SMAR - l'Indestructible

Notre drone c'est l'indestructible, son chassis est en fibre de verre et a la forme d'un V-Tail (queue en forme de 'V'). Cette page est un tuto pour tout ceux qui souhaiterait monter un V-Tail ou pour les curieux en quête de savoir.

Notre équipe est constituée de pas mal de membres , à savoir :

• Paul
• Matthis
• Zhibo
• Michael
• Phillip
• Marouane
• Jerome
• Alexis
• Aurélien
• Jérémi

La structure du chassis voulue se devait d'être différente de ce qu'on peut normalement imaginer lorsque l'on parle de drones. On voulait tout de même rester dans la faisabilité sachant qu'on est débutant, on a donc choisi d'avoir 4 moteurs à la manière d'un quadricoptère simple. Voila pourquoi on a penché pour ce chassis original :

Le V-Tail de Dial Fonzo

Les informations données ici sont destinées aux débutants qui perdent parfois du temps à chercher sur internet.

Pour choisir ces composants, la première étape est de se demander quel type de vol on veut :

• Vol stable mais lent : environ 9000 tours par minutes.
• Vol rapide mais difficile à manier : environ 12000 tours par minutes.

On peut alors déjà déterminer le Kv du moteur et le nombres d'accus de la lipo en fonction du vol désiré :

N = Kv * V

V étant la tension fournie par la batterie (V = Nombre d'accus * 3.7) et N le nombre de tours par minute. En fixant par exemple le nombre d'accus à 3 : V = 11.1V (limiter le nombre d'accus est nécessaire si on veut éviter le surpoids), et en voulant un vol rapide, on a alors théoriquement :

Kv = N/V = 1081

Il nous faut donc choisir un moteur équivalent à 1100 Kv. Donc, on en prend un en gardant à l'esprit que le poids est important. Le constructeur nous fournit la poussée maximale (mais cela dépend aussi des pâles), cela est intéressant car le but est d'avoir finalement 4 rotors qui puissent soulever au moins 2 (voire 3) fois le poids du quadricoptère. Il nous fournit aussi la puissance maximale, qui nous est utile pour l'étape des variateurs. En effet, on a :

P = UI , d'où I=P/U

Donc, si on connait U (la tension délivré par la batterie) et la puissance maximale d'un moteur, alors on retrouve l'intensité du courant débitée. En prenant l'exemple de P = 315W :

I = 28.4 A

Il faut donc un contrôleur de 30A minimum et plus si possible (le prix augmente vite). Encore une fois, ne pas oublier à prendre des contrôleurs plus ou moins léger. Il faut aussi vérifier que leur utilisation concorde bien celle d'une lipo 3 accus.

Le choix du chassis se fait par rapport au poids, à sa largeur et la dimension des trous qui va acceuillir les moteurs (tant qu'à faire). La largeur du chassis va être proportionnel aux longueurs des pâles et ça c'est important.

Pour les hélices, il a 2 choses à savoir, deux dimensions :

_ La première c'est celle qui renseigne sur la longueur. 
_ la deuxième renseigne sur le pas.

C'est mesuré en pouces. Il faut savoir que plus la longueur est élevé plus la portance est grande donc plus adapté aux vols stables et plus le pas est grand plus il est adapté aux vols rapides.

Enfin la batterie, bah tout simplement on prend celle définit plus haut avec le nombre d'accus nécessaire et on choisit le nombre d'ampère par heure sachant que cela représente l'autonomie mais que l'on ne peut pas la prendre trop elevé non plus.

Une fois les composants choisis, on entre les valeurs sur “ecalc”, logiciel qui calcul les performances du quad juste pour vérifier. Il a une marge d'erreur de 10% mais bon ça nous éclaire quand même un peu .

Beaucoup de débutants en brushless se demandent quel accus LIPO (Lithium Polymère) choisir, je vais essayer de vous aider . Pour rappel, un LIPO c'est ça :

Un accus LiPo est fait de plusieurs éléments (c'est ce qu'on appelle les “S”). Chaque éléments a une tension nominale de 3.7V, mais en fin de charge sa tension est de 4.20V. Par exemple, la tension nominale d'un accus 2S est 7.4V, mais en fin de charge l'accu est à 8.40V (le chargeur coupe à 4.20V/cell).

