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ebayからのPathFinder 名称のフライトコーチ

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Denkado様から教示頂いたフライトコーチ(PathFinder)を参考のためにアメリカebayから入手しました。今年の8/12に注文、やっと本日9/28に届きました。

私に届いたものの一例として参考になれば幸いです。
長文ですので、結論から言うと、
完成版のフライトコーチではなく、フライトコーチの構成部品を購入したつもりであれば納得できます。
Ardupilotの飛行機用のファームウェアのみインストールされています。
PCを利用しての各種設定、ファイルのインストール、各種センサのキャリブレーションは自身で行う必要があります。

フライトコントローラ(FC)はOmnibus F4 pro V2相当品、GPSはコンパス付きのBN-880相当品です。中国から購入すると二つの部品のみで現在では10,000円程度です。PathFinderの80ドルの製品価格(+運賃20ドル)は、製造元が韓国でありドル為替レートが大幅なウォン安のためにできる価格設定と思います。アメリカからの送料込みの場合は14,500円程度、ケース等を換算しても中国からの購入より少し高い価格と思います。

部品として購入が目的の場合は、以下の状況もありますので是非ご検討ください。
Omnibus F4等に搭載されているジャイロ、加速度の6軸センサはTDK製品です。
このセンサは生産中止となっていますので、このセンサが搭載されているFCは市場から徐々に消えます。他メーカーへのセンサ代替えが進んでいますが、通信方法含め性能面で劣ります。致命的なのはarduplane用ファームがその代替えセンサに未対応なことです。対応ファームがないと、フライトコーチは完成しません。

購入したことを少し後悔している点も、、、、。
高性能が売りと思いなぜ安くできるのかと思いましたが、実際は現状品と同レベルでした。
説明書には15~25ポイント/秒のコンパス付きGPSと記載があります。
この性能は最新型M9Nタイプが搭載と勝手に期待していました。
実際に付いているものはM8Nタイプ、最大10ポイント/秒です。
さらに、フェースブック上での製品説明はFCには上位クラスのマイコンSTM32F7シリーズを採用した記載でしたが、実際はSTM32F4シリーズのマイコンです。こちらも見事に期待外れでした。

いきなり、設定時の不具合です!
最初にコンパスのキャリブレーションを行う説明書の記載です。
何度やってもうまくいきません。
ミッションプランナーにてキャリブレーションを実施するとUSB接続が切断されてしまいます。デフォルトでGPS内のコンパスを使用する設定となっています。
原因はハード面で必要なGPS内のコンパス用のi2c通信のプルアップ抵抗が基板上に付いていません。GPS側にあるのかとも思いましたが、プルアップ抵抗を確認できません。
これではコンパスは機能せず、キャリブレーションは出来ません。
抵抗をニケ追加してキャリブレーションを試みましたが、依然としてNGです。
FCに二つの設定ファイル(ARP WORKING 170920、Params)を新たに書込み、
コンパスの設定を行うことでキャリブレーションが可能となりました。

なお、製品についている電源コネクタは説明書どおりに入力電圧5Vのみ対応です。
要注意です、私は5V入力は使用しません。この電源配線は外しました。
Li-poバッテリを直接電源とするため、フライトコントローラの基板上のBAT端子から電源配線を取りました(6セルまで可能、保証はできませんので承知願います)。

配送が遅延した理由:
アメリカから日本には通常で20~30日程度で届きます。この販売者は製造元の韓国から日本宛に送付しました。なんと、コロナで韓国から日本便に乗せられないことが判明。
米国から再送付が大幅遅延の理由です。

写真一番上:送付商品
二番目:搭載FCとGPS
三番目:改造したもの
最下段:動作時のもの

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moon
作成: 2022/09/28 (水) 20:41:51
履歴通報 ...
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denkado 2022/09/28 (水) 21:58:34

値段の安さは魅力的だったのですが、やはりそれなりの物というか、色々とあったのですね。
パスファインダーの解説書がこちらにありました。
太陽光が邪魔をするそうです。
http://donramseypattern.com/Pathfinder Setup and Use.pdf?fbclid=IwAR2mmz5ZvgWEzgWivH3jEV6Kb4s1BFMyeeJZ8H94aeSB_abp-l4TSx9K44Y

