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Fabrication de mon Drone (article a suivre)


Eyolon

Question

Bonjour a tous

Il y a TRÈS longtemps, je m'étais inscrit sur se forum en quêtes de réponses a propos de la fabrication de mon propre Drone. Le projet avait été remis a plus tard car Je n'avais pas commencé l'allocation du budget et je fabriquais mon imprimante 3D

Aujourd'hui je suis content de vous annoncer que le projet a commencé et qu'il est en bonne voie

 

Cet article servira de journal de bords a mon projet, je souhaite partager mon expérience a travers se projet a tous ceux qui veulent créer leurs bébé.  

J'ai décidé de crée l'UC avec un teensy 3.1 et de pousser le vice a le rendre multi fonctionnel (pour d'autre projet de "robot")

I'UC embarquera un GPS, un Gyro/Accelero/boussole (9 deg de mesures), du WIFI, un système radio et une batterie (maximiser l'autonomie du drone)

LISTE DES COMPOSANT UC

Teensy 3.1 https://www.sparkfun.com/products/12646

GP-635T https://www.sparkfun.com/products/11571

RN-XV WiFly https://www.sparkfun.com/products/11047

LSM9DS0 https://www.sparkfun.com/products/11047

nRF24L01+ https://www.sparkfun.com/products/705

LIPO Charger ADD ON https://www.tindie.com/products/onehorse/lipo-battery-charger-add-on-for-teensy-31/

Battery LIPO (Récupération mais plus tard, vise : https://www.sparkfun.com/products/8483 )

 

La caméra sera pas forcément de haute facture (2MP pour la première version mais peu être que plus tard j'en mettrais une mieux)

 

MAJ -> Finalement j'ai commandé une caméra plus performante a 5MP qui autorise 1080p et 720p...

L'idée est de crée un module amovible pour l'utiliser ailleurs également. Posé sur 2 servo, elle va me permettre de faire du 360 degré.

LISTE DES COMPOSANT CAMERA

ARDUCAM 5MP OV5642 REV C http://fr.aliexpress.com/store/product/Arducam-Mini-module-Camera-Shield-w-5-MP-OV5642-for-Arduino-UNO-Mega2560-board/116008_32361378054.html

SERVO POWERHD-1800

 

 

Les deux membres sont sur proto-shield de 2" ronde : https://www.sparkfun.com/products/8810

qui a déja pas mal morflé (plus ou moins de la récup en fait)

 

PLAN REPARTITION SORTIE UC
plan_u10.png

UPDATE DU 25/04/2016

Mon projet a donc aboutis a la première version de base : Le drone est "pilotable" par wifi et décolle du sol.

A cette étape de ce projet je peu déja faire l'affirmation suivante : la fabrication 100% DIY d'un drone est possible. Dans mon cas c'est LENT a l'insu de mon plein gré : les contraintes de la vie quotidienne, projet réalisé sur mon temps libre et qui vient à se faire rare de part mon statu d'étudiant en alternance.

Cependant je suis content de ce que j'ai fait même si j'ai eu le droit a pas mal de cassage de dent sur des problèmes diverses et varié, il étais évident que je m'exposais a des problèmes. 

Si c'étais à re faire je le ferais sans hésiter cependant a ce stade je sais que j'aurais modifié certaines choses :

D'abord la transmission vidéo : j'aurais du commencer par partir sur un ensemble autonome de caméra + transmetteur radio 5.8ghz indépendant. Cela m'aurais donnés des résultat plus vite pour la partie FPV (Je vais d'ailleurs lancer un petit projet en parallèle qui va en nécessiter un, je vais voir a rendre tout ça modulable)

Ensuite le gyroscope : j'utilise une board de sparkfun qui est performante mais j'aurais pus utiliser un module fais exprès pour la teensy (avec la même puce !) et j'aurais pus bénéficié d'un système interruption propre pour rendre les cycles de lecture efficace et synchrone. (Je songe sérieusement a trouver le moyen de dessouder ce que j'ai fait et par la suite intégrer ce module).

Dans les prochains jours je vais entamer l'application de correction(compensation) sur les moteurs par le gyro ainsi que le pilotage par la radio. La manette est finie a 90 % (juste 2 boutons rebelles et un axe de gâchette pas stable)
manque a souder la radio dessus mais avant je veux le faire coté drone pour être sur des connexions des PIN.

Je compte en tout cas a la fin faire un GROS retour d'expérience (surement un article a part) et déformation pro oblige : un "livrable" de tout le projet que je distribuerais a ceux qui souhaite.