Une petite photo que j'ai trouvé sur le net :

Les LiPo sont réservés au moteurs de types brushless mais on peut les utiliser avec un moteur brushed si le variateur possède un cut-off (pas d'obligation qu'il y est un cut-off mais pour préserver les LiPo mieux vaut en avoir un) Quand vous acheter un moteur ou variateur brushless, il doit être précisé jusqu'à combien de “S” il peut accepter.

En 1/10 on utilise généralement des LiPo 2S En 1/8 on utilise généralement des LiPo qui vont de 4S à 6S

Plus il y aura de mAh plus l'accus aura d'autonomie mais plus il sera lourd, à tension égal. Moins il y aura de mAh moins l'accus aura d'autonomie mais plus il sera léger, à tension égal.

Pour charger un accus LIPO, il faut avoir un chargeur prévu pour, il faut qu'il puisse équilibrer les LIPO.

Équilibrer un accus LIPO ça sert à ce que tous les éléments du LIPO soit à la même tension. L'équilibrage se fait pendant la charge, il faut brancher la prise d'équilibrage (la petite prise blanche) sur le bord du chargeur.

Normalement on charge un accus de 5000mAh a 5A, un de 4000mAh a 4A, … Mais certains accus peuvent être charger à plus que la charge normale, par exemple si il est marquer “Max Charge Rate (C) 2” ça veut dire que l'accu peut être chargé à 2 fois la valeur normale (par exemple au lieu de charger un 4000mAh à 4A ont peut le charger à 8A). La plupart des chargeurs chargent jusqu'à 5A mais certains chargeurs chargent à 6, il y en a même qui chargent jusqu'à 20A et plus !

Châssis :

http://www.lynxmotion.com/p-898-hunter-vtail-400-hardware-only-kit.aspx Quantité : 1 Prix : 84$

Batterie :

http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uh_viewItem.asp?idProduct=32788 Quantité : 1 Prix : 40,08 $

Contrôleur Brushless :

http://www.drotek.fr/shop/fr/home/111-controleur-brushless-esc-30a-simonk.html Quantité : 4 Prix : 14.50*4=58€

Contrôleur de vol :

http://www.drotek.fr/shop/fr/home/164-droflypro-mpu6050-ms5611-hmc5883.html Quantité : 1 Prix : 59.90€

Capteur :

http://www.amazon.com/SainSmart-HC-SR04-Ranging-Detector-Distance/dp/B004U8TOE6/ref=pd_bxgy_pc_img_y Quantité : 1 Prix : 6.01$

Hélices :

• http://flyduino.net/8x45-Carbon-reinforced-AP-Propeller-Set-black-2-CW-and-2-CCW. Quantité : 1 Prix : 7.60€
• http://flyduino.net/8x45-Weiss-fluorescence-AP-Propeller-Set-2CW-2-CCW. Quantité : 1 Prix : 7.60€
• http://flyduino.net/HQ-9x5-Carbon-reinforced-AP-Propeller-Set-Black-2CW-2-CCW_1. Quantité : 1 Prix : 10.90€

Emetteur/Recepteur RC :

http://www.e-modelisme.com/radiocommande-9ch-recepteur-8ch-mode-firmware-p-17885.html Quantité : 1 Prix : 76,25€

Moteur :

http://www.factormania.com/en/rc-helicopters-radio-control-rc-toys-videogames/112041964-buy-mystery-a2208-14-1450kv-ry264rx-outrunner-brushless-motor-for-rc-helicopter-repair-parts-components-and-tools-rc-helicopters.html Quantité : 4 Prix : 15,95*4=63,8€

Total : 403€

• Platine de distribution électrique
• 4 ESC 30A 4 moteurs 1450KV
• 16 Connecteurs Bullet mâle et femelle 3.5mm (3 mâles par moteur et 3 femelles par ESC)
• 1 câble rouge et 1 noir
• 1 connecteur XT60
• Gaine thermorétractable Tyrap
• 6 Câbles servo
• Divers outils (fer à souder, tournevis…)

On a construit le chassis Vtail 400 de DiaLFonZo selon le tutoriel dans le pdf. (http://www.robotshop.com/media/files/pdf/vtail-400-500-assembly-guide.pdf) Pas spécialement de problème, juste à assembler quelques parties au marteau.

