてくださいという表示を目にすることになる。
モバイル通信に対応していないWiFiだけのタブレットもスマホにテザリングという機能があればインターネットに接続できる場合が多い。そうでなければ家などのWiFi環境でたまにはdji GOを立ち上げてプロポと機体のつなげないとアップデートを確認できないだろう。

もっとも、Sparkの例のように重大だとdjiが判断したアップデートはプロポや機体を接続していなくてもアップデートの通知が表示されるようだ。(^ ^)

アップデートは、バグ取はあっても、バグを増やそうとは思わって出すことは無いはずだが、それでも新しい機能の追加などで、余計なアップデートになる場合もあり、その場合はさらなるアップデートで修正されるはずである。

今のところ、djiは、信用してもよさそうな会社なのでプロポも機体もアップデートした方がよさそうである。
ただし、Phantom4に関しては性能が安定してるようなので、慌ててアップデートしなければいけない場合はほとんどないだろう。

さて、せっかくタブレットを使っているので、タブレットからアップデートできれば良いのだが、自分の場合はプロポのアップデートは簡単にできたが、機体の方はできなかった。
プロポには、もともとUSBケーブルでつながっているので、アップデート用のデータをダウンロードしてアップロードが完了するまで指示に従ってスムーズにいくはずである。

しかし、機体の方は少なくとも自分の場合は、タブレットからアップデートが失敗した。

原因については、おおかたこうでないかという予想がある。本当に正しいかは保障できないが、USBを使う上での他でも引っ掛かることが説明する。興味のある人は見てもらいたい。

USB On-The-GO

タブレットとプロポはUSBケーブルで双方向で通信している(無線で飛ばす計画もあって、機種によっては実行できるようだ)。
プロポと機体は2組の送受信ユニットを使って双方向で無線を使って通信している。
タブレットと機体とはプロポを経由しての通信で直接のやり取りはないだろう(そのためもあってタブレットがフリーズしても機体の制御は可能であるようだ)。

USBはもともと、マスタ/スレイブ(ホスト/デバイス、親/子 などともいう)の関係で通信する規格で、どちらかが明確にマスタ側(親)になる必要がある。

Usb_cable_p4

Phantom4で使っている写真のUSBケーブルは、マスタ側が左でUSB Aコネクタ、スレイブ側が、Andoridのスマホの事実上の標準となった、USBマイクロBというコネクタである。
USBの規格ではAがマスタ側と決まっているのでこれを指すプロポ側がマスタでタブレットはスレイブである。USBの規格から、プロポ側が通信の音頭を取らなければならない。

USBで接続する相手には、いろいろなデバイスが用意されているので、電源としてだけ使うUSB充電などを除いて、最初にどんな相手と通信するのかマスタ側が知ることができるようにケーブルが接続された瞬間からの厳密な手順が定められている。
これによってスレイブ側の負担を大幅に減らすことなどが可能な使いやすい規格となっている。
USBメモリやマウス、スピーカーなどなど、20程度の種類が定義されていている。

 

Usb_otg_cable

機体のアップデートでは、PhantomのUSBコネクタはマイクロBしかないので、上のケーブルでは刺さらないので写真のような、OTGケーブルと呼ばれる付属の中継ケーブルを使うように指示される。


ところがUSBの元々の規格ではこの場合機体もタブレットもどちらもBコネクタなので両方スレーブになり永久に通信が始まらない。

実はマスタとスレイブはコネクタだけで決まり信号線自体はそのまま繋がるので、どちらかがマスタとして通信を始める仕掛けを作ればいい。

タブレットでも機体の方でも、自分がマスタだと思って通信を始める独自の仕様で動き始めれば良いのだが、ただし独自の仕様のおかげで他の使用方法に悪影響を与えてはいけない。

実際に独自の通信方法を採用して、USBメモリなどにアクセスしたスマホもあったはずである。

独自の規格もみんなが採用すればデファクトスタンダードになるのがこの業界である。

実は、USBには、On-The-GOという、マスタにもスレイブにもなる規格というのがある。、ミニABやマイクロABというA(マスタ)でもB(スレイブ)でも、どちらもさすこのとできる受け口を使って、マスタとスレイブの区分をできるようにした規格があり、細々と使用されていた(使った記憶ないけど ^^;。

 

Usb_microabjacks

ちなみにマイクロABの受け(レセプタクル=メス)は図の左で、今では、ふつうに使っているマイクロB専用の受けは右である。
マイクロAのコネクタのオスはマイクロBの下側の端の斜めの角をなくした形状で、図の左のMicor-ABの受けには、マイクロのオスであればAもBも刺さる。
Aが刺さったことは、BではどこにもつながっていないIDという名前を付けた4番Pinを5番ピンのGNDにショートさせることで電気的に簡単に区別するという巧妙な仕組みを考え出した。

この、On-The-GOという規格で、デバイスは指されたコネクタでマスタになった方が良いかスレイブのままでいた方が良いか判断できるようになった。

しかし、実際にはこの規格はほとんど採用されなかった。ただでさえ、上下がわかりにくいUSBコネクタにこんなのが追加されたら余計混乱する。
しかもこんな小さなコネクタを力いっぱい挿して壊す奴もたくさんいそうだし(事実マイクロBの不具合品はたくさんある)。

マイクロB、ABという形状はリチウム充電池を充電するのにUSBの5Vが都合が良いということもあって、独自のコネクタを設けて充電器からの電気を受け取っていた携帯電話などが重要なターゲットであり、実際に搭載機種が増えた行ったがABの受けを採用した機種は少なかった。

携帯にあまり余計なことをさせて不安定になることを嫌うなどということや、間違えやすい形状を嫌うということがあったのかもしれないが、実際に普及したのは、先のOTGケーブルで、これはマスタ側にもBを使うがマスタ側にはIDとGNDをショートさせるという、規格の上を行く離れ業だった。

Otg_cable
これが今やOTGケーブルといわれる、本来の規格を駆逐したデファクトスタンダードの配線図で中継ケーブルの方のBコネクタのIDとGNDがショートしている。

 

Usb_a_microb

参考のため、付属のUSB AとUSBマイクロBのアップの写真を示す。
大きいスタンダードのコネクタが4ピンで、小さい方がマイクロBで5本ある。
もっとも、最近はUSB-Cというさらに複雑な規格が出てきて、小さいが上下ひっくり返しても使えるのでそっちが普及するかも知れない。混乱やら粗悪品の問題やらあるけど…


さて閑話休題。

さて、両方マイクロBのケーブルを使用する場合は、OTGケーブルを使って、なおかつマスタ側になる方がOTG(On-The-GO)の働きをするためのUSBコントローラとハードを持っていてなおかつソフトでOTGをサポートしていなければならない。

スマホの中には、OTGを有効にするためには使用するときに明示的に設定しなければならないのもある。

ともかくもOTGケーブルでアップデートできないPhantom4があり、できればファームウェアのアップデートで可能になってもらいたい。

Phantom4がタブレットでアップデートできない時のアップデート方法

OTGケーブルで試させてから、突然、ファームウェアのアップデート方法を見ろと言われるのも、何て奴だとぼやきたくなるが、相手は日本人ではないので、こういうこともあると諦めるしかない。

このビデオは、ググっても出てくるが、OTGケーブルを使えというのが多いので、一体どういうことだと思う人も多いだろうが実はdji GOの中から見ることができた(タブレットがインターネットに接続している必要がある)。

それならそうと表示して欲しいが、このメニューの中には、結構役に立ちそうなものがあるのにきがつかなかったので、おあいこである。

こういう迂闊な人間は、少なくともほかに二人はいることを知っているので、その方法を説少し詳しく明するのもいいだろう。

説明を見る方法

P4ud1a

まずdji GO4を起動する。しばらくすると、機体を選ぶ画面が出るので、プロポや機体と接続されていないときは左上の機種名の横の下向きの▼をクリックして機種を選んで、右上の三本線≡をクリックする(選んだ機種でメニューが変わる)


 

P4ud2a

メニューが出てくるが、この中のAcademyがいろいろな説明が見られる場所である。


ほかにも役に立ちそうなのがたくさんある。
全部ちゃんと見たわけではないが役に立ちそうなので項目を推測を交えて説明する。詳しくは自分で試してもらいたい。

Scan QR Code 機体を登録するときの機体に張り付けてあるQRコードを読み取るのに使用か?
Academy 説明用の動画や資料、フライとしミレーターなどの使い方の学習用
Offline Map ネットにつながっていないタブレットにあらかじめ地図を読み込むでおく機能か?
Flight Record dji GOで飛ばした過去の飛行記録を見ることができる
Store 商売でしょうな
Find My Drone たぶんdji GOが最後に機体を認識した位置と現在の位置(GPS付きのタブレットの場合)を表示。墜落したときに探す役に立つはずである。
Flight Restriction Information フライト制限情報 その国や場所の制限情報か?