 

Edited by Eyolon
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Une seule problématique reste sur le sujet : j'ai besoin de jauger la batterie qui me servira a alimenter les moteurs (lipo 11.1) 
et je ne sais pas comment faire ! je sais qu'il existe des testeurs de tension pour batterie qui se branche sur la fiche avec 4 pin femelle mais je sais pas ce qui passe par ces fils ! Par soucis d'évolution j'ai également prévus de mettre les port encadré en rouge en externe (qui ira sur la platine drone) pour divers composant supplémentaire. Cependant ce choix est pas définitif et si je trouver une réponse à ma problématique sur ces ports sa sera que bénéfique.
(En résumant on va avoir 3 entré/sortie Digital, ET/OU 2 entré/sortie Analogique ET/OU un bus CAN ET/OU 2 PWM en plus ET/OU une entré "Touch" ET un DAC... cool nan ? )

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Problème résolu. Grace a la réponse de Maxmodelisme

il me suffit de repiquer 3 entrée analogique sur la lecture de la prise d'équilibrage. ma batterie étant une 3s si je dit pas d'idiotie elle suivra un tableau similaire sur les 3 éléments :

 perc.png

 

je n'aurais plus qu'a lire les 3 pates simultanément et évaluer l'état de chaque éléments. Du coup je doit revoir mon tableau de sorties.



plan_u11.png

 

Edit : le prochain post je mettrais des photo de l'avancement de l'UC. j'ai commander les composant manquant : l'emeteur radio et la camera ainsi que des gaines thermos. d'ici que tout arrive je vais commencer la partie mécanique de la caméra.

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J'ai enfin reçu mes gaines thermos du coup j'ai commencé les soudure (exit la bread board)

voici quelques photos du module UC (que j'ai baptisé 8RA1N). Tout n'est pas gainée mais j'en re-mettrais au fur et a mesure pour
que se soit propre.

 

dsc_0210.jpg

dsc_0211.jpg

 

Pour ceux qui se demande, la vis le boulon double écrou est la pour ajuster le gyroscope (plaque en rouge)

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Merci ^^ à l heure actuel le gps est OK, le wifi est capable de se mettre en mode ad-hoc avec un nom perso et un MDP wpa2, le gyro est fonctionnel et j ai implémenter un algorithme pour l asservissement des moteurs, je test les sortie pwm pour le esc se soir et le plus crucial est maintenant d arriver à ce que je transmette des informations par le wifi. Le protocol udp est cool j ai définis en dur un port et une adresse il me reste à coder d envoyer vraiment les infos. La prochaine étape sera aussi d arriver à dialoguer avec le drone pour le configurer et lui passer des commandes du genre accélére ou tourne etc... La radio étant un peu moins complexe à piloter je me fait moins de soucis. J ai récupérer un vieux PC portable que je vais intégrer à un malette de transport et l amenager pour en faire une base opérationnelle et les croquis sont terminé pour la structure reste qu à commander hélice et moteur et batterie pour tout mettre en côte et imprimer un proto en ABS (le final sera imprimée en fil enrichis en carbon)

dsc_0311.jpg

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En fait va y avoir 2 transmission, du wifi ou une radio 2.4 GHz. L idée est de rendre le drone pilotable sur mon smartphone ou ordi, ou par télécommande (j ai une carcasse de manette Xbox 360-like qui va servir à ca, un autre projet !) ou même de faire les deux : vidéo par wifi et pilotage par radio. Je peu couper les deux émetteur et le GPS à ma guise en cas de besoin d eco énergétique. Et je travaille sur une routine ou le drone pourra se rendre carrément à une adresse GPS envoyé ou stocker ( du genre celle au décollage)

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Hello, j'ai pas avancé a la vitesse souhaité en revanche voila ou j'en suis : je récupères les coordonnées GPS, les info Gyroscope et l'état de batterie interne et je les envois via l'UDP sur un serveur via le Wifi. J’essaierais de faire une vidéo prochainement, en se moment je suis sur l'analyse des trame NMEA reçus et ensuite je regarderais a la caméra.

Le wifi crée un mode Adhoc avec un nom personnalisé, un WPA2 personnalisé et un serveur DHCP. pour l'instant l'adresse IP du serveur est stocké en "dur" dans le teensy, mais il est possible de repérer qui se connecte (ID de la machine) et l'adresse IP qui lui est donnée. Il est donc possible de récupérer une adresse fournie dynamiquement. ceci étant un fonction mineur, je verrais ca après.