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フライトコーチ用の部品をケースと共に購入したイメージです。
arduplaneのファームもV4.0.9と昨年初旬の古いバージョンがインストールされていました。
私は最新バージョンに更新しましたので、各種設定は最初から全てやり直しになりました。
明日、プロッタでのリボン図の動作確認を行う予定です。

太陽光の情報ありがとうございます。
太陽光の近くでは法律上においても飛ばせないし、、、、。

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直射日光が回路に影響する?
発光ダイオードは電気で光ります、逆に光を
当てると電気が出て来て電圧信号で回路に影
響するのでしょうね。
LEDに光を当てると発電するのはウソじゃ
ないです(笑)。

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本日、PathFinderでのリボン図をプロッタ上で確認しました。
5フライト全てOKでした。
データ取得問題に問題はなく、十分に使用できると思います。
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別件です、太陽光パネルと思っていました。
失礼しました、読んでみると直射日光でした。
キャノピーで覆う前の直射日光を浴びている状態でフライトコーチの電源ONし、
その後にキャノピーを被せると、あるデバイス(気圧計と思います)が誤動作し15m以上の高度を示しデータ取得を開始する。これを防ぐため、キャノピーを装着後の直射日光の影響を受けない状態にしてから、フライトコーチの電源をONするようにしている。

一般的なFC基板には、基板裏面に金属フレームの気圧計BMP280@ボッシュ製、もしくは同等品が取り付けられています。基板裏面に位置するため、通常では直射日光の影響は少ないと予想されます。
気圧計は一般的に気圧測定と温度測定を行いその計算から高度を算出します。
データシートには、気圧計に手で触れないようにと注意書きの記載があります。

纏めると、フライトコントローラに直射日光等による外乱と考えられるような温度変化を与えてはならない。、、、、と言いたいのだと思います。

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denkado 2022/09/29 (木) 14:53:40

なるほど。
部品を入手する為と考えて購入するならアリなのですね。
普及に役立つかと思ったのですが、まぁ、部品が入るだけ良いという事でしょうか。

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部品が一括で入手できるメリットはあるかもです。
GPSとFCが結線済みケース付の組立KITと考えれば良いと思います。
DIYで仕上げることが出来る方には、選択の一つです。
デメリットは、半透明のケースのためGPSの捕捉LEDの確認が難しいことです。

半導体不足が終了しても、民生品の生産中止製品の再開は特に難しいと思います。
在庫があるうちに早めの調達がよろしいかと思います。

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denkado 2022/09/29 (木) 17:59:21

フライトコーチの名前がついていたのですが、こんなものもありました。
Precision Black Box (Flight Coach) Turn Key
https://precisionaeroproducts.com.au/shop/product/781-precision-black-box-flight-coach-turn-key?fbclid=IwAR20g2fcB7LIyjfzlp2q4CUy5Xa9dsKzq5vC28i3CKbe8AmqmEn28hN69-Y

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勘違いしていました。上記の気圧計BMP280の基板上の配置を訂正します。

気圧計BMP280、もしくは同等品は基板の表側に搭載されていました。直射日光には少し気を使ったほうがベストです。ミュゼットのキャノピーはスモーク色ですので、直射日光の遮断効果はあります。また、denkado様販売のフライトコーチはFC基板上にスモークのアクリル板が設置してあり、さらに効果はあると思います。

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上のような商品、オーストラリアではこのような製品が売られているのですね。
日本でもさらに普及してくれば良いのですが。
Precision Black Box (Flight Coach) Turn Keyはオーストラリアで販売、価格は約35.000円程度(送料、関税は別)と少し高価です。ターンキーですので即座に使用できる完成品レベルの商品と思います。
FCとGPSはMATEKSYS社製との記載あります。私の好きな会社の一つです。

