Construire un bateau autonome (ArduPilot Rover) : 10 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Projets Fusion 360 »

Tu sais ce qui est cool ? Véhicules autonomes sans pilote. Ils sont tellement cool en fait que nous (mes collègues d'université et moi) avons commencé à en construire un nous-mêmes en 2018. C'est aussi pourquoi j'ai décidé cette année de le terminer enfin pendant mon temps libre.

Dans ce Instructable, je veux partager ce projet avec vous et vous faire construire votre propre véhicule autonome. J'ai également fait une petite vidéo YouTube qui gratte la surface du projet et vous donne un aperçu rapide de tous les incidents en cours de route. Ce Instructable est le guide de corrélation qui explique comment cette chose fonctionne réellement.

À qui s'adresse ce Instructable et comment le lire

Ce Instructable a en fait deux objectifs. Tout d'abord, je veux partager ce que j'ai construit et appris et vous intéresser à la construction de véhicules autonomes. L'objectif secondaire est de documenter le projet et la plupart de ses détails afin que le prochain groupe d'étudiants de mon ancienne université, qui reprenne le projet, sache ce qui se passe.

Si vous êtes juste ici pour le plaisir, vous pouvez ignorer des détails tels que des listes de paramètres et des schémas de câblage précis. Je vais essayer de garder les étapes très génériques au début, afin qu'elles puissent être appliquées à n'importe quel bateau ArduPilot RC et mettre les détails à la fin.

Le projet a été terminé en deux parties et l'Instructable suit la même structure. Je vais appeler la première partie les "muscles" car elle comprend toute l'électronique de puissance et la coque du bateau. Ensuite, je vais passer en revue le "Cerveau" qui est une petite boîte au-dessus du bateau, qui contient le contrôleur principal et tous les éléments du récepteur émetteur.

Les origines de la Kenenterprise

Très bien, voici la trame de fond de ce projet, si vous ne l'avez pas déjà entendu dans la vidéo. Ce projet a commencé en 2018 alors que j'étais encore à l'université. Nous étions à la fin du 4ème semestre en direction du 5ème. Dans notre université, vous pouvez faire un projet d'équipe pendant environ 6 mois. Vous pouvez soit choisir parmi une liste de projets préparés (bonne chance d'avoir une bonne note) ou démarrer votre propre projet (personne n'a jamais fait cela avant à ma connaissance). Vous obtenez également 12 points de crédit pour ce projet, ce qui en vaut autant que la thèse de baccalauréat. De cette façon, un échec peut vraiment faire une différence dans votre note globale.

J'ai bien sûr décidé de démarrer un projet à partir de zéro et j'ai trouvé 4 pauvres âmes pour me suivre dans ce voyage dans un feu de benne à ordures d'une équipe-projet. Nous avons commencé avec la taille d'équipe minimale requise de 5 personnes, mais 2 d'entre nous sont partis plus tard. On nous a également donné 1500 €, MAIS nous n'avons pas été autorisés à le dépenser dans l'une de ces charmantes boutiques en ligne chinoises qui ont toujours les derniers et les meilleurs appareils électroniques. Au lieu de cela, nous étions liés à de bons vieux fournisseurs allemands d'électronique. Spoiler: Il est en quelque sorte impossible d'obtenir des composants de bateau autonome de cette façon.

L'idée originale

Lorsque nous avons pensé à une idée pour le projet, nous avons pensé à faire quelque chose en rapport avec les drones, car les drones sont tout simplement la chose la plus cool qui soit. Cependant, les drones volants normaux existent déjà et nous voulions construire quelque chose de plus nouveau. Nous avons donc décidé de construire un bateau drone. Nous avons eu cette idée à cause d'un lac voisin.

Le lac couvre une superficie de 12 km^2 et n'a pour la plupart que 1,5 m de profondeur. Cela signifie qu'il se réchauffe pendant le mois d'été, alors qu'il contient également moins d'eau. Vous savez quelle forme de vie aime les eaux chaudes: les cyanobactéries, également appelées algue bleue en Allemagne. Dans de bonnes conditions, ces choses peuvent se reproduire en un rien de temps et couvrir de vastes zones tout en produisant des toxines qui peuvent nuire aux humains comme aux animaux. Le but du bateau était de balayer régulièrement la surface du lac et de mesurer la concentration d'algues. Ensuite, les données collectées peuvent être imprimées sur une carte thermique pour comprendre dans quelles circonstances les algues commencent à s'accumuler et également pour émettre des avertissements en temps réel aux habitants et aux touristes.

