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2019年6月13日

ドローン・イノベーションを支援するセンサソリューション

ホビー向けの小型ドローンに加えて、産業用ドローンの開発も活発化するなど、近年、ドローン市場が世界的に急拡大しています。飛行安定性とともに安全性・信頼性の向上は、“空飛ぶロボット”へと進化しつつあるドローンの最大の課題であり、センサ技術やソフトウェア技術のさらなる高度化が求められています。TDKは高性能の複合型センサや革新的なソフトウェアを組み合わせたセンサフュージョンの提供などにより、ドローンのイノベーションとその市場の成長を強力に支援しています。

“空飛ぶロボット”へと進化しつつあるドローンに求められる技術課題

ドローンは電動型の無人航空機(UAV)の一種で、4枚以上の多数のプロペラをもつタイプが主流であるため、マルチコプターとも呼ばれます。飛行安定性やホバリング性能にすぐれ、搭載したカメラにより、鳥のような視点からの写真や動画を簡単に撮影できることから、世界的なヒット商品となっています。

ドローンはホビーや競技向けの小型軽量の一般用ドローンと、業務用空撮や測量、監視・点検、農業、物流などへの活用が期待されている産業用ドローンに大別されます。図1は2025年までの世界のドローン出荷台数の予測グラフです(2017年、SkyWings社調べ)。ドローン元年と呼ばれた2015年以降、出荷台数のほとんどは一般用ドローンでしたが、近年は産業用ドローンの伸び率が大きく、2023年以降は産業ドローンが一般用ドローンを上回ると予測されています。

ドローンがリモコン式のヘリコプターなどと違うのは、各種センサとフライトコントローラと呼ばれるソフトウェアを搭載した自律飛行型の無人航空機であることです。GPSなどを利用したナビゲーション機能により、たえず自己の位置情報を取得し、目視圏外でも障害物を回避しながら飛行したり、自動帰還したりすることが可能です。さらにはインターネットとの接続により、複数のドローンのデータをクラウド上で共有したり、AI解析による効果的な運用の可能性も広がっています。特に期待されているのは、橋梁や道路、メガソーラーシステムなどのインフラの監視・点検です。人手では多大な労力と時間を要するため、ドローンの活用はきわめて大きな経済効果を生むとともに、さまざまな関連サービスの創出にもつながります。

図1 世界のドローン出荷台数予測(出典:2017年、SkyWings社調べ)

図1 世界のドローン出荷台数予測(出典:2017年、SkyWings社調べ)

TDKは世界屈指のセンサソリューションプロバイダー

ドローンが“空飛ぶロボット”へ進化を遂げるためには、飛行安定性とともに、衝突や落下などの事故を回避するための安全性・信頼性の向上が最大の技術課題です。そのためにセンサとソフトウェアは、これからのドローン・イノベーションに向けてのキーテクノロジーとなります。
TDKは非光学分野のセンサ製品を豊富にラインアップするとともに、複数のセンサを組み合わせた先進的複合センサや、ICとソフトウェアでセンサを補完することにより、多彩なソリューションビジネスをグローバルに展開しています(図2)。

図2 TDKグループの主要センサ技術とセンサビジネスフォーメーション

図2 TDKグループの主要センサ技術とセンサビジネスフォーメーション

TDKのグループ会社InvenSense社が開発したICM-20789は、ドローンの機体制御や位置情報に関わる3軸ジャイロセンサ(※1)、3軸加速度センサ(※2)、静電容量型の気圧センサ(※3)などのMEMSセンサ(※4)を小型パッケージに一体化した業界初の7軸慣性気圧センサです。とりわけ静電容量型のMEMS気圧センサは、業界最高水準の超低ノイズ特性を達成し、高度変化を5cm以下で検出することが可能です。ナビゲーションによる平面的な位置情報に加えて、高度情報も高精度で取得できるため、産業用ドローンはもとより、一般用ドローンの上位機種などにおいても、きわめてレベルの高い飛行パフォーマンスを実現します。

ドローンには、フライトコントローラに使用される7軸センサ以外にも、カメラのジンバルイメージスタビライザには6軸センサが使用されている。
ドローンには、フライトコントローラに使用される7軸センサ以外にも、カメラのジンバルイメージスタビライザには6軸センサが使用されている。
TDKの7軸センサ「ICM-20789」は、3軸ジャイロセンサ、3軸加速度センサ、および気圧センサを4mm x 4mm x 1.365mm LGA(※5)パッケージに統合、センシング機能を高めました。詳細は、プロダクトセンターをご覧ください。
TDKの7軸センサ「ICM-20789」は、3軸ジャイロセンサ、3軸加速度センサ、および気圧センサを4mm x 4mm x 1.365mm LGA(※5)パッケージに統合、センシング機能を高めました。詳細は、プロダクトセンターをご覧ください。
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用語解説

  1. ジャイロセンサとは、角速度を検出するための装置。角速度とは、回転運動をしている物体が単位時間当りどのくらいの角度で動いているかを知る単位。小型ビデオ・カメラの手ブレや人工衛星の姿勢を検出するために採用されている。
  2. 加速度センサとは、ある物体の加速度を検出する装置。例えば、スマートフォンやゲーム機の画面方向の切り替えや手の動きに検知するために使われている。ドローンでは姿勢・方位制御に、ジャイロセンサと共に使用されている。
  3. 気圧センサとは、大気圧を測定する装置。静電容量型の気圧センサは、外部からの圧力によって発生するダイアフラムの変位量を、静電容量の変化として計測する。
  4. MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)技術は、半導体集積回路の製造技術を利用して、シリコン基板などに、微細なセンサや可動機構などを作り込むマイクロマシニング技術。
  5. LGA (Land Grid Array)とは、表面実装型の半導体パッケージの一種。パッケージの下面に、はんだの代わりに微細な平たい電極を格子状に並べたもの。
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