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クアッドコプターミニドローンのデザインレビュー

PCBはフレームです

軽量化が単なるコスト最適化ではなく、製品の機能における主要な基準である場合、軍用戦車を飛ばすことは可能でしょうか?あるいは、軽量フレームを作ることでより小さなものを搭載できるという好循環にどうやって入るのでしょうか? モーターより小型のバッテリーを搭載できる、(…)

また、既存の既製部品を相互利用することで、消費者にとって非常に低いコストを実現した優れた例でもある。

{レビュー抜粋|Hubsan|http://www.hubsan.com}

 

飛行玩具においては、1グラムたりとも無駄にできない。そして、それをできるだけ安価に実現しようとする場合、設計者は市販の部品を賢く活用する必要がある。

デザイン

 箱自体も既に無駄のない設計になっている。製品を安全に固定するためのシンプルなゴムバンドが2本付いているだけで、出し入れも簡単だ。

メインヘリコプターの本体

The pcb is the frame
PCBはフレームです

非常に優れた製品デザインです。

メインフレームは同時に取得されます。

  • 組み立て不要でヘリコプターの物理構造が完成。CNC切削加工により高度な形状が可能になり、4本の腕を中空化することで、さらに軽量化を実現。
  • フレームは基板そのものです! これにより、すべての電子部品を直接はんだ付けできるため、別途プリント基板を取り付ける必要がなくなります。また、4つのモーターの2つの極を、追加の配線なしで4つのフレームアームに直接配線することも可能です(モーターに直接接続されている配線は除く - 下記の提案を参照してください -)。
  • PCBの突起の1つが同時に電源コネクタになります。正しい+/-極性接続を確保するには、 ポカヨケ これは片面に実装されたCMS抵抗器であり、ユーザーによる誤実装を防ぎます。この抵抗器は、基板上の他の電子部品と同様に実装されています。
Resistor as poka yoke
ポカヨケとしての抵抗器

もう一つの素晴らしいアイデアは、 電話業界で使用される標準的なマイクロサイズモーター.

特注品だと莫大な費用がかかるが、振動アクチュエータとして非常に大量に使用されているため、これらの市販のモーターは非常に信頼性が高いだけでなく、非常に低コストでもある。

Leds for front & back
前面と背面用のLED

ドローンは全体的に丸い形状をしているため、飛行中に操縦者がドローンの前後を区別しやすくするために、アームの先端に赤色LED2個と青色LED2個の計4個のLEDが配置されています。これらのLEDはモーターと並列に配線されているため、専用のプリント基板配線は不要です。

バッテリーは両面テープで基板に固定され、その後本体カバーで覆われる。

Thin protecting frame
薄型保護フレーム

ブレード保護フレーム

軽量かつ柔軟なフレームは、操縦訓練段階において、ユーザーの指を刃から保護するとともに、刃が周囲からの衝撃を受けるのを防ぐことを目的としている。

これは本製品の中で最も薄い射出成形部分であり、金型から部品を取り出すには、円周ごとに6つのエジェクターが必要となる。

モーターケージ

Plastic motor cage
プラスチック製モーターケージ

わずか2つのパーツで金型を成形できる、デザイン的にも芸術的な作品です(パーティングラインに沿って成形するだけ!)。

切断許容範囲(15mm以内):

  • モーターを囲むケージ + 上部の2つのクリップで、挿入後にモーターを固定します。
  • 基板周囲に4つのエンドストップと2つのクリップ
  • 底部のピンは、モーターに通気通路と配線のためのクリアランスの両方を提供する。
  • 底面に 2 つの「脚」があり、着地の支えとして機能します (本当に必要ですか? 仮説:これらは電線を通すための別の通路を設けるためだった可能性がある。)

本体カバー

非常に微細なプラスチック射出成形と、4つの目的を達成する中空設計:

  • 優れたビジュアルデザイン、技術的な形状
  • バッテリーを保持し、ユーザーの指や飛行中(または飛行終了時)の潜在的な衝撃からコンポーネントを保護します。
  • バッテリーを含む電子部品の通気スペース
  • 1つの動作で金型設計が可能になる