Un autre spoiler: Nous n'avons jamais pu construire un ensemble de mesure pour l'algue bleue et l'installer sur un bateau, car de tels ensembles sont très coûteux et sont généralement logés dans un rack de 1mx1mx2m sur un navire, ce qui est une taille peu pratique pour 1m de long bateau. Le nouvel objectif est de créer automatiquement et à moindre coût des cartes de profondeur du lac pour permettre au biologiste local de voir comment le lit du lac change au fil du temps. À l'heure actuelle, la numérisation est très coûteuse en raison du travail manuel nécessaire.

Une spirale descendante

Retour à l'histoire. Au cours des deux premiers mois de collecte de connaissances de base et de planification, nous avons réfléchi à ce dont un tel bateau aurait besoin: une coque, une transmission électrique, des capacités de conduite autonome, une commande Internet, …. C'est à ce moment-là que j'ai décidé que nous devions presque tout construire nous-mêmes en mettant l'accent sur la conduite autonome. C'était une mauvaise idée, une idée qui était à peu près vouée à l'échec et devinez ce qu'elle a fait ? Exactement, 6 mois plus tard, nous avions investi notre temps et notre sueur dans un énorme bateau RC, le Kenterprise (Infographie dans l'image 4). En chemin, nous avons eu du mal avec un budget limité, pas d'électronique disponible et une mauvaise gestion d'équipe, dont j'assume la plus grande partie de la responsabilité.

Et voilà, le Kenterprise, un véhicule de mesure autonome qui n'était ni autonome ni mesurant quoi que ce soit. Pas beaucoup de succès comme vous pouvez le voir. Nous nous sommes fait griller lors de notre présentation finale. Heureusement, notre professeur a reconnu notre travail entendu et nous a quand même donné une note correcte, pire que tout autre groupe de projet au cours des dernières années, mais ok.

La mise à niveau 2020

J'envisagerais d'appeler ce projet étudiant un incendie de benne à ordures absolu, mais comme le dit le vieil adage: "les cicatrices d'un incendie de benne à ordures vous rendent plus fort". Cette expérience m'a vraiment aidé à évaluer mes objectifs de manière appropriée et à rester concentré sur tous mes projets suivants. J'aime aussi toujours l'idée d'un véhicule sans pilote qui peut aider les biologistes à faire des relevés de lacs et l'attrait général de la construction d'un bateau autonome. C'est pourquoi maintenant, un an plus tard, je voulais le terminer en utilisant mes nouvelles connaissances sur les drones FPV, le magnifique projet Open Source ArduPilot et la puissance des sites d'électronique bon marché.

L'objectif n'était pas d'en faire un bateau de mesure à part entière, mais de faire fonctionner tous les systèmes et d'installer un pilote automatique. Il n'a pas besoin d'être parfait. Je voulais juste voir ce bateau se conduire comme une preuve de concept.

Je vais ensuite transmettre le bateau autonome WORKING à l'université pour de futurs projets comme la cartographie des fonds marins. D'ailleurs, je n'étais pas seul. Mon ami Ammar, qui faisait également partie du groupe de projet en 2018, m'a aidé à tester le bateau.

Sans plus tarder, allons-y

Étape 1: Muscles: la coque

La coque est la plus grande partie du bateau. Non seulement à cause de ses dimensions énormes (100cm*80cm) mais aussi parce qu'il a fallu beaucoup de temps pour construire cette structure sur mesure. Si je le referais, j'opterais certainement pour les pièces d'étagère. Un bateau RC standard n'était malheureusement pas dans nos cartes, car ces bateaux ont une capacité de charge utile très limitée. Quelque chose comme un bodyboard ou une planche de surf ou juste quelques tuyaux en PVC de la quincaillerie aurait été une solution beaucoup plus simple que je ne peux que recommander.

Quoi qu'il en soit, notre coque a commencé avec un modèle 3D dans Fusion 360. J'ai fait un modèle très détaillé et j'ai effectué plusieurs itérations avant de commencer à le construire. Je me suis assuré de donner à chaque composant du modèle les poids appropriés et j'ai même modélisé l'intérieur. Cela m'a permis de connaître le poids approximatif du bateau avant de le construire. J'ai aussi fait quelques calibrations de flottabilité en insérant une "ligne d'eau", en coupant le véhicule avec et en calculant le volume qui était sous l'eau. Le bateau est un catamaran car ce genre de véhicule promet une stabilité plus élevée qu'un bateau à une seule coque.

