Drone

De Fab Lab Sud31-Val d'Ariège
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Les objectifs

L'objectif est de réaliser un drone soi-même, DIY ou Do It Yourself pour les Geek !! Pour ceux qui en possède déjà un il s'agira d'améliorer des fonctionnalités : vidéo, télécommande,... L'objectif est de pouvoir le réaliser à moindre coût ( <100€ ) tout en de donnant la possibilité de l'enrichir en fonctionnalités.

Les besoins Partir sur une base (qui vole) et pouvoir l'améliorer pour en faire une bete de course. On veut donc pouvoir voler dehors meme avec un peu de vent On veut qu'il soit basé sur des briques Open Source : BSD Modifiée (ou MIT) ou GPL

Architecture du drone

   Généralités


   Type de drone : quadricoptère, mini-Quad ou avion

Il existe plussieurs types de drones. Les Quadricoptères Sur le principe d'un hélicoptère il décolle à la verticale. Il est équipé de 4 moteurs (quadri) mais dans la meme famille on peut en trouver avec 6 ou 8.

Les Mini-Quad : Ces petits quadricoptères, contrairement à leurs homologues de classe supérieure, sont avant tout destinés à l’acrobatie, à la pratique du vol en immersion (FPV), ou même de courses… voir plusieurs de ces activités à la fois! Le principe?

       petit, pour l’emmener partout
       résistant, pour un maximum de fun
       pas cher, pour ne rien gâcher


Les Avions enfin

... ont la forme d'un avion ! Si. 
Plutot adapté pour faire de longues distances, emporter du poids,...


   Taille, poids et autonomie

Dans tous les métiers il y a un triangle des Bermudes ... pour les Geek c'est "Cout, Qualité, délais" !! pour les drones c'est "Taille, poids, autonomie"


   Le châssis

C’est la structure de votre drone, c’est sur lui que vous allez monter le reste des pièces (donc sa taille dépend de ce que l'on veut y mettre : caméra,....). De lui dépend le comportement général de votre drone mais aussi son autonomie. Un châssis ultra léger vous permettra de gagner en autonomie. Des bras longs amélioreront la stabilité alors que des bras plus courts permettront des figures plus acrobatiques. On en trouve principalement à base d’aluminium ou de fibre de carbone. Il existe des dizaines de formes différentes. Les châssis en aluminium sont facile à fabriquer et bon marché. Vous trouverez des dizaines de personnes qui expliquent comment elles ont fabriqué leur chassis pour quelques dizaines d’euros et un peu d’imagination. On trouve également des châssis en carbone bon marché. Et pour débuter ... se souvenir qu'un drone ça peut tomber !

Exemples - Châssis quad racer carbone ge260:

   Support pour caméra anti-vibration intégré
   Système « clean & dirty » pour isoler les vibrations des bras moteurs du reste du châssis

http://www.banggood.com/GE260-Carbon-Fiber-FPV-Mini-Quadcopter-Frame-Kit-CC3D-Compatible-p-945687.html?p=XC2706231108201307E0

- Chassis H250 ZMR 250 en carbonne, frais de port gratuit http://www.banggood.com/H250-ZMR250-250mm-Carbon-Fiber-Mini-Quadcopter-Multicopter-Frame-Kit-p-933185.html?p=OY2106728901201408U4

- RCX H250CF-3K FPV Quadcopter http://www.myrcmart.com/product_info.php?currency=EUR&products_id=8092

- LS 250 Cicada (qui en plus, à des bras repliables) http://www.banggood.com/fr/LS-250-Cicada-2500mm-FPV-Quadcopter-Fiberglass-Folding-Frame-Kit-p-954297.html?p=XC2706231108201307E0

- QAV 250 (support caméra) http://www.banggood.com/fr/QAV250-250mm-Mini-FPV-Quadcopter-Carbon-Fiber-Frame-Kit-QAV250-p-941819.html?p=XC2706231108201307E0

- Diatone FPV 17# V3-b (Toute l’électronique est sur amortisseurs et le châssis intègre une carte de distribution) http://www.banggood.com/fr/Diatone-DIY-FPV-17-V3-b-PCB-Frame-Kit-230mm-Damping-Frame-p-938377.html?p=XC2706231108201307E0

Liens Chassis :

   http://tf3dm.com/3d-models/drone
   

chassis 3D 1: http://www.thingiverse.com/thing:261298/#files chassis 3D 2 : http://www.thingiverse.com/thing:62853 chassis 3D 3 : http://www.thingiverse.com/thing:375971/#files Chassis 3D 4 : http://www.thingiverse.com/thing:691639/#files Chassis 3D 5 : http://www.thingiverse.com/thing:509779 Chassis 3D 6 :http://www.thingiverse.com/thing:629338

Bref on a le choix entre 20 et 40€ pour un premier prix ... et au final un poids...à propulser.