さて、今回の説明ビデオの場合はAcademyを選んで、次の画面をだす。

P4ud3

アップデートの方法はこの中のビデオチュートリアルの中にある。


 

P4ud4

ビデオチュートリアルの中を下にスクロールさせていくとPHANTOM4 ファームウェアのアップグレード方法 が、出てきてこれが、dji GO 4から機体のアップデートができないときの方法である。(Macようは別にある)


ま、大したことは説明されていないが、ケーブルでアップデートさせられて失敗した後に、パソコンにdji Assistant2というソフトを入れて、それからアップデートしなければならないという衝撃的な事実を知ることになる。

Assistantという名前は、djiが前から使っていたPC用のソフトの名前だった気も。
PCからアップデートすれば、よいとわかれば、大きな問題は、ほとんど解決がついたようなものである。

基本的なアップデート方法は、
DJI Phantom 4をDJI Assistant2でファームウェアのアップデート行う方法のご紹介 に詳しいのでそちらを見てもらいたいが、善良な日本人には、ちょっと気になるようなことでのっていないことがあるのでそれを書く。

さて、まずビデオチューリアルをみても、Assistant2の入手先は全く分からない。

Assitant2でググれば、良くdjiのサポートページから入手できるのだが、ノーマル4用はここ。Advannce用はここ、Pro用は特にダウンロードページがないなど、表示に一貫性がなく、少し悩む。

幸いセキドのサイトにも載っている。
もっとも、ここも P4PP /P4P /P4AP /P4A /P4 と、何やらピコ太郎風の怪しげな記号でPhantom4のシリーズを分けているが、どうやらPahntom4シリーズはみな同じものをダウンロードすれば良いらしい。
djiの製品は素晴らしいが、説明は、こんなものである。

Windows用はZIPの方をダウンロードし、それをダブルクリックなどして解凍して出てくる実行ファイルをさらにダブルクリックするとインストールが始まる。
このとき、ふつうのパソコンなら、やたらと警告が出てくるはずである。
なぜか中国製のソフトにこういうのが多い。

中国では、なぜかローカルなLANにつなぐと、ウィルスやアドウェアが次々と発見されたのに、中国人はだれも気にしていなかった経験があるので、ちょっと恐ろしいが、別にウィルスなどではなく、安全であるという認証が取れてないだけのようなので、ちゃんと認証取れよと文句をつぶやきつつ、信用して続行するしかないだろう。

なお、このとき、次々と本当にこれを信用して良いのと聞かれると、ろくろく警告を確かめもせずにOKを押す人が実際に多く、ウィルスやマルウェアが減らない原因のひとつだと思うが、このとき、このとき、うっかり本当に怪しい他の警告(Assistant2に関係ない警告)をクリックしないように、この作業の前後も含めて、ダウンロードのサイト以外を開くことや、メールを見るなどのウィルスを起動させたり怪しいサイトを開く可能性を減らすためにアップデートが終わるまで大人しく余計なことをしない方が良い。

気のきいた悪人なら、怪しげなボタンを押してもらってからすぐに起動したり表示するのでなく、時間差を設けて、「エッチな写真を見た代金を払わないと、あんたのかみさんにちくるぞ!」などと脅しの文句を吐く工夫をするだろうか、この作業の前も大人しくしていた方が良い  ^^;

なお、Assitant2は、インストールして一度実行すれば警告の数は、大幅に減るはずである。せいぜい、実行の権限に関する注意が出るくらいだろうから、たくさん注意が出る場合は何かがおかしいと勘繰った方が良いかもしれない。

Assitant2は、実行すると、表示を日本語に変更できる画面がでるので、日本語が一番得意でない人以外は日本語に変更した方が良い。

あとは、先ほど紹介したサイトの説明を見れば難しくないが、人によってはdjiのログインするためのIDとパスワードが必要だというのが問題になるかもしれない。

IDやパスワードの管理ができていない人はたくさんいて、これもウィルスや、マルウェアなどの餌食になる有力な候補者だが、そういう人は多いので、メーカーとしては対策を考えておかないと、その対応だけで大変なことになる。
djiもIDは、流行りのメールアドレスをIDとして使う方法に変更したらしいが、それでもパスワードは忘れる人は多いので対策は用意している。
その具体的な方法がわからなかったのでサポートに質問をしたが、

https://www.dji.com/jp/user/login

を開いて Forgot password? もしくは 日本語で パスワードを忘れましたか? と書いてあるところをクリックすれば、そのメールに今のパスワードをクリアして適当なパスワードを送ってくるなどしてくれるらしい。

登録したEメールのアドレスがいい加減だった場合は、新規に登録する項目が同じところにあるので登録し直せるのかもしれない。

んそ、このページはdjiのホームぺ時の右上にある人のマークから行けるページだった --;

アップデート中は、たまに機体が、ピロピロとか音を出しながら、数分は掛かる(15分という話も)。
おとなしくPCのAssitant2の表示が完了を知らせるまでじっと待とう。

バッテリーの残量が少なかったり、ケーブルを引っこ抜くという信じられないような失敗をしても再起動すれば回復して再度アップデートすれば良いようになっていると、心強いことが、どこかに表示されていたと思うが、だからと言ってそれを試さない方が良いだろう。

アップデートが完了したらPhantom本体を再起動させる。これでちゃんとアップデートできかたどうかがチェックされるとのことである。



IMUや磁気コンパスなどのキャリブレーション

別に難しいわけではないが、IMUのキャリブレーションのメニューへの進み方で躓いたので書いておく。

IMUのキャリブレーション

IMUは、下の動画がわかり易い。英語だがdji GO4とPhantom4の組み合わせでは、下手な日本語の説明書よりも十分わかるだろう。

IMUのキャリブレーションが必要ですとか何とか言われて、画面を進めるのだが、引っかかったのは0:34秒あたりの「Caribrate IMU」の文字をタッチすることに気がつかずにそれ以上進めなかったのである ^^;

まあ気がつかない人は何度もはまるのである。
その後は、画面に次々と表示される機体の状態と同じ向きに機体をたいらな場所に置いて行けば良い。
向きはちょっとわかりにくいが、搭載されているカメラの位置やバッテリーの位置を参考に正確さを期せば良い。
当然プロペラは外して行うべきである。校正中に勝手に回ることはまずないが、飛んでるときに突然墜落する原因となるプロペラのダメージを与える可能性は防げる。

磁気コンパスのキャリブレーション

これも英語だが下の動画で十分わかるだろう。

多分、この設定のわからない人の方が少ないだろう。
地磁気のキャリブレーションなので、当然家の中での操作はエラーになり易い。
自分の場合は始めようとしたら、もっと良い場所でやれと怒られた ^^;
家の中だしPCの近くだから当然だと思う。

しかし、上の動画の地磁気のキャリブレーションができる家って、いったいぜんたいどんな家なのかそちらの方が気になる。


ちょっと長くなったので、タブレットとdji GOの相性については次回以降にする。

2017年8月22日 (火)

dji ドローンとのAIな付き合い

Dji_spark

djiのドローンの進歩は、留まるところを知らない。
手のひらの上から飛び立って、その持ち主の顔を覚えてその周りを犬のように付いて回るというSparkや、顔を動かせば、そちらの画が見れたり操縦することが可能な(今はまだ使いにくいかもしれないが)AR(拡張現実)ぽいゴーグルやら、技術革新が続いて、付いて行くには、頭も懐も追い付き難い。



かつては日本がドローン大国

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自動操縦のドローンは、元はと言えば、日本のヤマハが世界でも最先端の技術を持ち(2002年には自律航行できるものが作られている)農薬散布や危険な場所の撮影などに使われ、一時は世界中の自律航行可能なドローンの半数以上を作り、日本がドローンの最先端大国であった。
これはとても個人で買える値段ではなかったが、このおかげで危険な有人のヘリによる農薬散布がなくなり、より低い高度を効率よく(高度が低いため飛散が少なく害も少ない)農薬散布で取って代わり、噴火口などの危険な撮影にも使われた。


しかし、中国への輸出が軍事技術の転用される可能性で叩かれて、そのためか、狭い範囲の技術になっている間に、輸出を叩かれた先である中国内のDJIに世界一の座を明け渡してしまった。

今では思い出すのも困難な過去の栄光である。
日本は、個々の技術は職人魂で優秀だが、大局的な政策は、ま、こんな場合が多いようである(;_;)


ドローンはAI端末?

ドローンの自立航法のプロジェクト自体は、世界的にオープンソースの開発が進められていて、DJIもそれにあやかっているのかもしれない。
このプロジェクトでは、少なくともGPSや気圧高度計、大気速度計などをサポートしていたようで有翼機(飛行機)用の自律航行まで視野に入っていたが、DJIは、ファントム3からはカメラの画像や前方や下面のステレオカメラの画像解析まで行っている。

マルチコプターやヘリはホバリングが可能なので、墜落せずに浮かぶだけなら、普通のプロセッサ(マイコンなど)でも困難ではない(飛行機は失速があるので次元違いに難しい)。
GPSや、地磁気センサー、気圧高度計、超音波高度計などを使ってふらふらせずに浮かべる場合でも、専用のプロセッサを使って計算させた結果をもらうことなどで何とか処理できるだろう。
画像処理によって地面の模様を見てふらふらさせないようにすることも頑張れば何とかできるかもしれない。
しかし、地面の模様が一部動いたときにそれがごみなのか風で草が動いたのかとかいうような条件がたくさん考慮しなくなると、まともに対処する方法ではすぐに限界に達してしまう。

Img1479119540

*たとえばカード(トランプという言い方はどこかの?吐きを連想させるので使用を控える)52枚の並べ方の数は52の階乗だけあるが、世界中の人間がスパコンの助けを借りて数えたところで地球が太陽に飲み込まれて消えてなくなる何十億年後になっても限りなく0%に近い割合しか数えることができないのである。


そこで従来の100%正確に動く機械を100%正確に順を追って計算させるデジタルコンピュータをノイマン式に計算させる方式ではなく、AI式が注目されているのである。
AI式といっても定義はあいまいでいろいろな方法があり、ちょっと気の利いたプログラムなら、計算をうまいことはしょって複雑な問題を処理するなんて方法はかなり昔から行われていたが、最近は、ディープラーニングという入力と出力とそれを処理する中間に分けて正しい結果になるように中間を調整してより正しい結果に近づける方法が流行である。
このためには、サンプルをたくさん集めて処理するすることが重要で、音声認識では、タブレット端末での音声入力とそれを解釈した結果を表示したときの人間の反応から正しさを判断するというよう尾奈ことで飛躍的に音声認識の精度が向上した。
AI式の場合は100%正確であるという前提は成り立たないので精度に不安を感じるかもしれないが、ノイマン式でも100%正しいはずだというのは過程であり実際に正しいかどうかというのは別問題なので、複雑なものほどAI式のほうが優れているはずである。