Après une tonne d'heures de modélisation, nous avons commencé à donner vie au bateau en découpant la forme de base des deux coques dans des plaques de polystyrène. Ils ont ensuite été découpés en forme, les trous ont été bouchés et nous avons effectué de nombreux ponçages. Le pont qui relie les deux coques n'est qu'une grosse caisse en bois.

Nous avons tout recouvert de 3 couches de fibre de verre. Cette étape a pris environ 3 semaines et impliquait des jours de ponçage manuel pour obtenir une surface convenablement lisse (0/10 ne recommanderait pas). Après cela, nous l'avons peint dans un joli jaune et avons ajouté le nom "Kenterprise". Le nom est une combinaison du mot allemand "kentern" qui se traduit par naufrage et du vaisseau spatial Star Trek "USS Enterprise". Nous avons tous pensé que ce nom convient parfaitement à la monstruosité que nous avons créée.

Étape 2: Muscles: Système de propulsion

Un bateau sans moteurs ni voiles a les caractéristiques de conduite d'un morceau de bois flotté. Il fallait donc ajouter un système de propulsion à la coque vide.

J'aimerais vous donner un autre spoiler: les moteurs que nous choisissons sont bien trop puissants. Je vais décrire la solution actuelle et ses défauts et proposer également un système de propulsion alternatif.

La solution actuelle

Nous ne savions pas vraiment de quelle poussée le bateau avait besoin, alors nous nous sommes procuré deux de ces moteurs de bateaux de course. Chacun d'eux est destiné à alimenter un bateau de course RC de 1 m de long et le contrôleur de vitesse électronique (ESC) correspondant peut fournir 90 A en continu (cette consommation viderait une grosse batterie de voiture en une heure).

Ils nécessitent également un refroidissement par eau. Habituellement, vous connectez simplement l'ESC et le moteur avec un tube, placez l'entrée à l'avant du bateau et placez la sortie devant l'hélice. De cette façon, l'hélice tire l'eau du lac à travers le système de refroidissement. Cependant, le lac en question n'est pas toujours propre et cette solution peut obstruer le système de refroidissement et provoquer une panne de moteur lors d'une sortie sur le lac. C'est pourquoi nous avons décidé d'opter pour une boucle de refroidissement interne qui pompe l'eau à travers un échangeur de chaleur sur le dessus de la coque (image 3).

Pour l'instant le bateau a deux bouteilles d'eau comme réservoirs et aucun échangeur de chaleur. Les réservoirs augmentent simplement la masse thermique, de sorte que les moteurs mettent beaucoup plus de temps à chauffer.

L'arbre du moteur est relié à l'hélice par deux joints universels, un axe et un tube d'étambot, destiné à empêcher l'eau d'entrer. Vous pouvez voir une vue latérale de cet assemblage dans la deuxième image. Le moteur est monté en biais avec une monture imprimée en 3D et les accessoires sont également imprimés (car j'ai cassé les anciens). J'ai été assez surpris d'apprendre que ces accessoires peuvent résister aux forces des moteurs. Pour soutenir leur résistance, j'ai fait les lames de 2 mm d'épaisseur et je les ai imprimées avec un remplissage à 100%. Concevoir et imprimer les accessoires est en fait une opportunité assez intéressante pour essayer différents types d'accessoires et trouver le plus efficace. J'ai joint les modèles 3D de mes accessoires.

Une alternative possible

Les tests ont montré que le bateau n'a besoin que de 10 à 20 % de la plage des gaz pour se déplacer lentement (à 1 m/s). Passer directement à 100% des gaz provoque une énorme pointe de courant, qui désactive complètement tout le bateau. De plus, l'exigence d'un système de refroidissement est assez ennuyeuse.

Une meilleure solution pourrait être ce qu'on appelle les propulseurs. Un propulseur a le moteur directement connecté à l'hélice. L'ensemble est ensuite immergé et donc refroidi. Voici un lien vers un petit propulseur avec l'ESC correspondant. Cela peut fournir un courant maximum de 30 A, ce qui semble être une taille plus appropriée. Cela créera probablement des pointes de courant beaucoup plus petites et la manette des gaz n'a pas besoin d'être autant limitée.

