ドローン操縦技能

ドローン操縦の練習方法!基本トレーニング9種とシミュレーター活用

ドローン操縦の基礎トレーニング方法9種+シミュレーター

こんにちはー!ドローンの操縦はほぼ独学で勉強しました、K-ki(K-ki@Ailerocket)です。

ここ数年はドローンが急速に普及し、本当に簡単にドローンが手に入るようになりました。今や家電量販店でもドローンのコーナーが設けられ、体験操縦スペースを用意している店舗もあるくらいです。

しかしながら、ドローンの操縦は一朝一夕にうまくなるものではありません。練習を積み重ね、機体の特性を理解していかなければ、ドローンを思いのままに操れるようにはならないでしょう。

そこで今回は、特にドローン操縦の初心者向けに、操縦を練習する方法を紹介します。始めてドローンを購入し、右も左も分からないという人こそ、参考にしてくださいね。

ドローンにおけるマニュアル操縦技能の重要性

まずは簡単に心構えの話をさせてください。

近年のドローンでは、自動操縦システムが非常に発達しています。場合によっては、スティックをほとんど操作しなくても、スイッチ操作程度でドローンを思った場所まで飛ばすこともできるでしょう。しかし、ドローンのパイロットはこういった便利なシステムの上にあぐらをかいてはいけません。

例えば、GPS信号は非常に便利ですが、状況によっては上手く信号を受信できないときもあります。また、強風を受けて機体の姿勢が急に乱れるたり風に流されたりすることもあります。こういった予期しないトラブルはドローンの飛行にはつきものであり、パイロットはこれらに適切に対処して安全にドローンを運航させる必要があるのです。従って、どれだけ自動操縦システムが発達したとしても、マニュアル操縦の技術は必要不可欠なのです。

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航空機の基礎的な操縦方法

次に、航空機の操縦を語る上での基本知識を説明させてください。これくらいの前提がないと、説明が大変なので…。

飛行機のピッチ・ロール・ヨーと3舵(エルロン・エレベーター・ラダー)およびスロットルの関係

飛行機(固定翼航空機)の操縦では、3舵と呼ばれる舵面とスロットルを調整することによって機体を操縦するのが基本です。3舵とは、ピッチ軸まわりの回転角を操作する「エレベーター(昇降舵)」、ロール軸まわりの回転角を操作する「エルロン(補助翼)」、ヨー軸まわりの回転角を操作する「ラダー(方向舵)」を指します。

また、それぞれの軸回りの回転角を「ピッチ角」「ロール角」「方位角」と呼びます。ピッチ角は操縦桿を縦に、ロール角は操縦桿を横に動かしてコントロールするため、それぞれの軸回りの操縦を「縦方向」「横方向」と呼ぶこともあります。

マルチコプター(ドローン)のピッチ・ロール・ヨーとエルロン・エレベーター・ラダー・スロットルの関係

ヘリコプターやマルチコプターなどの回転翼航空機では、舵面が存在せず、代わりに回転翼(ローター)のピッチ角や回転数を変化させることで、揚力の前後左右でのアンバランスや、ヨー軸まわりのトルクのアンバランスを作り出し、飛行機で3舵を操作した時と同様の機体挙動を生み出します。

また、固定翼のスロットル操作が推進力を変化させるのに対し、回転翼のスロットル操作は上昇力を変化させる違いがあります。さらに、回転翼機では速度を操作することと姿勢を操作することが切り離せないため、固定翼機とは操作感の差があります。

ドローン・ラジコンヘリ・RCプレーン用プロポ 9XR PRO
プロポはモード1/モード2のどちらが良い?ドローン・ラジコンと実機の操縦比較

ドローンやラジコン飛行機の初心者は、操縦に使うプロポを選ぶ際にモード1のプロポを使うかモード2のプロポを使うか悩むと思います。プロポの操作モードや実際の飛行機の操縦方法を解説した上で、私がモード2を推奨する理由を紹介します。

なお、ちょっと脱線しますが、マニュアル操縦を始める前に上のリンク先ページを読み、プロポの操作モードについて一応知っておいてください。プロポのスティック操作と機体の操作軸の対応関係には、主にモード1とモード2という2種類のパターンがあり、どちらかのモードで一度操縦に慣れてしまうと後から変えるのは難しいため、最初によく考えて決めておきましょう。

これくらいの前提を踏まえた上で、次の項目から具体的なドローン操縦の練習方法を紹介していきます。

ホバリング

ドローンにおいて一番の基礎とも言える飛び方が「ホバリング」です。空中で機体を静止させることを指しますが、もう少し厳密に言えば空気に対して機体が動かないことを意味します。従って、風が吹いている環境であれば、風と同じ速さで流されることになります。