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Precision Black Box (Flight Coach) Turn Keyの9/29時点の在庫は3ケでした。
denkado様情報で確認した所10/2現在の在庫は1ケのみとなっています。
ほんの少量ですが、徐々には売れているようです。

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denkado 2022/10/02 (日) 16:17:34 修正

パスファインダーをお借りして使ってみました。
当然、テスト済みなので問題無く利用できました。
写真はブログ↓の方にもアップしてあります。
パスファインダー(フライトコーチ)

重量は、写真状態(台座やケーブル込み)で57g
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denkado 2022/10/24 (月) 10:48:50

改造PathFinderは順調に使用できているのですが、やはりフライトコーチ/タイプ1などと同じ様に、垂直姿勢になった時に時々異常が発生します。
ただ、その異常の表れ方は、ジャンプでは無く、スライドが多いです。

次の動画はその例で、
4:10で「左ヨー」へスリップしていて、これは気付き難いですが、
6:09では明らかな異常が見られます。

ジャンプに比べ、小さなスライドは見つけ難いので、フライトコーチの機種毎の特徴にも注意が必要になります。

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denkado 2022/10/24 (月) 15:55:25

5台注文して、一週間で届いたそうです。
磐田RC掲示板
そのまま使えるらしいので、最近の出荷品は内容が変わったのかどうか。
うまく使える様なら部品不足の中にあっては助かる事です。

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5台とも飛行試験したところ、数回の飛行で全て問題なく動作するようになりました。
いばらく5Vレギュレータを経由してつないだままにすると、GPSアンテナの
ところの赤いLEDが点滅します、理由は不明ですが異状なしです。
キャリブレーションも何もやってません、そのまま搭載しただけです。

私用に購入したものは5セル(20V)から電源がとれうように改造してあったの
ですが、それが原因かは分かりませんけどGPSがかなり高温になり電波を受信し
なくなりました。後日GPS部分だけ修理しよかと考えています。

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denkado 2022/10/28 (金) 20:35:39

そのまま使えるならいいですね。
情報ありがとうございます。
機器によって少し結果が異なる様な感じもするので、ちょっと気にかけてみてください。

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赤いLED点滅はGPS受信FIXの表示だそうです。
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PathFinder使用時のスライド現象について解析しました。
長文です、御容赦を願います。
本日の飛行場でのdenkado様からの解析依頼、内容はプロッタでの再生画面でP23の背面からのインメルマンターン時の上昇がおかしい、、、スライドしている。
この現象は、インメルマンターン以外にも垂直上昇時に発生するとのこと。

今回の現象、ロール後の背面からのインメルマンターンにおいて直線からのハーフループ上昇時に奥行方向に明らかにスライドしています。プロッタ再生画面においても動きが変です。
プロッタ画面です。
上は、ジャッジビュー
下は、レフトビューです。

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結論:
ParhFinderは衛星捕捉能力が不足しているようです。
その結果として、推定計算結果にエラーが大きく、精度も取れないことが引き金になりスライド現象を発生しています。
本日、同時間帯に飛ばした私のP23フライトでの衛星捕捉数と比べました。
明らかにParhfinderでの衛星捕捉数は不足気味です。両者での2回目のフライトも確認しましたが同様でした。下記に結果を示します。

ミッションプランナーで解析結果です。
左がParhFinder(PF)、右がジャンプ等の異常はない私のフライトコーチ(F.C)です。
使用機材、飛行機体、フライトコントローラ+GPSはほぼ同じものです。

 別トピックスの
[機械学習によるジャンプに影響を与えるパラメータの分析]のTakJP様の情報から
https://zawazawa.jp/flightcoach/topic/28

衛星捕捉数(NSats)は12以上、水平方向の精度(HDop)は小さいほど良い。
PFでの衛星捕捉数は最低が僅か10です。平均値も低いレベルです。
精度の数値も大きめに出ます。

衛星捕捉数(NSats)       :10~16.25~19 @PF、16~18.85~19 @ F.C
水平方向の精度(HDop)  : 0.65~0.71~1.1 @ PF、0.65~0.65~0.73@ F.C