Étape 3: Muscles: Pilotage

La propulsion, c'est cool, mais un bateau a aussi besoin de tourner. Il y a plusieurs façons d'y parvenir. Les deux solutions les plus courantes sont les gouvernails et la poussée différentielle.

Les gouvernails semblaient être une solution évidente alors nous y sommes allés. J'ai modélisé un assemblage de gouvernail dans Fusion et imprimé en 3D les gouvernails, les charnières et un support de servo. Pour les servos, nous avons choisi deux gros servos de 25 kg pour nous assurer que les safrans relativement gros étaient capables de résister à la traînée de l'eau. Ensuite, le servo a été positionné à l'intérieur de la coque et connecté au gouvernail à l'extérieur par un trou à l'aide de fils minces. J'ai joint une vidéo des gouvernails en action. Il est assez agréable de voir bouger cet assemblage mécanique.

Bien que les safrans aient fière allure, les premiers tests de conduite ont révélé que le rayon de braquage avec eux est d'environ 10 m, ce qui est tout simplement terrible. De plus, les safrans ont tendance à se déconnecter des servos, rendant le bateau incapable de barrer. Le dernier point faible est le trou pour ces fils. Ce trou était si près de l'eau, que l'inversion l'a fait submerger, inondant ainsi l'intérieur de la coque.

Au lieu d'essayer de résoudre ces problèmes, j'ai retiré les gouvernails tous ensemble, j'ai fermé les trous et j'ai opté pour une solution de poussée différentielle. En poussée différentielle, les deux moteurs tournent en sens inverse pour faire tourner le véhicule. Comme le bateau est presque aussi large que court et que les moteurs sont positionnés loin du centre cela permet de tourner sur place. Cela ne nécessite qu'un petit travail de configuration (programmation des ESC et du contrôleur principal). Gardez à l'esprit qu'un bateau qui utilise une poussée différentielle tournera en rond si l'un des moteurs tombe en panne. J'ai peut-être vécu cela une ou deux fois en raison du problème de pointe actuel décrit à l'étape précédente.

Étape 4: Muscles: Batterie

Il me semble que les composants RC, tels que ceux utilisés dans ce bateau, peuvent être alimentés par à peu près n'importe quoi, allant d'une pile de montre jusqu'à une centrale nucléaire. Évidemment, c'est un peu exagéré, mais ils ont une plage de tension assez large. Cette plage n'est pas écrite dans les enveloppes de données, du moins pas en Volts. Il est caché dans la cote S. Cette note décrit le nombre de cellules de batterie en série qu'elle peut gérer. Dans la plupart des cas, il s'agit de cellules Lithium Polymère (LiPo). Ceux-ci ont une tension de 4,2 V à pleine charge et une tension d'environ 3 V à vide.

Les moteurs des bateaux prétendent être capables de gérer 2s à 6s, ce qui se traduit par une plage de tension de 6V jusqu'à 25,2V. Bien que je ne fasse pas toujours confiance à la limite supérieure, car certains fabricants sont connus pour placer sur leurs cartes des composants qui ne peuvent supporter que des tensions plus basses.

Cela signifie qu'il existe une grande variété de batteries utilisables tant qu'elles peuvent fournir le courant requis. Et en fait, j'ai utilisé plusieurs batteries différentes avant d'en construire une appropriée. Voici un aperçu rapide des trois itérations de la batterie que le bateau a traversées (jusqu'à présent).

1. Batterie LiPo

Lorsque nous avons planifié le bateau, nous n'avions aucune idée de la quantité d'énergie qu'il consommerait. Pour la première batterie, nous avons choisi de construire un pack à partir des cellules bien connues 18650 Lithium Ion. Nous les avons soudés dans un pack 4S 10P à l'aide de bandes de nickel. Ce pack a une plage de tension de 12V à 16,8V. Chaque cellule a 2200mAh et est évaluée à un taux de décharge maximum de 2C (assez faible) donc 2*2200mA. Comme il y a 10 cellules en parallèle, il peut fournir des courants de crête de seulement 44A et a une capacité de 22Ah. Nous avons également équipé le pack d'une carte de gestion de batterie (plus sur BMS plus tard) qui s'occupe de l'équilibrage de charge et limite le courant à 20A.

