Tricoptère imprimé en 3D à commande vocale : 23 étapes (avec photos)

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

Il s'agit d'un drone Tricopter entièrement imprimé en 3D qui peut être piloté et contrôlé par commande vocale à l'aide d'Alexa d'Amazon via une station au sol contrôlée par le Raspberry Pi. Ce Tricopter à commande vocale est également connu sous le nom d'Oliver le Tri.

Un Tricopter, contrairement à la configuration de drone plus courante d'un Quadcopter, n'a que 3 hélices. Pour compenser un degré de contrôle en moins, l'un des rotors est incliné par un servomoteur. Oliver the Tri dispose d'un pilote automatique Pixhawk, un système de pilote automatique avancé largement utilisé dans la recherche ou l'industrie des drones avancés. Ce système de pilote automatique est capable d'une grande variété de modes de vol, y compris le suivi, la navigation par points de cheminement et le vol guidé.

Alexa d'Amazon utilisera le mode de vol guidé. Il traitera les commandes vocales et les enverra à la station au sol, qui mappe ces commandes sur MAVLink (Micro Air Vehicle Communication Protocol) et les envoie au Pixhawk par télémétrie.

Ce tricopter bien que petit est puissant. Il mesure environ 30 cm de long et pèse 1,2 kg, mais avec notre combo hélice et moteur, il peut soulever jusqu'à 3 kg.

Étape 1: Matériaux et équipement

Tricoptère

• 3 moteurs à courant continu sans balais
• 3 arbres de moteur
• 3 Contrôleur de vitesse électronique 40A
• Hélices composites 8x4 CCW
• Tableau de distribution d'énergie
• Fils et connecteurs
• Servomoteur TGY-777
• Batterie et connecteur de batterie
• 6x 6-32x1" boulons de cisaillement, écrous*
• 3M Double verrouillage*
• Attaches zippées*

Pilote automatique

• Kit de pilote automatique Pixhawk
• GPS et boussole externe
• Télémétrie 900MHz

Contrôle RC de sécurité

• Paire émetteur et récepteur
• Encodeur PPM

Station au sol à commande vocale

• Kit Raspberry Pi Zero W ou Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot ou tout autre produit Amazon Echo

Équipement et outils

• Poste de soudure
• Imprimante 3D
• Pince à bec effilé*
• Tournevis*
• Jeu de clés Allen*

* Acheté dans une quincaillerie locale

Étape 2: Organisation du contenu

Comme il s'agit d'un projet assez complexe et à long terme, je propose un moyen d'organiser cette construction en trois sections principales qui peuvent être exécutées simultanément:

Matériel: Le cadre physique et le système de propulsion du tricoptère.

Pilote automatique: le contrôleur de vol calcule le signal PWM pour fournir chacun des 3 moteurs sans balais et du servomoteur en fonction de la commande de l'utilisateur.

Contrôle vocal: Cela permet à l'utilisateur de contrôler le drone à l'aide de commandes vocales et de communiquer via le protocole MAVLINK avec la carte Pixhawk.

Étape 3: Téléchargement des pièces du cadre Tricopter

L'ensemble du cadre du tricoptère est imprimé en 3D sur l'Ultimaker 2+. Le cadre est séparé en 5 composants principaux afin de s'adapter à la plaque de construction de l'Ultimaker 2+ et de faciliter la réimpression et la réparation de pièces particulières au cas où elles seraient endommagées lors d'un accident. Elles sont:

• 2 bras moteurs avant (main-arm.stl)
• 1 bras de queue (tail-arm.stl)
• 1 Pièce de liaison entre le tail am et les deux bras moteurs avant (tail-arm-base.stl)
• 1 support de moteur de queue (motor-platform.stl)

Étape 4: Impression 3D du cadre Tricopter

Imprimez ces pièces avec au moins 50 % de remplissage et utilisez des lignes comme motif de remplissage. Pour l'épaisseur de la coque, j'utilise une épaisseur de paroi de 0,7 mm et une épaisseur supérieure/inférieure de 0,75 mm. Ajoutez l'adhérence de la plaque de construction et sélectionnez le bord à 8 mm. Ce cadre a été imprimé avec du filament plastique PLA, mais vous pouvez utiliser du filament plastique ABS si vous préférez un tricopter plus robuste mais plus lourd. Avec ces paramètres, il a fallu moins de 20 heures pour tout imprimer.