J'approche bientôt de la fin des fonctions de base, il me reste la transmission de donnés PC->Drone et la caméra. Le pilotage des 2 Servo pour la caméra de manière basique est prête et le pilotage des ESC aussi (sa se pilote comme un Servo).

 

Les fonctions qui marqueront la V1 du drone seront : Caméra, pilotage des 2 cerveaux, réception GPS et compréhension des trames reçues, Utilisation du Gyroscope pour stabiliser l'assiette de vol, pilotage ESC, Gestion de la batterie Lipo pour les moteurs et interne et Communication Wifi avec le PC

Les fonctions de V2 seront : Paramétrage du drone par wifi, ajout de la radio et compensation automatique des servo de caméra en fonction de l'assiette du drone (genre si le drone fait un roulis, le servo corrige pour que la camera fixe le meme objectif et qu'elle subisse pas le mouvement du drone)

Du point de vue de la caméra : tout est a faire ! je doit faire les plan 3D et imprimer des pieces pour fixer les 2 servo pour recuperer 2 axes de rotations et fixer la caméra sur l'ensemble, créer les soudures et la coque

 

Du coté design, je sais a quoi ressemblera le drone, il me manque les plans 3D. mais pour les faires j'ai besoin des moteurs, des hélices et de la LIPO pour tout dimensionner.

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Hélas pour le moment la vidéo attendra : le transistor NPN n'étais pas une solution, la solution est en fait un MOSFET si je veux arriver a contrôler l'alimentation des composant comme le WiFi ou la radio. 

Du coup en attendant ces prochains composants, je commence à designer la coque pour le drone. Imprim écran dès que j'ai le concept !

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Hello !

Voici le compte rendue de certaines idée qui me sont apparue en attendant les mosfet (livraison from china, sa peu etre long)
Donc en attendant les élément pour la partie alim de l'UC, je peu faire ceci : 

 

Imprimer en 3D un ensemble de "socle" pour "prototyper" l'UC. l'idée est pas de faire une coque ou un rendu esthétique comme le modèle posté au dessus mais de le rendre viable pour la suite des opérations.

 

Finir la partie caméra (j'avoue, j'ai du mal a me mettre dessus, vu que je n'ai pas encore fais la prise en main pour les images).

 

j'ai un peu reflechis au PC embarqué : je vais finalement opté pour prendre un PC portable + RaspBerry Pi. Le raspberry utilisera un transmetteur radio pour emettre et recevoir les images et infos, les retransmettre au PC via USB Ethernet (Reseau Local) pour monitorer les données ou a des lunettes écran (vieux modèle mais qui serait utile quand même, je refléchis même a m'imprimer un chassie de casque exprès pour les connecter d'ailleurs). le pc portable permettrais une utilisation du Wifi et d'alimenter mon Raspberry via l'USB.

 

J'ai aussi "fluidifier" mon code arduino et je bosse sur les algo et le perfectionnement de la gestion du tout. 

Sinon quelques explication sur la forme de la coque final du drone. Pourquoi la "queue" en arrière comme le vaisseau de Babo Fett ?

Simple : je projette de pouvoir fixer la batterie lipo dessus avec des serflex. c est encore a l'étude mais sa justifierais de la forme peu commune que j'envisage pour le drone a la fin.

Du coté perso : en se moment j'ai "upgrade" mon imprimante 3D dans le sens ou l'extrudeur est devenu amovible (plus facile pour l'entretien donc) mais surtout que je vais entamer le projet d'upgrade le firmware pour pouvoir graver des PCB avec un moteur style dremel et un forêt (en fait une fraise).

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Bonjour à tous ! 

C'est un grand jour, je me suis décidé a commander mes composants sur hobbyking.

Après nombre de simulation sur ecalc, voila la config que j'ai prise :
 

Multistar High Capacity 3S 5200mAh Multi-Rotor Lipo Pack

Turnigy Multistar 20A V2 Slim BLHeli Multi-Rotor Brushless ESC 2-6S

MT2213-935KV MultiStar Motor and Propeller Combo 10x4.5 CW/CCW

 

Le poids pourra varier de 800g a 1.2Kg propulsion comprise, a la fabrication finale (bien que 1Kg me parait plus réaliste)

Une fois que j'aurais reçus ma commande je pourrais commencer a designer le chassis pour de bon (cote des moteurs, prise en compte des pales des hélices...)

EDIT 1 : Voici une capture du "Proto UC", impréssion 3D prévue se soir. j'espère pas avoir a la ré itéré !