下記閾値は0.6以下です。
PFは各エラーが大きめの値です。
PFのコンパスエラーが0.6以上を継続した時点からスライドを開始しています。
位置エラー(XKF4_SP)        : 0~0.05~0.89  @ PF、 0~0.05 ~0.23@ F.C
コンパスエラー(XKF4_SM): 0~0.20~1.86  @ PF、 0~0.19~0.44@ F.C
速度エラー(XKF4_SV)        :  0~0.15~6.01  @ PF、 0~0.12~0.49 @ F.C

今回のインメルマンターンでのスライドは、
衛星捕捉数が限界の11~12個のところで生じています。その際の、GPS高度と計算による高度は著しく違っています。

上図は、ParhFinderでの衛星捕捉数
下図は、ParhFinderでのGPS(GPS_Alt)と計算(POS_Alt)での高度比較を一例として示します。
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対策:
今後、GPSの置き場所を変更して捕捉数アップに繋がるか検討予定です。
PathFinderはGPSアンテナに対し同程度の高さのフライトコントローラの基板が横方向に近接しすぎることが原因と思われます。電子基板は金属のパターンで覆われ、電子部品も殆どが導電性です。
金属ですので衛星捕捉に影響を与えるます。
このため、背面飛行時において水平方向の衛星を捕捉するのにフライトコントローラ基板側の一面は衛星捕捉が抑制されてしまい捕捉数の不足が生じたものと推定できます。
水平飛行等のGPSが上を向いている場合は問題ありませんが、P23等の背面飛行の時間が長くかかる場合は要注意です。背面時に四方から受信したいのに、両者が近接すると三方からの水平方向の衛星からしか受信できません。

さらに、フライトコントローラ自身はクロック等による多数の高周波スイッチングノイズを発生します。言い換えれば、GPS受信、特にGPS内蔵のコンパスに影響を与えることは十分に考えられます。フライトコントローラ内にあるコンパスの使用を推奨しないのもこの理由と思われます。

ご参考:
私は当初からGPSとフライトコントローラの配置は基板一枚分の間隔を置くようにしています。例外として、フライトコントローラ上にGPSを配置したタイプもあります。この場合においても衛星受信を妨げることにはなりませんので衛星捕捉問題は生じていません。

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なるほど。そうだったのですね。

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denkado 2022/10/29 (土) 20:52:08

飛行データの解析、ありがとうございました。
衛星捕捉数が明らかに違っていたのですね。
対応策が上手くいくといいのですが、手がかかりそうですね。

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Denkado様、カメオ様
Denkado様にはPathFinderのテストをして頂きありがとうございます。
カメオ様、当初からフライトコーチのテストパイロットをして意見を頂き感謝です。
PathFinderを改造してキャリブレーションを可能にし、その後の確認飛行をしましたが現象は見つけられませんでした。
今回は実飛行を見た後でのプロッタでのフライト再生確認、明らかにスライド現象を認識できました。
対策を進めたいと思います。

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衛星捕捉数のPathFinderと私のフライトコーチとの同時比較をしました。

今回は条件を平等とするため、機体に同時搭載した結果を報告します。
背面時での衛星捕捉が低下する傾向にあるため、各フライトともにp23終了後に高さの異なる背面飛行(20m~75m程度)数往復を加えました。

本日の結論:
PathFinder(コンパス機能有効に改造)は衛星捕捉性能が劣ることを再確認しました。

検討内容と結果:
PathFinderをキャノピー後側の上席に、私のフライトコーチはキャノピー前側の少し環境の悪い席に配置しました。
私のフライトコーチは45度傾斜アンテナではなく水平のものを使用しました。
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本日は5回のフライトです。
PathFinder (PF)での衛星捕捉数は5フライトともに最低が8~11であり、私のフライトコーチ( F.C)は最低が13です。12以上のレベルが望ましい値ですので、PFは要求レベルを満足できません。
また、低い高度での背面飛行ほど捕捉数が低下する傾向がありました。しかし、一番低い値を示すのはp23でのインメルマンターンのループ上昇時とフィギュアMの一回目の降下底辺のループあたりで最低数を示します。