Si le bord ne colle pas à la surface d'impression de l'imprimante 3D, utilisez un bâton de colle et collez la jupe sur la surface d'impression. À la fin de l'impression, retirez la plaque de construction, lavez l'excès de colle et essuyez-la avant de la remettre dans l'imprimante.

Étape 5: Retrait des supports et du bord

Les pièces imprimées en 3D seront imprimées avec des supports partout et avec un bord extérieur qui doit être retiré avant l'assemblage.

Le bord est une seule couche de PLA et peut être facilement décollé de la pièce à la main. Les supports en revanche, sont beaucoup plus difficiles à enlever. Pour cela, vous aurez besoin d'une paire de pinces à bec effilé et d'un tournevis à tête plate. Pour le support qui ne se trouve pas dans des espaces clos, utilisez la pince à bec effilé pour écraser les supports et le retirer. Pour les supports à l'intérieur des trous ou des espaces clos difficiles à atteindre avec une pince à bec effilé, percez le trou ou utilisez un tournevis à tête plate pour le retirer par le côté, puis retirez-le avec la pince à bec effilé. Lorsque vous retirez les supports, soyez doux avec la pièce imprimée en 3D car elle peut se casser si vous la stressez trop.

Une fois les supports retirés, poncez les surfaces rugueuses où se trouvaient les supports ou découpez soigneusement le support restant avec un couteau de loisir. Utilisez un foret de ponçage ou de meulage et un dremel pour lisser les trous de vis.

Étape 6: Assemblage du cadre du tricoptère

Pour l'assemblage, vous aurez besoin de six boulons (de préférence des boulons de cisaillement, 6-32 ou plus minces, 1 de long) pour fixer le cadre ensemble.

Prenez les pièces imprimées en 3D appelées main-arm. STL et tail-arm-base. STL. Ces composants s'imbriquent comme un puzzle, la base du bras de queue étant prise en sandwich au milieu des deux bras principaux. Alignez les quatre trous de vis puis insérez les boulons par le haut. Si les pièces ne s'emboîtent pas facilement, ne les forcez pas. Poncez la base du bras de queue jusqu'à ce qu'ils le fassent.

Ensuite, faites glisser le bras de queue sur l'extrémité saillante de la base du bras de queue jusqu'à ce que les trous de vis s'alignent. Encore une fois, vous devrez peut-être poncer avant qu'il ne s'adapte. Boulonnez-le par le haut.

Pour assembler la plate-forme du moteur, vous devez d'abord insérer le servo dans l'ouverture sur le bras de queue, pointant vers l'arrière. Les deux trous horizontaux doivent s'aligner avec les trous de vis sur le servo. Si l'ajustement par friction n'est pas suffisant, vous pouvez le boulonner en place à travers ces trous. Ensuite, placez le guignol sur le servo mais ne le vissez pas. Cela vient dans un instant.

Glissez l'axe de la plate-forme du moteur dans le trou à l'extrémité du bras de queue et de l'autre côté sur le klaxon. La corne doit bien s'insérer dans l'encart sur la plate-forme. Enfin, placez la vis du klaxon à travers le trou de la plate-forme et le klaxon, comme indiqué sur l'image ci-dessus.

Étape 7: Installation des moteurs

Les moteurs sans balais ne seront pas livrés avec les essieux d'hélice et la plaque transversale de montage pré-attachées, alors vissez-les d'abord. Ensuite, vous les boulonnez sur la plate-forme du moteur et les bras principaux du tricoptère à l'aide des vis fournies avec celui-ci ou des vis et écrous M3. Vous pouvez attacher les hélices à cette étape pour assurer le dégagement et admirer votre travail, mais retirez-les avant les tests pré-vol.

