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 même avec un peu de vent On veut qu'il soit basé sur des briques Open Source : BSD Modifiée (ou MIT) ou GPL

Type de drone

Il existe 3 types de drones : quadricoptère, mini-Quad ou avion

Les Quadricoptères

Sur le principe d'un hélicoptère il décolle à la verticale. Il est équipé de 4 moteurs (quadri) mais dans la même 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. Plutôt 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 "Coût, Qualité, délais" !! pour les drones c'est "Taille, poids, autonomie"

Architecture du drone

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 châssis 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 carbone, 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 Châssis : http://tf3dm.com/3d-models/drone

châssis 3D 1: http://www.thingiverse.com/thing:261298/#files

châssis 3D 2 : http://www.thingiverse.com/thing:62853

châssis 3D 3 : http://www.thingiverse.com/thing:375971/#files

châssis 3D 4 : http://www.thingiverse.com/thing:691639/#files

châssis 3D 5 : http://www.thingiverse.com/thing:509779

châssis 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 qualité et un choix monstrueux.

Alors commençons par les hélices, 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 moteurs préconise 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 poids 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 entraîner de grandes hélices ( tirage puissant ) , tandis que la vitesse entraînera 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 poids final du drone et par conséquent du temps de vol. Ce choix est fait une fois que l'on connaît les moteurs, les hélices et les contrôleurs de vitesses choisis pour le drone. On a 3 critères pour choisir les batteries :

  • Le nombre de cellules
  • La capacité
  • Le coefficient de "décharge" : C Rating


Le nombre de cellules : les fabricants de batteries Lipo proposent des batteries à plusieurs 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 Énergie est certainement un de ceux où l'on peut faire de fausses économies....

Liens Énergie :

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 de liberté. 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 connaître 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.. vraiment...pour le fun :

  • Un bandeau de LEDs

Revenons au contrôleur. 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 boîtier de commande et d’un récepteur qui sera placé sur le quadricoptère.

Notions de base à connaître : Le Mode Vous pourrez, selon le drone, choisir entre “Mode 1″ et “Mode 2″. Ces modes déterminent l’ordre des manettes de la télécommande. Généralement, par défaut on est en mode 2, à savoir manette des gaz à gauche et manette directionnelle à droite. En mode 1, vous l’aurez compris, c’est l’inverse. A vous de choisir.

Ici, l’équipement 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)

Des premiers prix de kits complet, commande et récepteur : [1]

[2]


Privilégiez un modèle proposant le protocole SBUS / PPM / SPPM, c’est à dire permettant le passage de toutes les voies par un seul câble 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 nécessite 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 simple à configurer http://www.lemon-rx.com/shop/index.php?route=product/product&product_id=118Elle se compose d’un boîtier 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 de jouer !!


AUTRES POINTS A DÉVELOPPER

Photos

Vidéos

La transmission vidéo

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

Caméra verticale

Plan de travail

  • Lancer le projet .. avec un show aérien !!
    • Fait ! Enfin shows aérien... le mot est un peu fort !! Premières conclusions : la fonctions de stabilisation (se met en stabilisation dès qu'on lache les commandes) est indispensable sans quoi le temps passé à réparer le drone risque de dépasser le temps de vol.
  • Mettre ce doc dans le Wiki
    • Fait. On y est !
  • Informer du lancement de projet sur le site web et les réseaux sociaux
    • Pas fait !!!
  • Décider du type de drone que l'on fait pour le Fab Lab : choix du châssis en cours...
  • Commencer l'impression des châssis pour ceux qui veulent l'imprimer en 3D
    • Chassis du Peon 230 imprimé !! 4 heures pour une impression complète.
  • Sélectionner la liste de matériel pour le Fab Lab
    • Sélection terminée
  • Voir ce que chacun a envie de faire comme drone ou comme amélioration
  • Voir si on fait des achats groupés (selon les projets de chacun)

Liens web ou ressources

Liste des liens, lorsqu'elles ne sont pas directement référencées dans le chapitre concerné, des ressources utilisées.

Pour les makers

http://diydrones.com/

http://www.xavdrone.com/drones/diy/

http://www.mondrone.net/monter-un-quad-racer-pas-cher/

https://ledrone.club/2014/08/04/diy-quadcopter-3-choisir-son-electronique/

Généralités sur les drones

http://www.mondrone.net/construire-un-quadricoptere/

[3]

Mini-quad de classe 250 :

http://www.rosnyindoorclub.fr/?p=2131

http://blog.oscarliang.net/250-mini-quad-part-list-fpv/

Configuration du drone

Châssis

Le choix du châssis s'est porté sur le Péon 230 pour ses capacité d'évolution. Tous les détails sont disponibles ici : [4] Le modèle 3D est disponible. Nous le réalisons en impression 3D avec une hauteur de couche de 0,20 mm

Le temps total d'impression est de 4 heures.


Drone

La configuration complète est commandée sur le site Banggood http://www.banggood.com/fr/ Sont commandés les fonctions de : Contrôleur de vol, Moteurs, Hélices, ESC-Control vitesse, Batteries et Chargeur. Le coût total est de 95.88 €


Télécommande

Pilotage télécommande Transmitter 2,4Ghz 6Ch

Les détails de la configuration et des fournisseurs étudiés est disponible dans le fichier excel suivant : [5]

Le montage