Lors du test du bateau, il s'est avéré que 20 A de courant maximum sont waaaaay moins que les moteurs consomment et que le BMS coupait constamment le courant si nous ne faisions pas attention au manche de la pédale. C'est pourquoi j'ai décidé de ponter le BMS et de connecter la batterie directement aux moteurs pour obtenir les 44 ampères complets. Mauvaise idée!!! Alors que les batteries ont réussi à fournir un peu plus de puissance, les bandes de nickel, reliant les cellules, ne pouvaient pas le supporter. L'une des connexions a fondu et l'intérieur en bois du bateau a produit de la fumée.

Ouais, donc cette batterie n'était pas vraiment adaptée.

2. Batterie de voiture

Pour ma preuve de concept 2020, j'ai décidé d'utiliser une batterie plus grosse. Cependant, je ne voulais pas dépenser d'argent supplémentaire, j'ai donc utilisé une vieille batterie de voiture. Les batteries de voiture ne sont pas destinées à être complètement déchargées et rechargées, elles doivent toujours être maintenues à pleine charge et utilisées uniquement pour une courte rafale de courant pour démarrer un moteur. C'est pourquoi on les appelle batteries de démarrage. Les utiliser comme batterie pour un véhicule RC réduit considérablement leur durée de vie. Il existe un autre type de batterie au plomb qui a souvent le même facteur de forme et est spécialement conçue pour être déchargée et rechargée plusieurs fois, appelée batterie à décharge profonde.

J'étais bien conscient des défauts de ma batterie, mais je voulais tester rapidement le bateau et la batterie était quand même vieille. Eh bien, il a survécu à 3 cycles. Maintenant, la tension passe de 12V à 5V chaque fois que j'appuie sur l'accélérateur.

3. Batterie LiFePo4

"La troisième fois est un charme", c'est ce qu'ils disent. Comme je ne voulais toujours pas dépenser mon propre argent, j'ai demandé de l'aide à mon université. Effectivement, ils avaient ma batterie de rêve depuis le début. Notre Uni participe au concours "Formula Student Electic" et dispose donc d'une voiture de course électrique. L'équipe de course est auparavant passée des cellules LiFePo4 aux cellules LiPo 18650 car elles sont plus légères. Ils ont donc une réserve de plusieurs cellules LiFePo4 utilisées dont ils n'ont plus besoin.

Ces cellules diffèrent des cellules LiPo ou LiIon par leur plage de tension. Ils ont une tension nominale de 3,2V et vont de 2,5V à 3,65V. J'ai assemblé 3 de ces cellules 60Ah dans un pack 3S. Ce pack peut fournir des courants de crête de 3C aka. 180A et a une tension maximale de seulement 11V. J'ai décidé d'opter pour une tension système inférieure pour diminuer le courant du moteur. Ce pack m'a finalement permis de conduire le bateau pendant plus de 5 minutes et de tester les capacités de conduite autonome.

Un mot sur la charge et la sécurité de la batterie

Les batteries concentrent l'énergie. L'énergie peut se transformer en chaleur et si cette chaleur prend la forme d'un feu de batterie, vous avez un problème sur la main. C'est pourquoi vous devez traiter les batteries avec le respect qu'elles méritent et les équiper de la bonne électronique.

Les cellules de batterie ont 3 façons de mourir.

1. Les décharger en dessous de leur tension nominale minimale (mort froide)
2. les charger au-dessus de leur tension nominale maximale (peut provoquer un gonflement, un incendie et des explosions)
3. tirer trop de courant ou les court-circuiter (je dois donc vraiment expliquer pourquoi cela pourrait être mauvais)

Un système de gestion de batterie empêche toutes ces choses, c'est pourquoi vous devriez les utiliser.

Étape 5: Muscles: Câblage

Le câblage pour la partie musculaire est montré dans la première image. En bas, nous avons la batterie qui doit être fusionnée avec un fusible approprié (pour le moment, il n'y en a pas). J'ai ajouté deux contacts externes pour connecter un chargeur. Ce serait une bonne idée de les remplacer par un connecteur XT60 approprié.

Ensuite, nous avons un gros interrupteur de batterie, qui connecte le reste du système à la batterie. Cet interrupteur a une vraie clé et laissez-moi vous dire, c'est tellement satisfaisant de le tourner et de voir le bateau prendre vie.