ものにもよるが、音声認識とか画像認識などは、制度を出すには膨大なデータ(ビッグデータなんて言葉も流行である)を集めて処理しなければならないため、インターネット上のクラウドで処理させるのが効率が良い。
ただし、通信速度も含めて処理速度が問題になる、衝突防止装置などでは、失敗や速度が大きな問題になる場合は、端末側でもある程度の処理速度が必要でこの場合はAIのエッジ端末というらしい。

2017

実は週刊アスキーというコンピュータの雑誌ににドローンはエッジ端末だと書いてあったので、調べたのだが、djiの最新のSparkという手のひらに乗る小型のドローンでは、本当にインテルMovidius Myriad 2 VPUという空間認識能力やコンテキスト(構文)認識能力を持ったAIプロセッサを搭載していた(もっともエッジ端末かどうかは怪しい。中国へデータを集めている可能性はあるかもしれないが、そんな見え透いた方法を取っているかどうかはまったく判断する材料を知らない)。


Sparkは、持ち主の顔を覚えてジェスチャーで動作するということなのでAIプロセッサの面目躍如というところなのだろう(?)
音声認識もできるプロセッサなので、そのうちバージョンアップでタブレットなどからの音声入力で言うことを聞くようになるかもしれない。
悲鳴を上げると立ち止まったりそちらに向かったり、ここ掘れワンワンで宝物を見つけたりと夢は膨らむのである。

もっともAIなので、どこまで信用していいかは難しい問題である。日本が導入するF-35戦闘機もプログラムの更新がなかなか進まないのは、評価が難しいということがあるのだろう。
その点、Sparkは小型ということもあって墜落しても被害は少なそうではある。


タブレットは必須

Sparkまで行かなくても、これだけ高機能になると、レバーやスイッチだけで操作するには無理がある。
最近の旅客機や軍用機がディスプレイを使ったグラスコクピット化でスイッチのお化けのようなコクピットから必要なものがすぐにわかりやすいものに変えつつあるのと同じように、機能の十分使うためにはタブレットが必要である。
単にカメラの画を表示するだけでなく、地図や期待の向き、電池の残量やアップデートやキャリブレーションの通知、使用方法説明に行方不明になったときの最後と思われる場所の表示と盛りだくさんの機能がある。

日本の航空法では目視外飛行は飛行は許可がいるが、現実には、タブレットの画面を見ていたほうが安全である。
ただし、目視できる範囲を飛ぶという意味ならば、意味はある。
目視できない範囲は極超短波の電波も届きにくいのである。
ただし、他のラジコンの電波の影響も結構受けるようなので(安全性には影響が無い場合も多い)やはり画面の情報は大事である。
特に、具合が悪いとまっさかさまに落ちやすいマルチコプターでは、飛んで区方向の真下の情報は送られてくる画が一番よくわかる。


タブレット使用上の注意

Pahntom3からは、必要な操作のほとんどはタブレットでできることを目指しているようである。
しかし、気安い名称とは、うらはらにときどきわけのわからないトラブルに巻き込まれるのがだが、タブレットや高機能なパソコンの宿命のようなものである。
昔のテレビもトラぶったときは、本体をドツクという、奥の手があったが、タブレットやパソコンでは、再起動がそれである。
飛行中の再起動は、航空機にとっては恐ろしいことだが、幸いPhantomでは、飛行のコントロールとタブレットの表示は独立しているようで、タブレットが死んでもプロポでの制御は可能である。

ちゃんと目視内の飛行をしていれば、あわてずに高度を上げてリターンホームを使うなどすれば、安全に帰ってくるはずである。

別にiPhoneやiPadの方が信頼性が高いわけではないがdjiのアプリを使っていてトラブルに巻きこまれるのを少しでも防ぎたいならAndroidよりも種類も自由度も圧倒的に少ないので良い。
Androidの方がバリエーションが豊富で、自由度が高いが、それだけに使いこなすのに使う人の能力が問われる場合も出てきやすい。
単にゲームがやりたいだけならアップルの方で充分である。

ただし、トラブルは、タブレットの使い方にも大きく依存するので、dji GOのようなメモリ食らいのアプリの動作が怪しい場合は、できるだけメモリを空けるなどの工夫が必要になるようだ。

相性の問題のヒントやタブレットではうまくいかないアップデートのことなどを次回以降で説明する予定である。

2017年7月27日 (木)

dji Spark墜落事故

Phantom4のアップデートを調べていたら、たまたま、最近出た手のひらから離着陸できるSparkの墜落事故の記事を見た。

Djisparkdronefallingfromsky People are complaining that their new DJI drones are falling out of the sky
突然墜落する事故が15回ほど報告され、使用上の問題もあるだろうが、djiでも調査中とのことです。
上から辿れる動画を見ると突然後退して墜落する動画があります。

GoproがDroneを出した時は、回収になったようですが、djiのような経験のあるメーカーがこのような事故を起こすのは驚きであると書いているようです。

機体の物理的な問題というよりもソフトの問題の可能性が高いようですから、そのうち修正プログラムがリリースされて問題は解決されると思います。
それまでは、飛ばすのを控えて墜落の可能性を無くすか、いつも以上に安全に気を付けて墜落しても良い覚悟で飛ばした方が良いかも。

ただし幸い、Sparkは、かなり丈夫そうなので、過信をしなければ良さそう(ただし自己責任で)

2017年7月 6日 (木)

明日は明日の風が吹く

明日は明日の風が吹く

7月に入っての折角の晴れた風の少なく、日差しも弱いという、素晴らしいコンディションなのに河原空軍基地では、木っ端微塵の墜落が頻発した。
先週は、墜落らしい墜落が無かったのに、その分を十分に取り返す、両手で数え切れないほどの数である。

落ちた場所が善良な市民の近づかない、刈入れの終わった麦畑なので良いようなものの、こうなると飛ばすよりも墜落を楽しもうという雰囲気である。

あまりにも、ばかばかしいので撮影は止めたが、滑走路を避けた無尾翼機が垂直にロールして滑走路のすぐ横の麦畑に翼端から粉砕しながら機体を撒き散らして墜落した時だけは、目を見張った。
やはり、むなしさを感じても豆に取り続けなければ報道カメラマンには慣れないのである(誰が?)

Fairchildb52crash

フェアチャイルド基地でのB52の墜落事故は、無謀なパイロットのせいで他の3人を巻き込んだ、安全を無視するとどうなるかの教訓として語り継がれているらしいが、河原空軍基地では懲りずに模型屋さんに奉仕する人が多いのである。
別に人が死ぬわけでも無し、懐と自分の心が少し寂しくなるだけである。明日は明日の風が吹く


墜落の原因については、ひとつだけ特筆しといた方が良いのがあった。
大型の3Dヘリで100Aを超えるアンプを搭載していて大電流用の丸ピン型のバッテリーコネクタを採用していた機体が、調子よく暴れていたのが突然静かになって墜落した。
操縦者は、前にも同じことがあって熱い日なので懸念しながら飛ばしていたらしいが見事にコネクタの半田が溶けてすっぽり抜けるという恐ろしい電源喪失事故を再現した。

大電流の電力系の配線に普通は半田付けは行わずに溶接かねじ締め、カシメなどの機械的に強度の高い方法を用いる。
半田は銅線と比べると何倍も電気抵抗が高いので、金属の間の半田の層が厚くなると溶ける温度まで発熱しやすい。
とはいえ、溶接は簡単には出来ないし、100A以上の機械止めのコネクターはバカでかいものしか無くて、模型用に適当のものを探すのは大変なようだ。

そういえば、自分が使っているのはTガタのディーンズコネクタだが半田付け用である。
せいぜい50Aくらいまでしか流さないが、それでも50Aは、配電盤の強電屋さんの分野である。
一度くらいはしっかり飛ばした後のコネクタの温度を測って見ることにしよう。


明日の風

風に予報については、以前 Windytyというサイトを紹介した。

20170705_065936

* Web上の(AndoridやiPhone用のアプリもある)だが、雨だけでなく風の強さや方向や突風の程度も表示されて、ラジコン飛行機のためにあるようなサイトである。
ここがいつの間にか、Windyという名前に昇格して、風の情報としてわかり易かったmeteoblueのMeteographが表示されなくなった。


Meteographは、ピンポイントの予報で、温度、雨と雲量、平均風速と最大瞬間風速の帯が5日先まで表示されて、自由に飛ぶといっても実は同じところをグルグル回るラジコン飛行機にとっては、これこそが見たい情報だったのに残念である。


しかし、元々、Widytyもmeteoblueという別のサイトの情報を表示していただけだったので、meteoblueから表示させれば良い。
それを説明する。
https://www.meteoblue.com/ ここが入口である。

20170705_070300

一度表示させると前回の位置を覚えていてそこの5日先の予報を表示する。
表示させる場所を変えるには、この上の方の真ん中に表示されている、city,postcode,cooordinates と表示されているテキストボックスをクリックする。


 

20170706_055046

場所を決めるには少なくとも四つの方法がある。


  1. テキストボックスに、都市名をローマ字で入力する。残念ながら漢字には対応していない
  2. テキストボックスに 101-0021 というようにハイフンでつなげた日本の郵便番号を入力する
  3. テキストボックスに緯度経度を入力する。アキバの秋月の前なら 35.699387, 139.769828
  4. 表示されている地図をドラッグしたりマウスのスクロールボタンでスクロールして好みを場所を表示させダブルクリックする