とはいえ、実際にドローンを運用する場面でホバリングと言えば、位置保持ホバリングを指すことがほとんどです。風にかかわらず、地面に対して機体の場所を一定に保つ飛び方になります。

ドローンの操縦練習方法①ホバリング

ホバリングの練習方法

  1. ドローンを離陸させ一定の高度を保持する。
  2. 高度が安定したら地面に対して動かないよう位置を保持する。
  3. 機首を90度回転させ同様に高度と位置を保持する。
  4. 機首が360度回転するまで3.を繰り返す。
  5. 離陸位置に着陸する。

ホバリングを練習する場合は、上記のような方法でやってみましょう。正面・右向き・左向き・対面のいずれでも安定して高度と位置を保持できればOKです。機首が正面を向いているときと対面しているときでは、機体が動いたときに修正舵を当てる方向が逆になるので、はじめはかなり戸惑うと思います。機首がどこを向いていても位置を保持できるようになれば、ホバリングはマスターしたと言えるでしょう。

前後移動

ホバリングの次は前後移動に挑戦しましょう。ドローンを動かす際には最も基本となる操作です。図中では注記を省略していますが、前の図と同じく緑の矢印が機体の前方、オレンジの矢印が機体の右方を指します。以降も同様です。

ドローンの操縦練習方法②前後移動

前後移動の練習方法

  1. ドローンを離陸させ一定の高度を保持する。
  2. ホバリング状態を確立する。
  3. 離陸位置の前方においた目印まで前進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  4. 機首を180度回転させ、離陸位置の後方においた目印まで前進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  5. 機首を180度回転させ、離陸位置の直上まで前進飛行し、ホバリング状態を確立する。
  6. 離陸位置に着陸する。
  7. 後進側についても1.~6.と同様の練習を行う。

機体を移動させる際には、プロポのスティックを操作しますが、スティックの操作はゆっくり、少しずつ行いましょう。また、スティックを操作して姿勢が変わり、ある程度速度が付けばスティックを戻しても慣性で機体は進んでいきます。慣性で移動する分も考慮し、スティックを操作量が大きくなりすぎないように注意しましょう。

左右移動

前後方向の移動と併せて、左右方向の移動も練習しましょう。細かな位置合わせの際によく利用することになります。

ドローンの操縦練習方法③左右移動

左右移動の練習方法

  1. ドローンを離陸させ一定の高度を保持する。
  2. ホバリング状態を確立する。
  3. 離陸位置の右方においた目印まで右進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  4. 離陸位置の左方においた目印まで左進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  5. 離陸位置の直上まで右進飛行し、ホバリング状態を確立する。
  6. 離陸位置に着陸する。
  7. 後進側についても1.~6.と同様の練習を行う。

この練習では左右同時に練習していますが、右進飛行の後に機首を180度回し、再度右進飛行で左側の目印まで飛ぶというやり方で、左右を分けて練習しても良いです。

余談ですが、一般的にドローンと呼ばれる機体は正確には「クアッドコプター」であり、4枚のローターを使って飛ぶ航空機です。この形状の機体は、前後左右方向の運動特性にほぼ差が無いのが長所で、前後方向と大差ない操作感で左右方向にも移動させることができます。これがヘリコプターだと、前後方向(ピッチ軸)と左右方向(ロール軸)では応答特性が異なるので、操作感が違ってくるためちょっと難しくなります。

四角移動

前後左右の移動をマスターし、狙いどおりの場所に移動できるようになったら、次は四角移動に挑戦してみましょう。

ドローンの操縦練習方法④四角移動

四角移動の練習方法

  1. ドローンを離陸させ一定の高度を保持する。
  2. ホバリング状態を確立する。
  3. 離陸位置の左前方においた目印まで斜進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  4. 離陸位置の右前方においた目印まで右進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  5. 離陸位置の右後方においた目印まで後進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  6. 離陸位置の左後方においた目印まで左進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  7. 離陸位置の左前方においた目印まで前進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  8. 離陸位置の直上まで斜進飛行し、ホバリング状態を確立する。
  9. 離陸位置に着陸する。
  10. 反時計回り方向についても1.~9.と同様の練習を行う。

個々の操作内容は前後移動、左右移動と同じなのであまり難しくないですが、前後移動と左右移動を組み合わせて行うため、ホバリングのときに機体をしっかりと静止させておかないと、移動している間に機体が流れてしまいます。機体が流れないようにしっかりとホバリングを確立すること、機体が流れても慌てずに修正できるようになることが重要です。