Le cerveau est connecté à la masse des batteries tandis que les ESC et les servos sont séparés par une résistance shunt. Cela permet de mesurer le courant à travers la petite connexion orange car cela provoque une petite chute de tension sur la résistance shunt. Le reste du câblage est juste rouge à rouge et noir à noir. Comme les servos ne sont plus vraiment utilisés, ils peuvent simplement être ignorés. Les pompes de refroidissement sont le seul composant du bateau qui nécessite exactement 12 V et elles ne semblent pas bien fonctionner si la tension est supérieure ou inférieure à celle-ci. Par conséquent, ils ont besoin d'un régulateur si la tension de la batterie est supérieure à 12 V ou d'un convertisseur élévateur si elle est inférieure.

Avec la direction du gouvernail, les deux fils de signal ESC iraient au même canal sur le cerveau. Cependant, le bateau utilise maintenant une poussée différentielle. direction à glissement, de sorte que chaque ESC doit avoir son propre canal séparé et les servos ne sont pas du tout nécessaires.

Étape 6: Cerveau: Composants

Le cerveau est une grosse boîte pleine d'électronique intéressante. Beaucoup d'entre eux peuvent être trouvés dans des drones de course FPV, et certains d'entre eux ont en fait été extraits de mon propre drone. La première image montre tous les modules électroniques. Ils sont soigneusement empilés les uns sur les autres à l'aide d'entretoises pour PCB en laiton. Cela est possible parce que les composants FPV se présentent sous des facteurs de forme spéciaux appelés site de pile. De bas en haut, notre pile contient les éléments suivants:

Tableau de distribution électrique (PDB)

Cette chose fait exactement ce que son nom implique et distribue le pouvoir. Deux fils de la batterie entrent et il offre plusieurs plots de soudure pour connecter différents modules à la batterie. Ce PDB propose également un régulateur 12V et 5V.

Contrôleur de vol (FC)

Le contrôleur de vol exécute le firmware ArduPilot Rover. Il fait une variété de choses. Il contrôle les contrôleurs de moteur via plusieurs sorties PWM, il surveille la tension et le courant de la batterie, il se connecte aux différents capteurs et dispositifs d'entrée et de sortie et il dispose également d'un gyroscope. On pourrait dire que ce petit module est le vrai cerveau.

Récepteur RC

Le récepteur est connecté à une télécommande. Dans mon cas, il s'agit d'une télécommande FlySky pour avions RC qui a dix canaux et établit même une communication bidirectionnelle afin que la télécommande puisse également recevoir des signaux du récepteur. Ses signaux de sortie vont directement au FC via un seul fil en utilisant le protocole I-bus.

Émetteur vidéo (VTX)

La boîte à cerveau comporte une petite caméra analogique. Le signal vidéo de la caméra est transmis au FC qui ajoute un affichage à l'écran (OSD) au flux vidéo, contenant des informations telles que la tension de la batterie. Il est ensuite transmis au VTX qui le transmet à un récepteur spécial 5,8 GHz à l'autre extrémité. Cette partie n'est pas strictement nécessaire mais c'est cool de pouvoir voir ce que voit le bateau.

Au-dessus de la boîte se trouvent un tas d'antennes. L'un provient du VTX, deux du récepteur RC. Les deux autres antennes sont les composants suivants.

Module de télémétrie

L'antenne 433MHz appartient à un module de télémétrie. Ce petit émetteur est un périphérique d'entrée/sortie qui connecte le contrôleur de vol à la station au sol (un ordinateur portable avec un dongle USB 433MHz). Cette connexion permet à l'opérateur de modifier à distance les paramètres et d'obtenir des données des capteurs internes et externes. Ce lien peut également être utilisé pour contrôler à distance le bateau.

GPS et boussole

La grosse chose ronde au-dessus du bateau n'est en fait pas une antenne. Eh bien, c'est un peu le cas, mais c'est aussi un module GPS complet et un module de boussole. C'est ce qui permet au bateau de connaître sa position, sa vitesse et son orientation.

Grâce à la croissance du marché des drones, il existe une grande variété de composants parmi lesquels choisir pour chaque module. Le plus probable que vous vouliez changer est le FC. Si vous souhaitez connecter plus de capteurs et avez besoin de plus d'entrées, il existe une variété d'options matérielles plus puissantes. Voici une liste de tous les FC pris en charge par ArduPilot, il y a même un Raspberry Pi.