Tout d’abord, le contrôleur de vol que nous avons choisi n’avait pas les pins soudés à la livraison. Il faut donc commencer par les souder au contrôleur. Pour éviter de perdre quelques heures à faire ceci, je conseille d’acheter la version déjà soudée et prête à l’emploi. Cela évitera aussi de devoir trouver et d’acheter les pins soi-même .

Maintenant on attaque le gros du travail de soudage. La batterie achetée possédait une prise TRX installée de base mais il est assez difficile d’acheter la prise male/femelle correspondante. Il suffit de découper la prise existante et de souder le XT60 male dessus. Attention pour ne pas court-circuiter la batterie je recommande de découper un des fils du TRX, placer un morceau d’environ 2cm de gaine sur le câble, de le souder sur le XT60 et puis de s’occuper de l’autre. On va effectuer à peu près la même opération sur le connecteur femelle. Couper un morceau de 15cm de câble rouge et de câble noir et les souder comme suit :

On place ensuite la gaine par-dessus et on la chauffe pour la rétrécir et isoler les soudures :

On va le mettre de côté pour le moment et on y reviendra après.

Les ESC sont livrés sans connectiques (sauf la partie qui se connecte sur le contrôleur de vol) on a un côté avec trois câbles noirs qui seront connectés aux moteurs et un coté avec 1 câble rouge et un câble noir qui sera raccordé à la distribution électrique. La manière dont on a choisi d’installer les ESC, on doit rallonger un des câbles des ESC (coté rouge et noir) de 4 à 5 cm pour le raccordé à la distribution électrique. On soude les morceaux de câble :

Mes soudures ne sont pas très jolies mais tant que ça tient on va s’en contenter . On place ensuite de la gaine dessus et on passe une flamme dessous :

On va maintenant souder les connecteurs Bullet femelles sur les ESC (3 par ESC) et les males sur les moteurs (3 par moteur). Préparer des morceaux de 1,5 cm de gaine au préalable (il faudra les placer sur le câble avant de souder le connectique au cas où il ne passe plus après avoir souder.

Ça prend du temps, je sais mais c’est plus pratique que de souder directement les ESC aux moteurs (s’il faut ensuite inverser des câbles pour changer le sens de rotation des moteurs). Après on obtient quelque chose comme ça :

Enfin on soude les ESC et les moteurs.

On a presque fini de souder Woohoo !!! On commence par attacher les ESC au châssis avec les attaches :

Ceci est le dessous du châssis, on fait passer les câbles à travers pour sue sa soit un peu plus propre.

Un au-dessus, un en dessous (celui dont on a rallongé le câble). Voici la platine de distribution :

Les ESC sont soudés sur les parties extérieures notés K3 4 7 et 8 et le connecteur batterie sur la partie centrale. Peu importe quelles bornes sont utilisés pour les ESC tant qu’un ESC est connecté au bornes + et – associés 2 à 2.

Et voilà fini de souder !!!

Les moteurs sont livrés avec des adaptateurs en forme de croix. L’utilisation qu’on en a faite n’est pas celle qui est supposée en être mais ça nous a facilité la tâche. On a aussi pris de nouvelles vis de XXX cm pas trop longues pour ne pas endommager les moteurs mais assez pour les maintenir. On scie une partie d’une branche de chaque adaptateur pour qu’il puisse être fixé en dessous du châssis :

On enduit les vis des moteurs d’un peu de frein filet moyen pour que les vibrations des moteurs n’entrainent pas que ceux-ci se détachent en plein vol. On connecte enfin les moteurs et les ESC. Peu importe dans quel ordre, si le sens de rotation n’est pas bon il suffira de changer deux des connexions pour voir si les moteurs tournent bien après.