衛星捕捉数(NSats)  注、12以上が望ましい。
フライトはP23+低高度背面飛行 、下記数字は最低~平均~最高を示します。
第1回目: 10~17.25~19 @PF、14~17.95~19 @ F.C
第2回目:  8~16.66~19 @PF、15~17.97~19 @ F.C
第3回目:  8~16.33~19 @PF、13~17.93~19 @ F.C
第4回目: 11~17.98~20 @PF、16~20.08~22 @ F.C
第5回目: 11~17.98~20 @PF、17~20.52~22 @ F.C

ケースを不使用とし私のF.Cと同配置にすることも一案ですが進歩がありません。
PFのコンパクトなケースを利用した上で対策できれば一番良いのですが。
取敢えずは、ケースを生かし45度傾斜アンテナにチャレンジするかです。
どうやって対策すれば良いのか悩みます。

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denkado 2022/10/31 (月) 14:22:19

フィギュアMのループでの異常も、正に衛星捕捉数の数字通りですね。
動画の1:10あたりです。

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仰るとおりです。
フィギュアMの一回目の降下底辺のループあたりの衛星捕捉数は著しく低下傾向にあります。軽度の場合は上昇時にスライドが発生して徐々に元に戻ることを私も経験しました。

降下底辺のループあたりは機体速度(約100km/h-->5.6m/0.2秒)があるのでGPSが追従(0.2秒毎サンプリング)できず、GPS捕捉が難しいのが関係するのかもしれません。捕捉数不足では正常な位置が割り出せず、計算での推定値と合わずにスライドもしくはジャンプに至ると推定します。

これは今回のフライトでの参考です。
どのような場面でも、衛星捕捉数がある程度以上あれば大丈夫のようです。

低高度での背面飛行時のものです。
上図はPFです。小さなジャンプ現象が発生しています。
背面での小さなハーフループ後のハーフロールで背面に戻る際に発生しています。この時の衛星捕捉数は10です。こちらも小さい動きですが飛行速度は90Km/h位です。

下図は比較対象のフライトコーチのものです。
異常はありません。上記ジャンプ時のこちらの衛星捕捉数は15です。
正常な位置捕捉が出来ているので計算値とほぼ同じでズレは大きくないと推定します。

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約一か月後のPathfinderです。

改造その1:
Pathfinder に付属のGPSを45度傾斜に改造して実験をしました。
付属のBN-880限定ですが、このGPSはバラツキ品なのか感度が悪いものです。
最初の写真を参照してください。

衛星捕捉数に少なさに変化はありませんでした。
しかし、45度傾斜改造GPSではジャンプ、スライド発生は一度もありません。
30フライト位の結果です。
XKF4(位置、コンパス、速度)のエラーも低減しているように感じます。
実用的に問題ないレベルになったと思います。

改造その2:
Pathfinder に付属のGPS(BN-880)を最新型M10型GPSに置き換えました。
このGPSは都会のビルの間においても多数の衛星捕捉数を得ることを性能を売り物にしています。
特に水平方向の捕捉数、精度にメリットがあるようです。
写真2枚目です。
衛星捕捉数は驚きの数字を示します。
下記の改造3と同程度です。
晴れ、曇りあまり関係ありませんでした。

改造その3:
6軸センサを性能向上版に置き換えしたフライトコントローラ + 最新型M10型GPS
で構成しました。さらに性能をアップを狙っています。
写真3枚目の真ん中です。
参考までに、右側は改造その2です。左側は置き換えしたフライトコントローラ + BN-880です。
 
改造その3の一例の結果です。(最低~平均~最高)
写真4枚目です。理想的な数字が並んでいます。

衛星捕捉数(NSats)       :21~30.76~32
水平方向の精度(HDop)     : 0.45~0.52~0.93
下記閾値は0.6以下です。
位置エラー(XKF4_SP)      : 0~0.05~0.61
コンパスエラー(XKF4_SM)   : 0~0.07~0.45
速度エラー(XKF4_SV)       :  0~0.07~0.68

改造版は新スレッドで掲載予定です。

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