Étape 8: Câblage de la carte de pilote automatique

Connectez les capteurs à la carte de pilote automatique Pixhawk comme indiqué dans le schéma ci-dessus. Ceux-ci sont également étiquetés dans la carte du pilote automatique elle-même et sont assez simples à connecter, c'est-à-dire que le buzzer se connecte au port Buzzer, le commutateur se connecte au port du commutateur, le module d'alimentation se connecte au port du module d'alimentation et la télémétrie se connecte au port telem1. Le GPS et la boussole externe auront deux jeux de connecteurs. Connectez celui avec plus de broches au port GPS et le plus petit à I2C.

Ces connecteurs DF13 qui vont dans la carte de pilote automatique Pixhawk sont très fragiles, alors ne tirez pas sur les fils et poussez et tirez directement sur le boîtier en plastique.

Étape 9: Câblage du système de communication radio

Le système de communication de contrôle radio sera utilisé comme sauvegarde de sécurité pour contrôler le quadricoptère en cas de dysfonctionnement de la station au sol ou d'Alexa ou de confondre une commande avec une autre.

Connectez l'encodeur PPM au récepteur radio comme indiqué dans l'image ci-dessus. L'encodeur et le récepteur PPM sont tous deux étiquetés, connectez donc S1 à S6 aux broches de signal 1 à 6 de votre récepteur. S1 aura également un fil de terre et de tension avec lui, qui alimentera le récepteur via l'encodeur PPM.

Étape 10: Souder la carte de distribution électrique

Le PDB recevra l'entrée de la batterie Lithium Polymère (LiPo) avec une tension et un courant de 11,1 V et 125 A, et la distribuera aux trois ESC et alimentera la carte de pilote automatique Pixhawk via le module d'alimentation.

Ce module d'alimentation a été réutilisé à partir d'un précédent projet réalisé en collaboration avec un ami.

Avant de souder les fils, coupez le thermorétractable pour qu'il s'adapte à chacun des fils, afin qu'il puisse être glissé sur l'extrémité soudée exposée plus tard pour éviter les courts-circuits. Soudez d'abord les fils du connecteur XT90 mâle aux plots PDB, puis les fils 16 AWG aux ESC, suivis des connecteurs XT60 sur ces fils.

Pour souder les fils sur les plots PDB, vous devez les souder verticalement afin que le thermorétractable puisse passer à travers et isoler les bornes. J'ai trouvé plus facile d'utiliser les mains secourables pour tenir les fils à la verticale (en particulier le gros câble XT90) et de le placer sur le PDB posé sur la table. Puis soudez le fil autour du plot PDB. Ensuite, faites glisser le thermorétractable vers le bas et chauffez-le pour isoler les circuits. Répétez cette opération pour le reste des fils ESC. Pour souder le XT60, suivez l'étape précédente sur la façon dont la borne de batterie ESC a été remplacée par des XT60.

Étape 11: Câblage des moteurs et des contrôleurs de vitesse électroniques

Étant donné que nous utilisons des moteurs à courant continu sans balais, ils seront livrés avec trois fils qui se connecteront aux bornes à trois fils du contrôleur de vitesse électronique (ESC). L'ordre de la connexion du câble n'a pas d'importance pour cette étape. Nous vérifierons cela lorsque nous allumerons le tricoptère pour la première fois.

La rotation des trois moteurs doit être dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Si un moteur ne tourne pas dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, inversez deux des trois fils entre l'ESC et le moteur pour inverser la rotation.

Connectez tous les ESC au tableau de distribution d'alimentation pour alimenter chacun d'eux. Ensuite, connectez l'ESC avant droit à la sortie principale du pixhawk 1. Connectez l'ESC avant gauche à la sortie principale 2 du pixhawk, le servo à la sortie principale 7 et l'ESC arrière restant à la sortie principale 4.

Étape 12: Configuration du micrologiciel du pilote automatique

Le firmware choisi pour cette version tricopter est l'Arducopter d'Ardupilot avec une configuration Tricopter. Suivez les étapes de l'assistant et sélectionnez la configuration du tricoptère dans le firmware.

Étape 13: Étalonnage des capteurs internes

Finaliste du défi activé par la voix