20170705_070300_2

ピンポイントの風のグラフは左側のForecastとあるグループの上から4番目の Meteogramsをクリックすればいい。


20170705_070318


一番下の帯が風の向き(>マークで表示)と風速を表わし、水色の線が平均風速で黒い線が最大瞬間風速である。
たとえばラジコン飛行機を飛ばすには大体5m/sが限度でストレスなく飛ばすなら2m/s以下だとすると、水色の辺が2m/s以下でも黒い線が5m/sだと、ちょっと厳しいかもしれない、というような評価になるだろう。
また滑走路の向きと風の向きも大事で、向かい風で風のムラのないときの着陸が一番楽である。(ただし風が強いと思ったより手前に着陸しがちになる)
ラジコン飛行機にとっては風のムラが着陸時には怖いのでこのサイトは大助かりである。

感謝

なお、温度や風速などの単位は、右上の工場のマークで変更できる。

20170705_070335

残念ながら日本語は無い。


WindyもわかりやすくていいサイトだがmeteoblueのMeteogramは、ピンポイントでの表示はわかりやすい。
meeoblueにはこのほかにもたくさんの表示(高度別の風の様子もあるのでグライダーに利用できるかも)は無料で提供されている。
有料のデータはかなり専門的なようだ(日本語ないし)。
データは世界中の数値予報のデータを集めているようで(詳しくはわからない)ECMWFやNOAAを使用していたと思う。4-12kmモデルとか書いてあるのでNOAAのNEMSとかいうものがメインなのかもしれない。
ひょっとして気象庁のデータを使ってくれていれば良いけど地球規模での整合性を考えるとどうだか?
数日先は、まだECMWFの方があたる場合も多いが直近は気象庁のデータがさすがによくあたる。
気象庁の出す数値予報は、自分のような凡人にはさっぱりわからないので GPV天気予報 も参考になる。
こちらは当然日本語なので直接リンク先に飛べば使い方はすぐわかる。最大瞬間風速が無いのが残念。

2017年6月26日 (月)

ラジコン 他人の墜落は目の肥やし

RC墜落の科学

豊富な墜落の経験からラジコン飛行機の墜落を防ぐための知識をまとめてみる。

もちろん、自分の出なく他人の墜落の方がずっと多いと一応ことわっておく(説得力なさそうだけど ^^;
リンクで説明に飛ぶはずである。


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失速

機体の不具合や操作によって地面に向かって進行して墜落する場合を除いてほとんどの墜落は失速により機体のコントロールが困難になって起きる。

失速の原理

  • 失速は、翼の上面側を流れる空気が翼の表面から剥がれてしまい、揚力が減少する現象
  • 迎角が一定の角度に達すると発生し速度にはあまり関係しない
         迎角は水平線に対する翼の角度ではなく、あくまでも空気の流れに対しての角度である音に注意。
         これが理解できれば降下中の機体の迎角が見掛けより大きくなるのがわかるだろう
  • 速度を失うと書くが結果として速度を失う場合が多いだけで必ずしも速度と直接の関係はないことを理解しなければならない

失速の種類

  • 剥離の始まる前後の位置による分類
             
    • 後縁失速
      翼の後縁側から剥離が始まり、一般に失速特性は良い        
    • 前縁失速
      翼の前縁側から剥離が始まり、一般に一気に失速が進行する        
    •        
       
  • 剥離の始まる翼幅方向による分類    
    • 翼端失速
      剥離が翼端で始まると揚力を失い機体が傾くがこの後連鎖的に失速が内側に進む場合を翼端失速という。
      機体は急速に横転し揚力を失って墜落に向かう。揚力を回復するには速度だけでなく機体を水平にする必要があるためこれに陥ると回復の手間が増え、離着陸時には非常に危険である。
      翼の平面形状と翼幅方向の断面の形状によって起き易さが変わる             
    • 翼根失速
      最初に剥離を起こすのは翼根側で翼端は最後になる失速。この失速は機体が強制的に傾くことがないため翼端失速より遥かに対処し易い。
                  

速度と失速と回復方法

  • 失速は速度が低いから起きるのでなく、失速角になって揚力が減っても抗力は増え続けるので結果として速度が失われる場合が多い。
  • 失速して揚力が減ると機体は降下するので水平に対しての機体の角度が変わらなくても、風の向きは下からの速度が合成されるので迎角は大きくなり失速はますます進む。
  • このとき無理に上昇しようと機種を上に向けるとますます失速がひどくなり、この不適切な操作で墜落する場合が実機も含めて非常に多い。
  • 失速から回復する唯一の方法は迎角を小さくすることで、機首を下げることが一番有効である。
  • プロペラのパワーが十分大きければ、失速して翼の揚力が失われてもプロペラの推力だけで上昇することも可能である。
  • このときは飛行機として翼で飛んでいるのでなく、単にプロペラのパワーで飛んでいるだけである。
  • この場合でもプロペラの反トルクとして機体は開店しようとするので適切なエルロンの舵を当てる必要がある。

翼端失速からの回復

  • 翼端失速になると片翼を下にして落下するのでそのまま下向きに落下しても翼端失速は回復しない。
  • そこでまず機体を落下方向に対して水平にし、十分に迎角が下がったところで失速しないように注意しながら機首上げをして墜落を回避する。
  • 翼根失速でかつ失速特性の良い機体は自動的に機首を下げるので失速から自動的に回復し、十分な速度になったら機種をあげれば簡単に墜落から回避できるらしい
  • 速度が回復しないうちの機首上げは、墜落を確定させかねない。
翼端失速し易い 機体は先が細くなったテーパー翼で根元も先端も同じ太さの矩形翼は翼根失速になると一般に言われている。
実際には、主翼の先端側の迎角を下げる(捩じり下げ)ことで根元より後で失速させるような方法が良く使われたりして単純な形状の翼とは限らない。
ボンクラが作ったMon Amieとかいう飛行機は、翼が複雑にしかも片側が激しく歪んでいるような機体は高翼の矩形翼の翼形の特徴などは、言う以前の問題である。
ベテランに言わせると実際には、微妙に歪んで変な飛び方になっている機体も多いらしい。
おまけにたわんだりしたらその影響も当然ある。
人が乗る飛行機は、そういうことまで考慮して、考えられるどんな飛行状態でも安全に飛べるように、あちこち叩いて見るとがっかりするほどペコペコの安っぽい機体で実現しなければならない。
模型の場合は飛ぶと言っても気楽なのである。

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バッテリー切れ

離陸した途端にバッテリーが充電されてないのに気が付いてすぐに着陸ということは結構あることである。
ヘリやマルチコプターと違って飛行機は滑空できるので慌てて失速させないように注意して到達可能な中で一番良さそうなところに降ろせば良い。
出来れば、「着陸します」と叫べば、滑走路を空けてもらえるし、みんなわくわくしながら墜落着陸を見守ることができる。

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電気的接続

ラジコン飛行機のサーボや受信機のコネクターは、なぜか抜け止めが付いていない。
模型用だが本当のジェットエンジンを積み、自動スターターまで付いているような、凄いラジコンジェットでも抜けやすいサーボ用のコネクタをテープで巻いているのを見ると、同じラジコン何だなと妙に納得するが、外れる可能性のある配線は、予想される被害の大きさいに応じて抜け止め対策を講じるべきである。

受信機は、隣とぶつかって抜けにくいが逆にいうとこの密度が邪魔をしてしっかり刺さっていない原因になるので、必ずしっかり刺さっているのを確認して、飛んでる途中で効が聞いたり効かなかったりしないように注意が必要である。
確認にしたら抜く力が働かないように結束バンドやテープを使う方が良い。

延長ケーブルは抜け止め付きがあるものも市販されている。そうでなければ毎回点検できないところはしっかりテープで抜けないように巻いておくべきである。

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アンテナが効率良く動作するように付いていない

2.4GHzのアンテナは短い。長いケーブルが付いている場合も先端の一段と細くなっている数センチの部分がアンテナである。
金属だけでなく、カーボンも電気を通すので、アンテナの近くに置くとその方向の電波が弱くなる。
24_3 電波の広がり方は左のSo-netの無線LANの説明と同じで暗手の向きに対して直角に強く飛んで行く。
これは送信側も受信側も同じことである。

したがってアンテナなの向きはひとつしかない場合は垂直にたてた方が良い。
これだと遠くで垂直に上昇したり落ちたりしていると電波が途絶える危険が出てくるので、パークフライト用でない普通に遠方へ飛ばすための受信機はアンテナが2本付いている。
2本付いている場合はこの2本は向きを直行させさねkればならない。
平行にした場合はほとんど役に立たない。

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BEC容量不足による電圧低下

受信機やサーボの電源は、単独で取る場合もあるが、適切な動力用バッテリーから取る場合も多い。
そのときは、BEC(Battery Eliminator Circuitry)と呼ばれるDC-DCコンバーターの回路を使うことになり、適切なBECの使用は、配線も単純になり、信頼性も上がる。

しかし、適切に使用するにはBEC固有の問題もあるので注意が必要である。
受信機やサーボは5Vや6Vと言った電圧と消費電流が重要でこれを満足させる必要がある。
(5Vが基準のはずだが最近は、パワーを出すために高い電圧が、好まれる場合も多い)

電圧は単純な話しだが電流は少し注意が必要である。
電圧を下げるには、レギュレーターというデバイスを使うが、簡単で精度が高いのが3端子レギュレーターなどの単純に余分な電圧を熱として消費して安定した電圧を作りだすリニアレギュレーター式と、部品が少し増えるが直流を一旦、数10kHz~数MHz程度の交流に替えてオンオフの時間の制御で実効電圧を変えて平滑回路で直流に戻すスイッチング方法がある。
オフの間は電気を消費しないが、リニア式は入力と出力の電流が同じで内部の抵抗で余分な電圧を熱にして所望の電圧を作る。
このためリニア式は下げる電圧が大きいと発生する熱量がどんどん大きくなる。
飛行中のセルの電圧を3.7Vとし、出力が5Vの場合は、4セルの場合は3セルのときより33%で無く61%発熱量が増え6セルでは100%でなく182%も増える。