Les composant (Recepteur GPS, Transmetteur Wifi et Radio) Seront fixé par serflex (pour facilement démonté l'ensemble)

proto10.png

 

EDIT 2 : Here we are ! 

dsc_0310.jpg

 

Edit 3 : Va falloir quelques modifs pour perfectionner la pièce (au dela du coté proto, je compte faire une version avec juste le disque pour une version allégé) : il faut rajouter un serflex pour le WiFi et Corriger celui pour la radio.

 

un petit réglage interne de l'imprimante 3D est aussi a faire : la pièce aurais du faire 50mm de diamètre et elle n'en fais que 49. 

 

dsc_0311.jpg

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Quelques nouvelles : la caméra est "mécaniquement" prête, je posterais une photo bientôt. (voir une vidéo, c'est rigolo de la voir tourner ^^)

Je suis passé à l'ABS sur mon imprimante 3D. le truc c'est que mon lit chauffant est pas assez performant pour éviter la rétraction dès pièces. du coup j'en ai commandé un autre qui va arriver d'ici fin septembre (come from china =="). J'ai finalement décidé d'une forme pour le châssis et les pattes, j'ai commencer le design 3D.

Pour le reste : 80% des soudure de l'UC sont finie : j'ai en fonctionnel : le wifi le GPS les sortie pour les ESC, le Gyroscope et les servomoteurs pour la caméra. Reste a souder les connexions pour la camera, la radio et les GPIO pour tester la LI-PO mais j'ai un soucis : ma caméra utilise I2C ET SPI donc je doit revoir mon schéma de gestion des sorties. Faut aussi que je revois la gestion énergétique de l'UC.

j'avais eu des doutes sur l'alimentation de mes servo et de la camera (5V alors que le teensy délivre du 3.3V) mais finalement la solution est conne : les ESC sont BEC donc peuvent alimenter ce petit monde en 5V dans la limite de 1Ah sur la batterie LI-PO.
 

J'ai trouvé aussi une petite doc sur la gestion des moteurs pour le pilotage du drone (j'avais des doutes mais avec ça je sais ou me lancer : http://genelaix.free.fr/IMG/pdf/drone_comment_fonctionne_un_drone.pdf)

J'espère avancer vite prochainement et poster des photos. Ma priorité absolue pour le moment est la résolution de mon soucis pour la caméra et la radio.

 

dsc_0313.jpg

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drone10.png

 

Voici ou j'en suis pour le design des pièces. Pour le moment c'est relativement basique mais j'aurais bientôt les ailes et me manquera  plus que le train atterrissage. Comme j'ai pas encore le lit chauffant je peu pas imprimer de proto. je vais donc prendre un peu mon temps pour designé quelque chose de correct. je pense que le plus dure sera d'arriver a modéliser des cotes pour permettre la pause et le calage du moteur.

 

Par contre j'ai un autre problème : mes moteurs ont 3 fils noir ! je peu pas les distinguer :(

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TRES MAUVAISE NOUVELLE ! J'étais en train de tester les dernières intégrations sur l'UC et le pire est arrivé : j'ai grillé mon Teensy Sniff! Ca va être chaud de le remplacer ! Surtout que la version 3.2 est sortie et c'est pas compatible a mon schéma de câblage ! je suis dans la mouise. J'abandonne pas ! je vais me concentrer sur le reste de la conception en attendant. 

 

La cause du grillage est conne (je m'en veux de pas avoir tester avant !) je voulais tester ma fonction moniteur de la batterie LIPO dans le sens ou je pensais que la prise avec 4 fils c'étais GND et 3 fils de 3.3V mais non !!!! un premier fils donne 3.7 , l'autre 7.4 et la derniere 11.1 ! et moi dans ma grande idiotie je teste (en plus) le fils de 11.1 direct ! résultats : teensy grillé : je branche la batterie dessus et il chauffe. il est mort. :( je vais devoir en re - commander un et le temps qu'il arrive je pense que j'aurais avancer sur la structure (surtout que j'ai aussi toute les pin a déssouder... ha lala la misère ! 

EDIT 1 : j'ai finalement réussi à trouver un 3.1 à un prix raisonnable (-20 euro FDP IN) sur amazon. UK.
 

Reste a espérer que je vais arriver a bien déssouder l'autre et que ma board pour l'alimenter est encore seine (normalement oui le AGND n'est relié a rien dessus) En attendant une autre idée pour mesurer les tensions, cette fonction est  suspendu mais je laisse les port alloué à ça.

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