   La propulsion
   Moteurs & Hélices
   Un sujet super important et pas simple...: les moteurs. Il affecte la vitesse, le temps et la performance de vol et il en existe une quatité et un choix monstreux.
   Alors commençons par les élices, c'est plus simple. Pour un miniquad il est conseillé du 5 ou 6 pouces et d'en prévoir en réserve: ça casse ! Ou bien de pouvoir les imprimer en 3D.
   La fiche technique des moteur préconisent la plupart du temps le type d'hélice à utiliser.


   Coté taille des moteurs, elle est standard et la fixation se fait par 4 vis au bas du moteur. Idem pour la fixation des hélices.
   Le poid du moteur : entre 15 et 35 grammes. Il faudra multiplié par 4 donc bien choisir !
   Le puissance (KV: Kilo Volts). Correspond à la puissance du moteur (comme un moteur de voiture). Il est le produit du couple et de la vitesse. Le couple sert à entrainer de grandes  hélices ( tirage puissant ) , tandis que la vitesse entrainera de plus  petites hélices ( vitesse élevée ). Pour notre utilisation de débutants en pilotage on va préférer un moteur à faible Kv :utilisation de faible quantité de courant  , ce qui fait la joie du contrôleur et du Lipo . Le rendement moteur  est en légère hausse , le rendement contrôleur également , l’utilisation  donne une impression d’onctuosité , le moteur est  moins violent à  l’accélération.
   Ensuite il y a la poussée : nombre de grammes que le moteur peut soulever. Elle dépend de la puissance de la batterie.


   Attention il faudra penser à vérifier que les moteurs ne tournent pas au delà de ce qui est préconisé (ex. 50 000 tours/mn) : voir le premier lien pour les détails


   Liens :
   http://philspanier.jimdo.com/tutoriels-astuces/comprendre-les-kv-des-moteurs/
   http://ericaeromodelisme974.unblog.fr/2012/04/30/le-kv-dun-moteur-brushless/


   Liens moteurs :
   http://www.myrcmart.com/12v-soft-led-light-5cm-waterproof-leds-blue-p-8496.html
   http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__63065__Multistar_Elite_2204_2300KV_Set_Of_4_CW_CCW_2_CCW_2_CW_.html
   http://www.banggood.com/DYS-BE1806-2300KV-Brushless-Motor-Black-Edition-for-Multicopters-p-946416.html?p=XC2706231108201307E0


   Les contrôleurs de vitesse moteurs (ECS)
   Les contrôleurs de vitesses (ESC pou Electronic Speed Control) sont des petits boîtiers qui vont permettre de contrôler électroniquement la vitesse des moteurs. Il faut donc un ESC pour chaque moteur.
   Ils sont fortement dépendants des moteurs, donc il faudra tenir compte de l'ampérage accepté et du type de batterie utilisé.
   Les contrôleurs se trouvent entre les moteurs et le contrôleur de vol. L'ESC contient une carte micro contrôleur (je sais pas encore ce qu'il y a dedans !) et généralement d'un firmware qui permet de l'adapter aux quadricopters.


   Liens ESC :
   http://www.myrcmart.com/rcx-12a-sky-simonk-brushless-esc-for-multicopter-24s-p-8051.html
   http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__55241__Afro_ESC_12Amp_Ultra_Lite_Multi_rotor_Motor_Speed_Controller_SimonK_Firmware_Version_3.html
   http://witespyquad.gostorego.com/speed-controllers/rtf-mini-4-in-1-12-amp-35×35.html


   L'énergie
   La batterie

La batterie (type Lipo : Lithium polymère Ion) : C’est la source d’énergie du drone. Le choix va dépendre du poid final du drône et par conséquent du temps de vol. Ce choix est fait une fois que l'on connait les moteurs, les hélices et les contrôleurs de vitesses choisis pour le drône. On a 3 critères pour choisir les batteries :

   Le nombre de cellules
   La capacité
   Le coéficient de "décharge" : C Rating 


Le nombre de cellules : les fabriquants de batteries Lipo proposent des batteries à plussieurs cellules (Cells) ou éléments 2S, 3s ou 4S (S pour en Série car elles sont branchées en série) . Chaque éléments a une tension nominale de 3.7V, mais en fin de charge sa tension est de 4.20V. La Capacité : La gamme des capacités plus populaire est entre 1300mAh et 2200mAh pour les deux 3S ou 4S LiPo. Il faut trouver un bon point d'équilibre entre le temps de vol et le poids. C Rating : une batterie 30C aura une intensité de décharge de 30 fois sa capacité.

Chargeur Pour charger un accus LIPO, il faut avoir un chargeur prévu à cet effet pour qu'il soit capable d'équilibrer les éléments de la batterie. On parle de "chargeur équilibreur".

Ce poste Energie est certainement un de ceux où l'on peut faire de fausses économies....