 

ドローンのリモコン
ドローンのリモコン

リモコン

明らかに、この製品には設計や最適化の努力がほとんど注がれていない。この価格帯としては、最低限の機能しか果たしていない。

純粋に機能的なものであり、衝撃に耐えるようには設計されていません。

そのサイズは、大人2人の手で正しく持つことができる最低限のサイズです。

本体はバッテリーカバーを含めて3つの基本パーツで構成されています。機能としては、親指で操作する2つの一般的なジョイスティックを備えています。

結論

素晴らしい!スマートな部品選定、あらゆる要素を最小限に抑えるための価値分析、そしてプラスチック設計の見事なデモンストレーションです。薄くて変形しやすい部品やフレームの射出成形技術も素晴らしいですね。

おそらく設計プロセスは入手可能なマイクロモーターから始まった(参照) 記事 (それに関して)そして残りの部分はそれに合わせて調整され、つまり全体のフレームサイズとバッテリーの選択が行われます。

これらすべては、我々の知る限り最小の量産型ドローン玩具でありながら、非常に安価で手頃な価格の製品であることを可能にする。

改善の可能性は?

その価格帯と玩具市場セグメントにおいて互換性のある製品は、ごくわずかしか見当たりません。

  • PCBフレームの脚部をわずかに整形して、より均一に、かつ本体に直接沿うようにする。さらに改良するなら、4本の腕を円形の経路で連結することでドローンの剛性を高めることができるが、その代償として、シート全体のPCB配置の最適化が不十分になり、PCB材料の損失も大きくなる。
  • モーターケージ内のプラスチック製インデックス形状と、PCB内のメス型カウンター形状により、モーターケージが回転するのを防ぎます。
  • 考えられる生産改善点:モーターを中央面ではなくPCB上に配置すれば、ケージの完全な再設計が必要となり、モーターの2本のピンをスルーホールはんだ付けでPCBに直接接続できるため、8本のワイヤーとそれに伴う2x2x4の手動はんだ付け作業を完全に回避できます。剛性およびクアッドコプター全体の典型的な設計については確認が必要です。

考えられるイノベーションは?

小型部品の価格が下がると、 次世代 初心者パイロットや高速レース向けに、高度制御や障害物回避を容易にするために、高度センサーと側面距離センサーをいくつか搭載することは可能でしょうか?

一部の研究機関は既に、飛行ドローン間の驚くべき連携を実証しています。上記のセンサーの提案と組み合わせれば、このドローンは優れたDIYドローンプラットフォームとなり、プログラミング機能によって膨大な顧客層を獲得できる可能性があります(オープンソースのUSBプログラマブルチップと、やや大きめのUSBコネクタなど)。

用語集

Computer Numerically Controlled (CNC): プログラムされたコンピュータソフトウェアを使用して工作機械を制御する製造プロセスであり、材料の切断、フライス加工、穴あけ、彫刻などの作業を正確かつ自動的に行うことを可能にする。

Contract Manufacturer (CM): 他社に代わって製品を製造する会社で、通常は特定の設計および品質仕様に従って製造を行う。この仕組みにより、依頼企業はマーケティングや製品開発といった中核事業に集中できる一方、製造工程は外部委託することができる。

Printed Circuit Board (PCB): 絶縁材料で作られた平らな基板で、導電経路(通常は銅板からエッチング加工されたもの)を通して電子部品を支持・接続する。回路の組み立ての基礎となり、部品間の電気接続を容易にする。

取り上げるトピック: クアッドコプター、ミニドローン、軽量設計、コスト最適化、既製部品、PCBフレーム、CNC切削、マイクロサイズモーター、ポカヨケ、LED、バッテリー配置、消費者コスト、製品設計、電子部品、モーター配線、フレーム構造、軍用タンク、好循環、ISO 9001、ISO 14001、ISO/IEC 27001、ISO 45001、およびISO 50001。

歴史的背景

1965
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1974-11-15
1980
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(日付が不明または関連性がない場合、例えば「流体力学」などでは、その注目すべき出現時期の概算値が提示されます。)

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