セル数が大きいと損失も飛躍的に増えるので、セル数が多い場合ほど発熱でBECが死ぬ可能性が高くなる。

比較的大電流を取り出すリニアレギュレーターは、耐えきれないほど温度が上がる前に保護装置が働いて電流を遮断すので、しばらくして冷えた後で自動的に回復する場合が多い。
しかし、冷えるのを待っている間は受信機の電源は切れるので、冷えて回復して受信機の初期化が済むまではノーコンになる。
墜落したのを見に行った時にはBECは何事も無く回復しているということになる。

したがってリニアBECの場合は、使用するバッテリーのセル数も考慮して必要な電流を十分見たしているか考える必要がある。

一方スイッチングBECの場合は、効率は書くセル数に対して90%以上も珍しくないのでセル数の差はあまり考慮しなくて良い。
BECを内蔵しているアンプ(ESC=Electronic Speed Controller)がモーターを駆動するのに十分な容量を持っているのなら、スイッチングBECの場合は、単に必要な受信機とサーボなどの最大の消費電流を満足させれば良い。

この点、スイッチングBECの方が安全である。
スイッチングBECの欠点は、ESC内部の構成が少し複雑になるので価格が高いことと電気的なノイズが発生することである。
スイッチングレギュレーターも安くて高性能なICに小さなインダクタンスやコンデンサを付けるのが普通になって来ているので価格差も低くなって来ていると思うし、ノイズも今のラジコンの周波数帯とは全然違うので悪影響は少ないと思われる。

なお、受信機やサーボのバッテリーを2セルの別ものにする方法もあり、信頼性が高まるように思う人もいるかも知れないが、管理しなければならない項目が増える分、全体としての信頼性が下がる点を忘れてはならない。
スイッチングBECでもモーターが回らなくなるような電圧までバッテリーが下がってもしばらくは受信機やサーボに十分な電流が供給される場合が多い(モーターの消費電流が桁違いに大きい=受信機はサーボは数時間持つ電流なのにモーターはたかだか10分ちょっとしか持たないから)。
自分の経験では、モーターのパワーが落ちたのに気が付いて不時着するまでのあいだにノーコンになった例を知らない。

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サーボの不具合

ラジコン用のサーボは位置を検出するのにポテンショという昔の音量の調節に良く使っていた可変抵抗器を使っている。
しょっちゅうこするので普通のボリュームよりは長寿命なものを使って欲しいところだがいずれにしろそのうち接触不良が起きてくる。
接触が悪くなると変な動き方をしたり振動したりする。
サーボが振動する原因はこれだけではなく、外力と回る力が同期してもなる場合があるが、まずはポテンショを疑った方がいいようだ。

サーボにもアナログサーボとデジタルサーボがあるが、デジタルといってもこのポテンショに相当する部分もデジタル化したものは滅多にないようで角度の検出はアナログで来た電圧をデジタル式に段階的に数値化して制御データとして処理している。
何となくアナログの方が精度が良さそうに思うが、それだからこそデジタルで細かく検出するにはむずかしい角度の検出にはいまだにアナログのポテンショが多く使われている。
制御もアナログで行うと、目標に近づいたときの電圧の差も小さくなるがそれを動かすための力は静止摩擦に打ち勝つ分大きくなければならないので、目標に近づいたときに大きな力が出る回路をアナログで作るのは大変で価格も高くなる。
それをICのマイコンでやれば電圧の検出部はICに内蔵されたアナログ-デジタル変換器でそれなりの精度で簡単に得られるので、あとは目標との差で同様な力を掛けようとプログラムで自由自在である。

あまり欲張り過ぎると、常に動いて飛んでも無く電気を消費する原因にもなるので実際のメカの負荷を想定して決めないとかえってロクでもないものになってしまうが、ちゃんと工夫すれば安く高精度のものができる。
どうせ受信機からの信号を処理する部分も必要なのでマイコンひとつで入力の処理も済むなら安いものである。
デジタルサーボはメーカーにとっても美味しいアイテムなのである。

ついでに、言うとそのうち振動して徐々に悪くなってくれると買い替えてくれるので大助かりである。

もちろん産業用のロボット用に使われるサーボにはポテンショでなくデジタルで検出するものもある(高いと思うけど)
飛行機の場合は、いい加減なサーボでも動いてくれさえすれば機体が自律安定性があるので、悪いのに気が付かないかもしれないが、シビアな操縦が必要なら、精度が良くて目標まで素早く動いてピタリと止まってくれるサーボが必要である。
もちろんサーボホーンがガタガタの機体のように舵がしっかりして無ければネコに小判であるが。

なお、目がが回るような激しいロールをする場合などは、舵にもそれなりの大きな力が掛かるので、それなりのトルクを持ったサーボが必要になる。

サーボの精度やトルクやスピードはパワーを食いがちなので消費電流を十分賄える電源が必要だということも忘れてはならない。

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舵のリンク機構やヒンジなどの舵関係のハード

サーボがいくら良くても舵がちゃんと動いてくれなければ、豚に真珠、馬の耳に念仏である。
まあ、外れない限り墜落には大きく影響しないだろうが、ガタや、軽く動くかなどは作るときやたまにはチェックした方が良い。

ガタをなくそうとすると精度も良くしないといけないのでヘリなどで普通に使うボールジョイントなどを考慮しなければいけないが、要は必用な性能を満足する中で一番安い方法を取るのが優秀な設計と言っておこう。
何でもいいものを使うのは楽だが、設計としてはぼんくらである。

飛んでる途中で舵が外れるということは、たまに目にすることなので(済みません m(_ _)m 飛ばす前には一通り注意すること。
ラダーなどは外れても着陸するまではあまり困らないが、エレベーターは外れると速度コントロールで上手く飛んでくれる機体でも大変である。

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パワー不足

モーターのパワーは垂直に上昇できるほどあれば、失速など気を使う翼無しで上昇することができるようになる。
これは、本来は翼のエルロンなどの動翼で機体をコントロールしているのだがそれが可能であれば墜落しそうな時に回避できる有力なツールとなる。
これほどパワーが強くなくても、より強いパワーはより大きな加速を生み出すので、失速から抜け出すのに役に立つ。

しかし、実際の飛行機は、模型ほど十分なパワーを持っていない場合がほとんどで、やっとこさ離陸してゆっくりとしか上昇出来ないものも多いので、離陸するだけのパワーがあれば、あとは腕の問題だという考えも成り立つ。

あまりにもパワーが強いと逆に機体をコントロールするのが難しくなる場合もあるが、腕の未熟なものにとってパワーは墜落を防ぐ役に立つ場合が多い。
(危険度も増すが)

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アンプ(ESC)の容量が小さい

BECは温度保護が入っている素子が多いがモーターのアンプは電流が大きくて余計な抵抗を減らすためにはコストがかかるので過温保護が付いていない場合が多い。
そのため、過大な電流が流れると破壊される。
破壊されるのはFETなどの耐熱温度を超えることで起きる場合がほとんどだと思うので飛行直後の温度や温度センサーを付けてログを取りことなどで温度が上がり過ぎていないかチェックすれば良い。
飛行直後に手で触るとやけどしそうな場合は無理な使い方だと思った方が良い。

夏は周囲温度も高いし空気の密度も薄いのでアンプに対しては過酷な条件になりなすい。

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モーターの焼損

モーターが物理的に壊れる以外は、ほとんどの場合が電流の流れすぎによる焼損で使えなくなる。
コイルなどの銅線の絶縁の被覆が溶けたり破壊されてレアショートが置き特性劣化の果て焼損する場合が多いようである。
ネオジウムのような強力だが熱に弱い磁石の場合は80℃くらいから減磁が怒り200℃くらいで磁力が恒常的に失われる。
の場合は合や、磁石が熱で磁力を失って大電流が流れる場合などである。

ブラシレスモーターは普通のDCモーターの整流子(コンミテーター≒ブラシ)の変わりに位置検出装置の信号により磁界を電気的に回転させることで制御するもので、高い効率と長寿命が特徴で最近の大出力が必用な動力源として大電流制御デバイスの進歩により近年急速に普及しており、ラジコン用に使われたことで電動ヘリがようやくまともに飛ぶようになった。

位置検出は空用ラジコン用の場合は、高速での使用しか無いためか、コイルの逆起電圧を利用して専用のセンサーを使わないのが普通である。


24_3 (図のクリックでこの図のリンク先へ)
特性は、DCモーターと同じで、③停止時(停動時)に最大の電流が流れトルクも最大である。
図は電圧が一定のときの負荷トルクに対する電流、回転数、出力、効率のグラフである。
速度が上がるにつれトルクは直線的に減少する。
大きいものやピッチの強いもの、枚数の多いプロペラを使用すると回すのに必要なトルクも増えるので釣り合いは右側に移動する。
この図では表示されていないが、電圧が変化すると回転数を示す紫の線は平行に移動する。
電圧が半分になれば③の位置は半分になり、出力はトルク×回転数の単純な積なので原点と③を結ぶより小さな山になる。
効率は、出力/入力で入力=電圧×電流なので原点と③を結ぶより幅の狭い山となる。
赤の電流の線は変化しない。電圧が倍になれば、そのまま右側へ延長すれば良い。

電圧が上がると回転数が上がるがプロペラの場合はより多くの空気を吐き出さなければならなくなるためトルクが必要になり釣り合うところは少し右に移動する。


まあ、こんなことがわからなくてもセル数を上げればモーターが発熱するのは何となくわかるだろうが、セル数をいくら無謀に増やそうとその分スロットルを押さえれば、セル数を増やさなかった場合と同じである。