円移動

四角移動をマスターしたら次は円移動です。前後左右の操作を連続的に変化させ、機首方位は正面を保ったまま、機体の航跡が円を描くように移動させる練習です。

ドローンの操縦練習方法⑤円移動

円移動の練習方法

  1. ドローンを離陸させ一定の高度を保持する。
  2. ホバリング状態を確立する。
  3. 離陸位置の左前方においた目印まで斜進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  4. 離陸位置の右前方においた目印まで右進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  5. 移動方向を右前、右、右後、後、左後、左、…と徐々に切り替え、離陸位置を中心とした円移動を行う。
  6. 離陸位置を中心に1周し、左前方においた目印直上でホバリング状態を確立する。
  7. 離陸位置の直上まで斜進飛行し、ホバリング状態を確立する。
  8. 離陸位置に着陸する。
  9. 反時計回り方向についても1.~8.と同様の練習を行う。

縦方向(前後移動方向:ピッチ軸)の操作と横方向(左右移動方向:ロール軸)の操作をシームレスに切り替えていかなければならないので、四角移動に比べるとかなり難しくなると思います。できるようになるまで何度もチャレンジしましょう。また、回転方向に得意不得意を作らないように、反時計回りについても十分に練習してください。

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機首回転四角移動

機首回転四角移動は、四角移動と同じ移動を、機首を回転させながら全て前進飛行で行う練習です。機首を回した上での移動になるため、これまでの練習とは違う難しさがあります。

ドローンの操縦練習方法⑥機首回転四角移動

機首回転四角移動の練習方法

  1. ドローンを離陸させ一定の高度を保持する。
  2. ホバリング状態を確立する。
  3. 離陸位置の左前方においた目印まで斜進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  4. 機首を90度回転させ、離陸位置の右前方においた目印まで前進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  5. 機首を90度回転させ、離陸位置の右後方においた目印まで前進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  6. 機首を90度回転させ、離陸位置の左後方においた目印まで前進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  7. 機首を90度回転させ、離陸位置の左前方においた目印まで前進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  8. 離陸位置の直上まで斜進飛行し、ホバリング状態を確立する。
  9. 離陸位置に着陸する。
  10. 反時計回り方向についても1.~9.と同様の練習を行う。

この練習では、ドローンの機首方向がパイロットの向いている方向と違う状態で移動するため、姿勢が乱れたり機体が流されたときに修正舵を当てる際に、当て舵の方向を間違える、というミスが多発すると思います。機体の方向を頭の中で常に把握し続け、どの方向に操作すれば機体がどっちの方向に動くかを直感的に理解しながら飛ばす必要があります。

ドローンの機首方位と自分の向いている方位が違う状態での飛行は、これより上のステップの操縦の基礎になるため、この練習はしっかりと繰り返し完璧にマスターしておきましょう。円移動と同じように、回転方向に得意不得意を作らないように、反時計回りについても十分に練習してください。

旋回

旋回は、機首を常に進行方向に向けながら、横方向(ロール)と回転方向(ヨー)の操作を行いある一点を中心とした回転運動を行うことです。ピッチ・ロール・ヨーの3軸を同時に操作しなければならず、またロール操作とヨー操作のバランスを保たないときれいな回転運動にならず流れてしまうため、これまでの操作と比べると一段階難しいと思います。

さらに、旋回中はロール方向に傾いた状態になるため、揚力のベクトルが旋回円の中心方向に傾き高度が下がる傾向になります。スロットルも上手く調整して高度が下がらないように気をつけてください。

ドローンの操縦練習方法⑦旋回

旋回の練習方法

  1. ドローンを離陸させ一定の高度を保持する。
  2. ホバリング状態を確立する。
  3. 離陸位置の左前方においた目印まで斜進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  4. 機首を45度右回転させ、機首が常に進行方向を向くようにしながら、ロール及びヨー方向の操作を行い離陸位置を中心とした旋回状態を確立する。
  5. 旋回を1周継続し、離陸位置の左前方においた目印直上まで来たらホバリング状態を確立する。
  6. 離陸位置の直上まで斜進飛行し、ホバリング状態を確立する。
  7. 離陸位置に着陸する。
  8. 反時計回り方向についても1.~7.と同様の練習を行う。

ロール操作とヨー操作のバランスがとれた旋回は「釣り合い旋回」と呼ばれ、仮にドローンに乗っていたとすれば、横加速度が発生せず乗り心地のよい旋回になります。航空機が進行方向を変える時は、この釣り合い旋回が基本になります。反時計回り方向も含め、しっかりと練習しましょう。