Et voici une petite liste des composants exacts que j'ai utilisés:

• FC: Omnibus F4 V3S Aliexpress
• Récepteur RC: Flysky FS-X8B Aliexpress
• Ensemble d'émetteur de télémétrie: 433 MHz 500 mW Aliexpress
• VTX: VT5803 Aliexpress
• GPS et boussole: M8N Aliexpress
• Boîtier: 200x200x100 mm IP67 Aliexpress
• Télécommande: FLYSKY FS-i6X Aliexpress
• Récepteur vidéo: Skydroid 5, 8 Ghz Aliexpress

Étape 7: Cerveau: Câblage

Le cerveau obtient sa tension de fonctionnement directement de la batterie. Il obtient également une tension analogique du shunt de courant et émet les signaux de commande pour les deux moteurs. Ce sont les connexions externes accessibles depuis l'extérieur de la boîte du cerveau.

L'intérieur a l'air beaucoup plus alambiqué. C'est pourquoi j'ai fait le petit schéma de câblage sur la première photo. Cela montre les connexions entre tous les différents composants que j'ai décrits à l'étape précédente. J'ai également fabriqué quelques rallonges pour les canaux de sortie PWM et le port USB et les ai acheminées à l'arrière du boîtier (voir image 3).

Pour monter la pile sur la boîte, j'ai utilisé une plaque de base imprimée en 3D. Comme les composants (en particulier le VTX) produisent de la chaleur, j'ai également fixé un ventilateur de 40 mm avec un autre adaptateur imprimé en 3D. J'ai ajouté 4 pièces en plastique noir sur les bords pour visser la boîte sur le bateau sans avoir besoin d'ouvrir le couvercle. Les fichiers STL de toutes les pièces imprimées en 3D sont joints. J'ai utilisé de l'époxy et de la colle chaude pour tout coller.

Étape 8: Cerveau: configuration d'ArduPilot

Le Wiki Ardupilot décrit comment configurer un rover en détail. Voici la documentation Rover. Je vais seulement gratter la surface ici. Il y a essentiellement les étapes suivantes pour faire fonctionner un ArduPilot Rover une fois que tout est correctement câblé:

1. Flash ArduPilot Firmware to FC (Conseil: vous pouvez utiliser Betaflight, un logiciel de drone FPV courant, pour cela)
2. Installez un logiciel de station au sol comme Mission Planner et connectez la carte (voir l'interface utilisateur du planificateur de mission dans l'image 1)

3. Faire une configuration matérielle de base

   • calibrer le gyroscope et la boussole
   • calibrer la télécommande
   • configurer les canaux de sortie

4. Faites une configuration plus avancée en parcourant la liste des paramètres (image 2)

   • capteur de tension et de courant
   • mappage des canaux
   • LED
5. Faites un essai routier et réglez les paramètres de l'accélérateur et de la direction (image 3)

Et boum, vous avez un rover autonome. Bien sûr, toutes ces étapes et paramètres prennent du temps et des choses comme l'étalonnage de la boussole peuvent être assez fastidieuses, mais avec l'aide de la documentation, des forums ArduPilot et des didacticiels YouTube, vous pouvez éventuellement y arriver.

ArduPilot vous offre un terrain de jeu avancé de centaines de paramètres que vous pouvez utiliser pour construire à peu près n'importe quel véhicule autonome auquel vous pouvez penser. Et si vous manquez quelque chose, vous pouvez vous engager avec la communauté pour le construire car ce grand projet est open source. Je ne peux que vous encourager à l'essayer, car c'est probablement le moyen le plus simple d'entrer dans le monde des véhicules autonomes. Mais voici un petit conseil de pro: essayez-le avec un véhicule simple avant de construire un bateau RC géant.

Voici une petite liste des paramètres avancés que j'ai définis pour ma configuration matérielle particulière:

• Mappage des canaux modifié dans RC MAP

  • Pas 2->3
  • Accélérateur 3->2
• LED RVB I2C activées
• Type de cadre = Bateau

• Configuration de la direction à glissement

  • Canal 1 = ThrottleLeft
  • Canal 2 = ThrottleRight
• Canal 8 = FlightMode
• Canal 5 = Armement/Désarmement

• Configuration du moniteur de courant et de batterie

  • BATT_MONITOR=4
  • Redémarrez ensuite. BATT_VOLT_PIN 12
  • BATT_CURR_PIN 11
  • BATT_VOLT_MULT 11.0

Étape 9: Cerveau: Contrôleur LED personnalisé

Premier prix du concours Make it Move 2020