ベアリングなどが持てば、モーターが壊れるのは、ほとんどがコイルの焼損で、稀に磁石の減磁があるかもしれないがどちらも温度の問題である。

空用の飛行機の場合は、風をモーターに呼びこんで空冷するのが普通であり、その分自然冷却より高いパワーで使用できる。
夏は冬より当然壊れないパワーの限度が下がる。

モーターの場合も無理な使い方かどうかは温度を見ればわかる。

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舵の効き過ぎ

舵は同じ量でも速度が速いほど効きが強くなる。
3D機は低速での舵の利きを良くするため大きな舵の設定をしているがこれを普通の飛行中にやるとものすごい速さで回転しコントロールできなくなって墜落する。

練習して意図的にやるのは(機体が持つ分には)構わないが、初心者が犯し易い誤りでもある。

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縦の安定性(重心の不具合)

普通の機体は自律安定性により上下の姿勢を保とうとする。
このことは、ほとんどの機体で重心が主翼の余力の中心より前にあることで達成している。

揚力の中心は非対象翼の場合は迎角で移動するので(大体は前に移動する)その分余裕を見ておかないとエレベーターを引いたときに不安定になる。

縦の安定が無いと、下降するか上昇するか中止よりも離れようとする動きになるので必死に操作し続けなければならず、根負けして墜落する原因になる(あっという間に墜落する場合もある)。

かといって重心を前に置き過ぎると水平にするために水平尾翼は下向きの力を大きくしなければならず抵抗が上がる、と言っても模型なので燃費はあまり問題にならないので、重心が離れているためエレベーターの利きを大きくしないと姿勢が変わらず動きが鈍くなることだけ考えればいいのかも

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横の安定性

横の安定性は
  1. 重心より上に揚力の中心を持ってくる
  2. 上反角を付ける
  3. 後退翼にする
などで得ることができる。
あまり横の安定性が良いと機動性が悪くなるので、そこは自分の好みで良い、
と言っても機体を自分で作る人は多くないので買って来たままが多いだろう。
したがって横の安定性を望むならそういう機体を買うことになる。

横の安定性で問題になるのは失速の項で述べた翼端失速である。
機体を傾ければ揚力が減るので単純にそれで落ちて行く場合もあるが翼端失速は片側の揚力が落ちているので簡単に姿勢を回復しない。
下手にスケールを追求するとスケールと物理現象は比例しないので実機は良く飛ぶのに何でこんな良良く落ちるのだろうと悩むことになりかねない

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機体のカウリングなどの風圧面の変形

飛んでるときに機体の形状が変形すると、当然その影響を受ける。
普通は、問題になるほど、大きな変形はしないだろうが、へなへなのカウリングのせいで飛行中の舵の効きが素直でない変な効きになった実例があるので、一応注意として上げておく。

変形ではないが、フクロウ
の頭のように著しく流線型から逸脱している場合も、速度によって空気の流れが層流から乱流に変わる(流体力学でのレイノルズ数に関係する)ことで、飛行特性が大きく変わる場合もある(実際に測定はしていないので、あくまでも予想である)。

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モーターマウントなどの振動

完全にバランスが取れたプロペラを完璧に制御出来たら振動は発生しないかもしれないが、実際には振動の発生源を完全になくすことは不可能である。

怖いのは共振現象である。
これは、発生減の振動の周期がそれを保持している系の固有の振動数と一致した時に大きく振動する現象である。
モーターマウントの場合は、モーターが回すプロペラのアンバランスや、モーターの制御方法の不完全さからくるパワーのアンバランスは、回転数が固有振動数を決めるが、モーターマウントの構造自体が待つ固有の振動数と一致するとブランコを大きく揺らすときのように振幅がどんどん大きくなる共振になる。

共振は小さな力でも構造自体の振動と重なってどんどん大きくなって構造を破壊するか構造の固有振動数が変化するほど変形することで振幅の増大が止まるかするまで大きくなる。
頑丈に作れば固有振動数が上がると同時に振動時の減衰エネルギーも大きくなるので、振幅が増え続けることがないが、その分構造物としては重量がかさむ。

力が掛からないところならふにゃふにゃにするのもひとつの方法であるがモーターマウントは、素直に頑丈目に作った方が良いかも知れない。
飛んでいる最中にモーターマウントが壊れて共振周波数が外れてモーターだけが飛んで行く羽目にならない経験をしたら、「下手な考え休むに似たり」と思うに違いない ^^;

サーボの場合は、エルロン用で起きる場合が多い。
単にサーボ内部のポテンショ内部の不具合の場合が多いかもしれない。
これが起きても、すぐに墜落することは少ないかもしれないが、共振は確実にサーボのポテンショの寿命を縮めるので素直にサーボを交換した方が良い。

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剛性不足

剛性が高い機体は舵の効きも良く、バルサ製の機体の方が発泡製よりも操作性が良いような気がする原因かもしれない。
剛性不足は、ときに変な振動を誘発することもあり、ない方が良いが、かといって重く作ると様々な無不具合が出てくる飛行機では無暗と頑丈にするのがベストとは言い難い。
旅客機などの主翼は、気流の悪い時には見ない方が良いくらい揺れているし、戦闘機でさえも妥協の産物である。

ま、落とした時の言いわけにはなる。「だって自分の思っているようにうごかなかったんだもん」

飛行中に機体が壊れるのは剛性不足とは言わない。強度不足である。


旅客機の場合は、主翼が完全に万歳をしてるとしか思えないほど反っても強度的には待つらしい。
この場合は剛性不足と言わずに、しなやかというらしいが、この方が乗り心地は良いという話しも聞くが、実際には、根元付近の動翼を細かく動かして飛んでいるようで、そう簡単な話しではなさそうである。


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翼端失速

翼端失速は失速の項でも説明したが墜落の原因としては大きいのでここでも説明する。
機体を傾けると翼の揚力が斜めになるので重力方向成分が減少して落ちて行くが、これは翼端失速とは限らない。
翼端、失速は片側の翼の先端が一度失速すると次々と内側に向かって失速が広がる現象である。
これに陥ると、機体が突然片翼を急速に下げ、多くの場合クルクルとスピンして回りながら落ちて行く。

スピンは翼端失速し易い機体でなくても片側の翼の揚力が無くなるような状態で発生するが、その回復方法はまず降下速度を少しでも下げるためにスロットルを戻し、失速している側の翼に揚力を戻すためにラダーを反対方向に向けるなどして回転を止め機体を水平して速度の回復を待ってサイド失速しないようにゆっくりと機首上げというのが標準の手順ということになっている。

翼端失速し安い機体は、コロコロとこの失速に入り易く抜けだすのも厄介である。

機体が水平に近いままこの状態になると、機体が水平のまま落ちて行く枠なので迎角は90度近くになり、重心が後ろに合ったり、スピンの後パワーを上げて機種を起こすとフラットスピンとという状態になる。

この場合は、回復がさらに困難である。

ディープストール

ディープストールは失速(Stall)の中でも、例えば水平尾翼が上の方に付いているT尾翼機では主翼の発生する乱流に水平尾翼が覆われて揚力が減少し機種が上を向くことでますます深い失速に入るような危険な状態になることがある。こういう状態を指す。
機種が下を向けば迎角が失速角以下になり速度も増えて失速からの回復が容易になるがでディープストールでは失速からの回復が困難で墜落が発生し易い。


スピン

失速した時にクルクルと回りながら落ちるとスピン(きりもみ)という回復に手間取る状態になる。
回復のしやすさは機体によって異なる。回転と反対方向にラダーを切ると良いらしいが、あっという間に地面に到達するようなところを飛んでいるラジコンで、自動で回復しないような機体には、起きて欲しくない事態である。
スピンも重心が後ろ寄りだと機種が上がってほとんど水平の状態で揚力を失って水平に回りながら落ちて行くフラットスピンになる。
この状態になったら行動がいくらあっても回復が不可能な機体も多い。
ラジコンでのフラットスピンやスピンから鮮やかに回復する妙技は、実際には回復し易い機体を無理にスピンさせている場合がほとんどに違いない。
参考

2017年6月21日 (水)

ラジコンのリチウム充電池の危険

リチウム充電池

今回は、まじめに^^;リチウムイオン充電池の空ものラジコンでの使い方の注意点を考えてみよう。

さて、リチウム充電池は、スマホやノートパソコン、高性能デジカメなど、電気を良く使う携帯用の機器にとってなくてはならない、重さや大きさの割に大容量な21世紀になって急速に普及した充電池で、今では身近な存在である。

空飛ぶラジコン機にもたくさん使われているが、ラジコン用と一般の民生用のリチウム充電池の間には、恐ろしく深くて暗い溝がある。

民生用の場合は、電池自体に保護回路が一体となって組み込まれており(充電池は専門のメーカーから保護回路付きで供給される)、電池を使う機器側にも安全に使用するための回路が設けられているので二重の安全装置で予見可能な事故を防いでいる。
電池を落としたり傷つけたりしない限りは事故は起きにくい。

しかし、ラジコン用の場合は、わずか数分で空になるような過酷な使いかとをするため電池に保護装置を付けられず、充電器も電池に対し専用のものはまずなく、汎用のリチウム充電器を使う物の責任で正しくセットして充電しなければならない。

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おまけに墜落なんて絶対にしないと思う人はたくさんいても実際にその通りの人は滅多にいない。


ラジコン業界では、かなり初期のころから、リチウム充電池の高性能に目を付け、自己責任で高容量、高放電率という危険な使い方をして、電動のラジコン航空機を実用化して来たようであるが、事故をも顧みずにチャレンジしたおかげでリチウム充電池の発展に寄与したに違いないと思っている。
使い方を誤ると簡単に発火する使い方がリチウム充電器がこの世に出て、このかた、脈々と受け継がれ、多くの事故が、それ以外のリチウム充電池の安全のための捨て石とはなったようだが、自身の安全性は基本的にはほとんど変わっていないようである(もっとも材料の進歩による安全性の向上はあるようだ)。