8の字飛行

8の字飛行は、右旋回と左旋回をスムーズに切り替えて航跡で8の字を描くような飛び方です。旋回状態を素早く確立し、その上で旋回方向を切り替える高度な技術が必要です。この操作を安定して確実にできれば、ドローンの操縦はかなり上手くなったと言えるでしょう。

ドローンの操縦練習方法⑧8の字飛行

8の字飛行の練習方法

  1. ドローンを離陸させ一定の高度を保持する。
  2. ホバリング状態を確立する。
  3. 離陸位置の右前方においた目印まで斜進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  4. 機首を45度右回転させた後、機首が常に進行方向を向くようにしながら、ロール及びヨー方向の操作を行い右旋回状態を確立する。
  5. 離陸位置の右後方においた目印のあたりからロール姿勢を徐々に戻し、離陸位置の左前方においた目印のあたりでは左旋回状態を確立する。
  6. 離陸位置の手前からピッチ・ロール・ヨーを徐々にニュートラルに戻し、離陸位置の直上でホバリング状態を確立する。
  7. 離陸位置に着陸する。

急ぐ必要はないので、ゆっくり確実な操作を心がけ、安定した飛行を行うようにしましょう。

ノーズインサークル

このページで紹介する最後の練習は、ノーズインサークルです。空撮のときによく使われる飛び方で、機首を常に旋回の中心に向けながら飛ぶ方法です。ポイントオブインタレストや、サークルモードという名前で紹介されることもあります。

この飛び方はマルチコプターの特性を生かした飛び方で、ヘリコプターだと格段に難しくなります。この飛び方をマスターしておけば、ドローンならではの映像が撮れるでしょう。

ドローンの操縦練習方法⑨ノーズインサークル

ノーズインサークルの練習方法

  1. ドローンを離陸させ一定の高度を保持する。
  2. ホバリング状態を確立する。
  3. 離陸位置の左前方においた目印まで斜進飛行し、目印直上でホバリング状態を確立する。
  4. 機首を135度右回転させて離陸位置の方を向いた後、機首が常に離陸位置に向くようにしながら、ロール及びヨー方向の操作を行い円運動を確立する。
  5. 円運動を1周継続し、離陸位置の左前方においた目印まで来たら、ホバリングを確立する。
  6. 離陸位置の直上まで前進飛行し、ホバリング状態を確立する。
  7. 離陸位置に着陸する。

この飛び方に限った話ではないですが、ドローンは移動のために姿勢を傾ける必要があり、その結果として揚力ベクトルが傾くため、スロットを当ててやらないと高度が下がってしまいます。高度保持の精度にも気をつけて練習してみましょう。

シミュレータを活用したドローン操縦訓練

ドローンの操縦練習は実機を飛ばして行うのが間違いなくベストですが、飛行場所や天気、あるいは所持しているバッテリーの数などの要因で、飛行時間を確保するのが難しい状況は多々あります。こういった場合には、シミュレータを使用して操縦練習をするのがおすすめです。

ドローンのシミュレータには多くの種類があり、キーボードで操作するゲームのようなものから、PCとドローンに搭載されているフライトコントローラを有線接続した上でプロポを使って操作する本格的なものまで様々です。ただ、ドローンの操縦練習をするという目的なら、少しでも実際の環境に近いプロポを使うタイプのシミュレータを使うべきです。

DJI GO 4アプリ

DJI製の機体を使用している人であれば、迷わずDJI GO 4アプリを使用することになると思います。DJI製品の設定等でも使うアプリにシミュレータが搭載されているのは、非常に便利ですね。

アプリに搭載されているシミュレータではグラフィック面が物足りないという人は、「DJI フライトシミュレーター」を使用してみるのも良いでしょう。無料版では、捜索救援活動、送電線の点検などビジネスの現場で役に立つシミュレーション機能が利用できませんが、普通に飛ばす分には十分です。本格的なゲームをやっているかのような感覚でドローンをとばす練習ができます。

参考DJI フライトシミュレーター

AirSim

AirSimはMicrosoftが作っているオープンソースのドローンシミュレータで、ドローンだけでなく車のシミュレーションも可能です。このサイトで以前紹介したDronecodeにMicrosoftが加入しているため、現在はDronecodeのプロジェクトとも相性が良いようで、Pixhawkなどのフライトコントローラを搭載している機体であれば、プロポを介した本格的なシミュレーションも可能なようです。