Liens Energie : http://blog.patrickmodelisme.com/post/qu-est-ce-qu-une-batterie-lipo http://brushlessmania.forumpro.fr/t3664-tuto-quel-accus-lipo-choisir http://www.banggood.com/fr/Wholesale-IMAX-B6-Digital-RC-Lipo-NiMH-battery-Balance-Charger-p-46220.html?p=XC2706231108201307E0

   Le contrôleur de vol
   Et maintenant place au cerveau du drone : il assure sa stabilisation à l’aide des ses capteurs: gyroscopes, accéléromètres, …
   Plus que tout autre élément, c’est le choix de ce composant qui déterminera la facilité de réglage, et les qualités de vol de la machine.


   Les systèmes de capture d'information et les fonctions du contrôleur :
   Gyroscope, pour l'orientation, il mesure les 3 degrés deliberté. Il mesure les mouvements de rotation 
   Accéléromètre, pour la remise à plat automatique. Il mesure les mouvements de translation
   Baromètre, pour le maintient d’altitude
   Magnétomètre, pour le mode “IoC” (mode permettant d’ignorer l’orientation du quad par rapport au pilote)
   Altimètre, pour connaitre la hauteur. Il utilise des capteur à ultrasons ou des capteur de pression


   On peut aussi avoir dans la version "luxe" : 
   GPS, pour le maintient de position, la fonction “Retour au point de départ” (RTH) ou le pilotage automatique
   Sonar, pour éviter les obstacles
   Bluetooth, pour la régler depuis son téléphone


   Et pour le fun :
   Un bandeau de LEDs


   Revenons au controleur. Comme son nom ne l'indique pas, la star du domaine quadricopter est le "Naze 32" qui semble cumuler toutes les qualités..."Le Flip 32", n'ayez craintes, est d'aussi bonne facture et moins cher. Ce qui nous fera baisser la facture finale.(bon là j'arrête !)


   Bien choisir son calculateur :
   http://www.ecalc.ch/indexcalc.htm


   Liens contrôleur de vol :
   http://blog.oscarliang.net/best-flight-controller-quad-hex-copter/


Avec un Raspberry Pi BOA Drone. Florian en a déjà un sur cette base.

   http://www.magdiblog.fr/boa-pi-drone/1-raspberry-pi-boa-drone/


   Le Pilotage 

Cette partie se compose d’un boitier de commande et d’un récepteur qui sera placé sur le quadricoptère.

Ici, l’équippement dépend avant tout, de la marque de votre radio.

On a besoin de 4 voies minimum, 5 ou 6 sont préférables (afin de changer de mode de vol ou déclencher le GPS par exemple)

Privilégiez un modèle proposant le protocole SBUS / PPM / SPPM, c’est à dire permettant le passage de toutes les voies par un seul cable de signal. Cela vous simplifiera grandement le montage et vous fera gagner du poids.

Pour les radios Futaba: FRSky propose des récepteurs compatibles à prix abordable, et disposant d’une sortie SPPM Notez que le protocole SBUS nécéssite quant à lui un adaptateur supplémentaire (décodeur logique) http://www.myrcmart.com/frsky-tfr4-4ch-24g-receiver-futaba-fasst-compatible-p-6718.html

Pour les radios Spektrum: Un satellite (sans récepteur) suffit. Pensez cependant à acheter la prise adéquate pour la Flip32+ http://www.fxmodelrc.com/Satellite-SPM9545-6-Spektrum/

Vous pouvez également opter pour un récepteur Spektrum supportant le PPM. Celui-ci vous assurera une meilleure portée, et est légèrement plus simpl eà configurer http://www.lemon-rx.com/shop/index.php?route=product/product&product_id=118Elle se compose d’un boitier de commande et d’un récepteur qui sera placé sur le quadricoptère.

   Vol en Immersion

Et si on veut faire du vol en immersion, il faudra le matériel suivant : 1 caméra pour transmettre la vidéo 1 émetteur vidéo + 1 antenne 1 écran ou 1 paire de lunettes (ex : fat shark)

Et encore plus fun : mind control .... Sébastien... à toi !!

PAS CLAIR CETTE PARTIE !!

   La transmission vidéo
   Photos


   Vidéos

http://www.themissinggear.eu/nerdcam3d-mk-1/

   Caméra vertcale ( à quoi ca sert ?)



Plan de travail Lancer le projet .. avec un show aérien !!

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Décider du type de drone que l'on fait pour le FabLab Voir ce que chacun a envie de faire comme drone ou comme amélioration Sélectionner la liste de matériel pour le Fab Lab Voir si on fait des achats groupés (selon les projets de chacun) Commencer l'impression des chassis pour ceux qui veulent l'imprimer en 3D


Liens web ou ressources Pour les makers http://diydrones.com/ http://www.xavdrone.com/drones/diy/ http://www.mondrone.net/monter-un-quad-racer-pas-cher/

Généralités sur les drones http://www.mondrone.net/construire-un-quadricoptere/

mini-quad de classe 250. http://www.rosnyindoorclub.fr/?p=2131 http://blog.oscarliang.net/250-mini-quad-part-list-fpv/