トイヘリなどでは、容量が小さいため天井まで炎を吹き上げるようなエネルギーは無く、機体が溶ける程度で済む場合も多いようだが、いずれにしろラジコン用のリチウム充電池を使用するものは子供のおもちゃではなく、ちゃんとした知識を持った人が自己責任で使わなければならないのである。

リチウム充電池の事故はどうやら減っていない

Battery

リチウム充電池は、最先端に近い技術で日々改良等が加えられているため、事故が減少しているのかなと思いきや、サムスンが(多分無理な設計が原因で)世界中のリチウム充電池の輸送が厳しくなる原因となる事故を起こし、モバイルチャージャーや車用のジャンプスターターなどの事故も結構多い。

ちゃんとした製品では十分な安全対策が取られているため、一部のいい加減なメーカーのものを除けば、実際のリスクは交通事故の巻き添えを食らうより遥かに低い。

ぶつけたり、落としたりして傷ついた物を使い続けたりしなければ、充電池自体はかなり安全度があがり、昔は膨らむと直ちに発火しても安全な場所に移さなければならなかったのに、最近は、機器から傷を付けずに取り出しさえすれば、膨らんでいても発火しないとされている物が増えている。

最近の事故の多くは、傷つけたり、設計に問題がある場合で、普通に正しく使えば、包丁やライターや車などと比べても安全だと考えて良いようだ。

一般用のリチウム充電池で気を付けるとすると、傷つけたり落下などで強い衝撃を与えたものを使わないということと、ちゃんとしたメーカーか事故があってもきちんと損害賠償できる会社(PL保険などに入っている)の製品を買うことくらいであろう。
信じられないような危ない設計だか手抜きをしているようなものも堂々と売られていて、実際に事故が起きて問題になる例も多い。スマホ用の電池は十分な品質管理が行われており、万一の事故の場合の対応も良いと考えられるが、モバイルチャージャーや車用ジャンプスターターなどは、容量がでかいので不具合の場合の被害も大きくなりそうである。

しかしラジコン用のリチウム充電池の危険度は、これよりもさらにレベルの違う話しで、そもそも自分で責任を持って正しく取り扱うことができる人だけが使用しても良いよという製品で、まとも会社の製品ならそういう注意書きを書いてあるはずである。

リチウム充電池は過電圧や低電圧、過電流で発火や爆発、大きな性能低下をもたらすので、民生用の製品では電池のセル自体にそのための保護回路が付いているがラジコン用の場合は、保護回路が全く付いていない。
そもそも、民生用の常識から考えると数分で容量を使いきるという使い方が常識外れで、その電流で過電流と見なさずにすむ実用的な保護回路を作るのが困難である。

トイヘリのようなものの場合は、消費電力が小さいため保護回路付きのリチウム充電池を採用しているものも、多いようだ(もっとも調べたトイヘリの充電回路はいい加減だった)。

独立行政法人 製品評価技術基盤機構Niteの事故データベースに登録されているだけで 2005~2016年でラジコン用のリチウム充電池の事故は32件も起きている。
モバイルチャージャーの事故は、その数倍だが販売数は桁が何桁も違うだろうからラジコン用のがいかに事故が多いかがわかる。

しかも、NITEのデータベースには製品に不具合があると断定されたものはない(トイヘリまで広げると1件ある)ので、届出されたものは、消防が出動するなど自動的に重大事故として上げられたものがほとんどであろう。
発火しても、ちゃんと目を離していなければ火事には、ならないので消防が把握するのは、ほんの一部だと思われる。設定を間違えたり、劣化した充電池を無理に使った場合に、わざわざ届ける人もほとんどいないだろう。


空ものラジコン用リチウム充電池は安全度が低い

空を飛ぶ動力源には大きなパワーが必要で、リチウム充電池とブラシレスモーターのおかげで、空ものラジコンもクリーンなエネルギーを使えるようになったが、一般のリチウム充電池と同じように安全対策を行うと十分なパワーを出すのが難しくなる。
そのため、いまだに保護回路無しで多セルの高容量の(多分ほとんどが)コバルト系リチウム充電池という、発火し易いものを、使用者の責任で使っている。

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でかいものほど値段も高く、劣化して膨らんでも、直ちに使用できなくなるわけでなく容量が減り内部抵抗が大きくなって、パワーが出なくなるが、その分消費電力も下がるため、パワーを必要としない物に使えると、廃棄しないでそのまま使ってしまうかもしれない。


一般用のリチウム充電池が膨らんだくらいでは、大騒ぎしなくなっているからと言ってラジコン用も同じだとは限らない。
こういったものを使う場合は、いつ発火しても良い覚悟をして使わなければならない。劣化していない物以上に、充電中はもちろん保管も発火しても良い場所に保管する必要がある。


リチウム充電池の取扱い上の一般的な注意点

リチウム充電池の取扱い上の注意点として次のようなことが言われている。

  • 充電はリチウム充電器用の充電器を正しい設定、正しい接続で使うこと
  • 充電はバランス端子を使用すること
  •    
  • 充電は定電流定電圧による正しいモードで行い、電池によって指定された電圧を必ず守り(以下でも良いが設定する意味はラジコン用は、あまりない)指示された電流以下に設定すること
  • 充電は、燃えやすいものが無い安全な場所で行うこと
  • 充電中は異常があった場合すぐに対処できるように目を離さないこと
  • 充電中に充電池が膨れたら、直ちに充電を停止し、電池が燃えたり破裂しても良い安全な場所に置くこと(15分以上と記しているものもあるが、少なくとも温度が室温近くになるまで待つこと)
  • 膨らんだり、墜落や取扱いなど傷ついた電池は使わないこと
  • 保管は、燃えたり破裂しても安全な場所に保存すること。特に膨らんだり、傷ついたり、バランスが崩れた電池の保管は危険度が上がる
  • 満充電で保存すると劣化が早まり、劣化した電池は危険である。特に満充電で高温(たとえば35℃以上)で保存すると劣化の進行が急に加速する
  • 過充電は発火、破裂の危険性が飛躍的に高まり非常に危険である
  • 過放電は、電池を急速に劣化させる。
  • 劣化した電池の充電は正しいとされる充電でも発火する場合がある。
  • ショートさせた充電池(ショートさせたところが溶けるはずである)は、内部が損傷している可能性が高いので使用しない

最近はハイボルテージリチウム充電池という物があり、この充電池と間違えて普通のリチウム充電池を充電することは、手りゅう弾の安全ピンを引きぬいたのと同じくらい危険である。
絶対に間違えないようんコネクタそのものを専用のものにするなどの方法を取るか、発火しても良い覚悟で使用するべきである。

容量が小さい電池は危険度が小さくなるが、どこまで小さければ安全かというのは難しい問題である。
単セルの200mAhのものは、電池の不具合があっても発火に至らず周りの樹脂がぐにゃぐにゃに溶けたことで済んだ経験がある。
単セルで1000mAh(2セルだと500mAh)前後からは、大きな火が出て、火災が発生する可能性が高くなるかもしれないという専門家もいるが、当然保証はできない。

次になぜ危険かという理解を深めるためにリチウム充電池の発火に付いて簡単な説明をする。

なぜ発火するか

リチウム充電池はリチウムを使用しており非常に高いエネルギーを持つことができるが、リチウムは金属の状態では水に触れたり空気に触れるだけで発火する厄介な性格を持っている。充電では金属状のリチウムが析出するが放っておくと大変危険なので直ちに吸着させるなど単体の金属として存在できないようにする工夫をしている。

電池にはイオンが移動するための電解液が必要だが、水を含んでいるとリチウムが発火する危険があるので、イオン化が可能な油の仲間を使っているがこれは、良く燃える可燃性の物質である。発火温度になって酸素があると石油のように火を噴く。
リチウムイオン充電池の中でも電解液をゲル状にし、流れにくくしているのがポリマー型で、ラジコン用はアルミなどの金属缶でなく、ラミネートフィルムで包まれているため、膨らむことで危険な内圧の上昇を抑え、いよいよとなると破裂して圧力を逃がし、ゲル状なので液漏れが発生し難いため発火の可能性も小さくなる。
一方、外装が弱いため物理的な損傷に弱く、それが原因による発火する危険性が高くなる。
電解液がゲル状になっても燃え無くなるわけではない。

過充電

充電時はリチウムが析出する危険があり、また酸素が発生する可能性もあるということなのでそうならないように厳密な品質管理が必要だが、過充電は、そうした努力に関わらず発火を呼び起こし易い。
4.2Vでは、釘挿し試験でも、折り曲げ試験でも、130℃で焙っても火を吹かずに安全に(と言っても煙が出ようと膨らもうと火が出たり爆発したりしなければ安全と見做される)壊れるものが。わずか0.05V高い4.25Vで過充電すると、途端に火を噴きやすくなる場合が実際に多いらしい。

ちなみにこの4.25Vという値はJISやこれを元にできたIECの国際規格で誤差などがあっても絶対に越えてはいけない値とされており、通常は誤差や温度の影響を考え充電器側4.2Vを上限とするのがリチウム充電池業界の不文律であり、一般消費者用のリチウム充電池を使う製品は、これが守られるように作られていないと、説明書に何と書かれていようと製造上もしくは表示上の不備と判断されメーカーの責任が追及されることになる。

しかし、ラジコン用はそんな制限をするとそもそもちゃんと飛ばなくなるので、使用者の責任で危険を承知し回避する義務を負って使うことになる。

どこかのバカがいい加減な使い方をして死人が出るなどしな限りは、この条件は当分守られ、ちゃんと飛ぶ役に立つが危険なリチウム充電池を我々は使い続けることができるだろう。