Dronecodeプロジェクト
Dronecodeとは何か―オープンソースドローン開発プラットフォーム

ドローンの統合的な開発プラットフォームとしてDronecodeが注目されています。日本語での情報が少ないDronecodeの背景とプロジェクト構成を紹介します。フライトコントローラ・シミュレータ・アプリ用APIなどハード・ソフト両面にまたがるプロジェクトです。

DJIのシミュレータと比べると、かなり自作者・開発者向けのソフトになっています。

参考GitHub – microsoft/AirSim: Open source simulator

VelociDrone

VelociDroneはまた少し違ったドローンシミュレータで、FPVレース用ドローン向けのシミュレータとなっています。国際的なドローンレーサーも使用しているという話もあり、無料で使用可能なため、ドローンを使ってレースに参加しようとしている人は、試してみると良いでしょう。

参考VelociDrone FPV Racing Simulator

プロポの調整・カスタマイズも重要

ドローンの操縦に徐々に慣れてくると、「ホバリングのときはもう少し緩やかに反応してほしい」とか「この操作をしたときに音声アナウンスがあると便利なのに…」というふうに、少しずつプロポの操作感に不満が出てくることもあると思います。そんなときは、プロポの設定を変更して、自分好みにカスタマイズすることが有効です。

プロポのカスタマイズ方法はプロポの種類によって違いますが、当サイトではプロポ用のオープンソースソフトウェアである「OpenTX」を使用することをおすすめしています。

OpenTX(ラジコン送信機・プロポ用ソフト)の使い方とインストール・設定方法

ドローン・マルチコプター・ラジコン飛行機などを操作する送信機(プロポ)には様々な種類があります。中でも、オープンソースソフトウェアのOpenTXは、細かい設定が可能で世界的に人気です。OpenTX対応のプロポやソフトのインストール方法を紹介します。

OpenTXは世界的に広く利用されているプロポ用ソフトウェアで、非常に細かいところまで自分好みに設定可能なため人気があります。対応するプロポの種類も多いため、可能であればぜひ挑戦してみましょう。

自動操縦モードについても理解しておく

ここまでマニュアル操縦の方法を詳しく紹介してきましたが、ドローンをとばす上では自動操縦についてよく知っておくことも重要です。自動操縦システムを上手く使いこなせれば、機体の操縦に対するワークロード(作業負荷)を減らし、余力で空撮のためのカメラ操作や、点検のための赤外線カメラ操作など、付加価値を生み出すミッション作業を行えるからです。

APM ArduPilot Megaのフライトモード
【APM】ドローン・マルチコプター・RCプレーンのフライトモードの種類と効果

ドローン・マルチコプター・ラジコン飛行機向けのオートパイロットプラットフォームであるAPM(ArduPilot Mega)のフライトモード(飛行制御モード)を、制御方法と実現する機能に注目して解説します。また、空撮用ドローンとして有名なDJI Phantomとの比較も行います。

自動操縦システムはメーカーや機体によって機能が異なるため、一概にこういうものだとは言いにくい面がありますが、メーカーや機体が違っても主要な機能は共通しているため、知っておいて損はありません。こちらのページは、Ardupirotという自動操縦システムのフライトモード(自動操縦モード)を紹介しているページです。参考に目を通してみると、自動操縦システムの果たす役割がイメージできると思います。

ドローン操縦を体系的に学ぶならドローンスクールへ

ドローンを正しく飛ばすためには、操縦技能だけでなく、安全面の知識や法令の理解も必要です。特にドローンをビジネスに活用しようと考えているならば、ドローンスクールで知識をもれなく体系的に学び、資格を取得して技能の裏付けを示すほうが、顧客からの信頼を得やすいでしょう。

ドローンスクール比較 おすすめを紹介します!
ドローン操縦スクール比較!取得資格や受講コースからおすすめを紹介

ドローンスクールで資格を取る際に湧く疑問を徹底解決します。ドローンを飛ばすための資格の必要性から始まり、資格を取得するメリット、実用性の高い資格、ドローンスクールの選び方、おすすめのドローンスクール等を解説しています。

こちらのページで、ドローンスクールで資格を取るにあたっての注意点や考えるべきポイント、ドローンスクールの選び方などを紹介しています。また、具体的なおすすめドローンスクールも紹介しているので、ドローンスクールで資格を取ろうと思ったら、ぜひ参考にしてください。

ドローンの操縦を練習して、皆さんが安全かつ楽しいドローンライフを送れることを祈っています!

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K-ki

著者:K-ki 子供のころに作った模型飛行機がきっかけで航空宇宙の世界に足を踏み入れたエンジニア。HNは「けーき」と読みます。 好きなものは航空機(固定翼・回転翼・ドローンなど全般)と生き物・アクアリウム。

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