発熱

さて火が出るのは過充電で発火し易いリチウム金属などができるときだけとは限らない。
いくら電解液が可燃性だからと言って発火点に達しなければ(酸素も必要だが)火は出ないが、高いエネルギーを持ったいるので、電気が流れることによって発生するジュール熱で発火温度に達すると火が出ることになる。

リチウム充電池も通常は内部抵抗が小さいので大きな電気を流しても発生する熱は小さいが、過大な電流が流れたり、劣化や製造上の不備で発熱し易くなると発火温度まで上がることがある。

モーターによっては恐ろしく電気を食うモーターもあり、3分しか飛べない飛行機(ダクテッドファンに多い)などは、大電流に耐える構造の電池で無いと危険な温度になり易い。発火しなくても劣化が進みさらに温度が上がりやすくなる負のスパイラルに陥り易い。


保管中の発火

保管中の発火は知らない間に突然火災がする非常に嫌なケースである。
保管中に発火する仕組みは以下のことが言われている。

墜落や圧迫などでごく一部がショートすると、ショートの熱が発生する。
小さなショートの場合は、大きな熱では無いので急に外からわかるような変化が無いが、周りから冷やされて一見問題が無いように見えても、小さな熱で単価などが進み、徐々にショートの部分を広げて行く。
ショートの部分が広がると熱の発生量が増え、周囲から奪われる熱で冷えるのが間に合わなくなり、徐々に発生する熱量の増加して行き、ショートが広がる速度早くなるが、あるときから冷えるのが全く間に合わなくなり、可燃性の電解質に引火して発火する。

これを防ぐには、ショートが広がらないように熱でやられると完全に電気を通さなくなるようなセパレーターなどの絶縁物を採用すれば良い。
衝撃を与えて15分異常が無ければ良いと書いてある充電池は、そういう材料を使っているので安全性が高いのだろう。

しかし、自分の使っている電池は本当にその通りだと信用して良いのだろうか?
ポリマーでない電池は、自動化を推し進めないと安全性だけでなくコストでも競争力が持てないため、比較的まともなメーカーしか生き残れないという話しもあるが、ポリマー型は手作業が多く、燃えてしまった困るような設備がそれほどなくてもできるらしい。

ラジコン屋さんが、毎晩、リチウム充電池を安全な保管場所に移動させていないからと言って、電池の工場をしっかり工場監査して毎回検査成績書を寄こさせてチェックしているとは限らないのである。

まあ、傷を付けたり、劣化させたりしていない限りそうそう簡単に保管中の発熱は起きるものではないが、できれば安全な場所に保管した方が安心である。

安全な場所は、性能の劣化を防ぐためには、熱い場所を避けた方が良いので、土蔵や蔵などを持っていれば最高だが、一軒家でも鉄の物置程度では屋外でも温度の点で心配である。
事故は最近は耳にしていないので実際の事故は本当に少ないかもしれない? 実際の事故で何と言っても多いは充電中の事故である。

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一応、こういう物も持っているが、安いものの中には耐火性能が全くないものもあるとか言う話しであるが、何を信じて良いのかはわからない。
袋が破れなければ、発火しても酸素不足ですぐに消えるので大事にはならないかも知れない。
充電中に使う人もいるらしいが、膨らみ始めたかどうかはわからなくなる。



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金属製の弾薬ケースを使っている人も多いようだが、実際に保管中に発火したという例を知らないのでどの程度効果的かどうかはわからない。
鉄砲の弾は、銃口から発射されない限りそれほど危険でない。弾よりも薬莢の方が軽いので弾は勢いよく飛び出さない。



劣化

劣化自体は発火の直接の原因ではないが発熱し易くなる原因となる。

劣化は、繰り返しの使用でも徐々に容量の低下という形で能力が落ちて行くらしいが、多セルの電池はセルのバランスが崩れると通常の充放電サイクルによって計測される寿命よりもずっと早く劣化し、発熱が悪い部分に集中し危険度が高くなり易いようである。
多くの場合、劣化するとセルが膨らむようである。

ただし、劣化する要因は様々で電池の作り方によっても変わって来ると思われるので、膨らんでいなければ安全とは断定できない。
ただし、膨らんだものは確実に劣化しており、さらに発熱するなどの事故も多い。

また通常の充放電によるゆっくりとした劣化よりも、不適切な使い方や保存で起きる劣化の方が影響が大きいようである。
過充電は正極側、過放電では負極側でガスが発生し易いらしいが(化学は苦手なので正しいかどうかは全く自身が無い)その状態で長く置くほどガスが発生し易いらしい。
特に満充電で高温下で放置すると劣化し、膨らみやすい。
真夏に満充電で1~2週間放置し、何本も電池を駄目にした。
同じ場所に置いていても満充電なければ膨らみせず、セルのバランスも劣化は、ほとんど無い場合が多いようだ。
また冬季は満充電による劣化も小さいようである。

この劣化が実際にどれだけ危険かは、電池の作り方や、劣化の状況で変わるのだろうが残念ながら、ちゃんとしたデータがないので何とも言えない。
膨らむと甘い香りがする場合が多いが、これは膨らんだガスのにおいと言われている。
基本的に毒性は低く、匂う程度ならば引火の危険性もないが、針などで穴を開けるとショートして引火する可能性があるので危険と言われている。
残容量が0であれば熱の発生は無いので危険は少ない。廃棄するときは塩水で1週間程度屋外に放置して完全に放電させると発熱の能力を失うので安全である。



劣化によるトラブルの例

充電器にバランス端子が付いているので、セルに過電圧が掛からないから、劣化やセルのバランスは、それほど気にしなくていいのでは、と思っている人がいたら、大きな間違いである。

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この写真は、少し膨らんでいたものを普通にバランス充電したら、気が付くと、こうなったので慌てて充電を止めて充電器から外して屋外にしばらく置いて温度が冷えてから撮影したものである。

放っておいたら火が出た可能性はある。

幸い、怪しいと思いつつ、たまにパワーの小さい機体に使っていた充電池の特性をはかるために充電のログを取っていたので詳細な充電の記録が残っている。
同じ物がもうひとつあり、これも少し膨らんでいたので同じように測定したところ見事にほぼ同じタイミングで膨ら見始めたので慌てて終了した。これも温度が上昇していた。

このときの記録を見ると、過充電による膨らみではないことが見て取れる。
測定は 初期充電→容量測定→再充電 で上本殿の切り替え間隔は10分程度で異常な温度上昇はなかった。
充電器はHyperion EOS1420iNET3である。
以下にその時のデータを示す(図をクリックすると大きな図を新しい窓で開く)。

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初回の満充電にするための充電である。
波形がのこぎり状になっているのは、1分に付き6秒間充放電を中止し、充放電していないときのセルの電圧を見るのがこの充電器にデフォルトだからである。電圧を掛けたときと無負荷の差が少ないほど充電時は満充電に近く、放電時は内部抵抗が小さい。
電流は急速に下がり0.1C=0.26Aで充電終了となる。

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こちらは放電容量測定時のグラフである。1Cの定電流放電なので電流は見やすくするため表示していない(1分に付き6秒休むのは同じ)
セルのバラつきは大きく、Crell#1が終止電圧3Vに達して放電を終了しても、Cell#2~4はまだ少し終止電圧までの容量を持っている。
容量は公称値2600mAhに対して1800mAh弱しかないことが分かる。新しいと2600mAh近くの容量が記録されたはずである。
内部抵抗も倍くらいに上がっているので最大のパワーも落ち、パワーが必要な機体では稼働時間はずっと短くなる。
パワーを必要としない機体であればそれなり飛んでくれる。

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これが、上の写真で示した大きく膨らんだときの充電時のグラフ。
セルの電圧差がなぜか直前より最初から拡大して、途中でセルの電圧の代償が入れ替わっていて如何にも異常がありそうなグラフになっている。
しかし、各セルの電圧はわずかに4.2Vを上回る程度で、電圧自体は0.001V単位の精度が確認できたので絶対上限である4.25Vには達していない。
最後は充電停止ボタンを押して終了させたと記憶しているので、低電圧制限で電流が下がり始めて1分半程度で電流が急に下がっているのは実際に下がっていると覆われる。
Cell#2とCell#3がぴょこんと電圧が高くなったことを検知して充電器は電流を絞って絶対電圧を超えないように制御したと思われる。



次のグラフはもうひとつの同じ銘柄の少し膨らんでいる電池のグラフである。

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もうひとつの電池の初回の満充電にするための充電である。
こちらの方が満充電に遠いため充電時間が長い。
またセルのバラつきも大きい。

4s2600no3dis

放電のグラフを見てもセルのバラつきは大きい。
セルの電圧のバラつきは充電率が小さいほど拡大するのでバラつきは満充電後に見ると小さく表示される。
この図では同じ電流を流してもCell#1とCell#4が早く容量を使い果たすことが分かる。特に#1が早く落ちている。
全体の電圧はそれほど落ちていないので無理をすると#1が過放電になりますますダメージを受けることになる。

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こちらも2回目の充電時はセルの電圧は大きく乱れている。
充電なので通常は、定電流充電でスタートするはずが、Cell#1やCell#3の電圧が上限を超えてしまったので電流制限が数十秒後から大きく掛かっている。
7分弱で両方とも低い電圧を示したため電流が回復しているが、このときは既に発熱が始まっていたのかもしれない。


これらのグラフから今回の異常な発熱とその結果によると思われる膨らみは、過充電で発生したというよりも正常な吸熱反応である充電以外の何らかの抵抗によって発生したと考えた方が良いのかもしれない。

たとえば内部短絡によるジュール熱の発生かもしれない。この場合セルの電圧として測定されるのは電池としての気電力でなく短絡部の電圧降下の比重が大きいということなのだろう?

異常な充電を終えた直後に各セルの起電力や内部抵抗を測ればそういったことが分かるかもしれないが、新しく買った4S2600mAhでそういう試験を使用とする気になる状況は当分来ないと思う(願っている)。

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