Ici on a, de bas en haut : le châssis, la platine et le contrôleur de vol. L’avant du contrôleur de vol est le même que le coté des connexions aux moteurs désigné dans la partie suivante.

On connecte les ESC aux bornes associés comme sur le schéma précédent.

http://dronesandrovs.wordpress.com/2012/11/24/how-to-control-a-brushless-motor-esc-with-arduino/

Avant de recevoir la télécommande, on a voulu au préalable tester les moteurs afin de vérifier que les connexions étaient bonnes. On a utiliser le montage et le code du lien ci-dessus et on a tester moteur par moteur. Après reception de la télécommande, on a pu tester la réponse du drone aux commandes et on l'a vu décoller légèrement. Une petite vidéo illustrative :

https://www.dropbox.com/s/ntbpaevilx4sf5s/2014-03-03%2018.05.39.mp4

On a opté pour la télécommande Turnigy TGY 9x 2.4ghz. Rien de bien difficile ici à part peut-être le branchement du récepteur un peu “tricky” . (Lien descriptif des caractéristiques de la télécommande : http://www.bungymania.com/radios/turnigy_tgy9x.php?SELECT=turnigy_tgy9x&TITREPAGE=Radio%20Turnigy%20TGY%209x%202.4ghz)

Avant tout, il vous faudra 9 câbles courts JR mâle mâle pour connecter le contrôleur de vol aux autres éléments. Sur chaque connecteur, il faut bien veiller à placer le câble noir (-) vers le bord extérieur de la carte.

• Connecter la voie 3 du récepteur au 1er emplacement de la carte marquée “THR” (commande des gaz)
• Connecter la voie 1 du récepteur au 2eme emplacement de la carte marquée “ROLL” (commande d'ailerons)
• Connecter la voie 2 du récepteur au 3eme emplacement de la carte marquée “PITCH” (commande de profondeur)
• Connecter la voie 4 du récepteur au 4eme emplacement de la carte marquée “YAW” (commande de lacet)
• Connecter la voie 5 du récepteur au 5eme emplacement de la carte marquée “MODE” (prise auxiliaire)

Vous pouvez vous inspirer de cette vidéo pour réaliser votre branchement http://www.youtube.com/watch?v=zy0czs6fhVQ.

A ce stade, il est inutile de brancher vos ESC à quoi que ce soit.

Une fois le récepteur correctement branché on peut passer à l'étape suivante : le calibrage de la radio. Le calibrage nécessite de connecter le PC au contrôleur de vol puis l'installation du logiciel MultiWiiConf.

Pour commencer, il faut télécharger et installer L’IDE arduino, elle permet de téléverser le programme dans la carte de contrôle du V-Tail. (http://arduino.googlecode.com/files/arduino-1.0.5-windows.exe) Ensuite, il faut télécharger le logiciel Multiwii. (https://multiwii.googlecode.com/files/MultiWii_2_2.zip) Vous dézippez le dossier Multiwii_2_2, puis vous ouvrez le dossier, et vous ouvrez le dossier Multiwii, avant de cliquer sur Multiwii.ino, Arduino se lance, mettez le en plein écran, puis cliquez sur config.h

Il faut alors décommenter certaines lignes correspondant au matèriel que l'on possède. Dans notre cas, On décommente les lignes :

• #define V-Tail
• #define DROTEK_10DOF_MPU

On peut alors téléverser le programme dans une carte de type méga. Les détails sont données par le constructeur Drotek : http://www.drotek.fr/ftp/pdf/Guide%20DroflyPro-EN.pdf

Il existe plusieurs mode de vol pour un drone en fonction de la spécification de la carte de vol et des capteur qui lui sont intégré. En fonction que si ceux-ci sont activé ou pas le drone aura plus de fonctionnalité et sera plus stable ou aura de nouvelles options. Tout cela est parfaitement expliqué dans la vidéo qui suit. Elle vous permettra également de vous familiariser avec le logiciel d'interaction avec le drone:

Pour que le drone puisse être bien régler il faut veiller à ce que tous les trim, subtrim et réglages de la télécommande soit en position neutre.

Voici une documentation détaillé de notre télécommande.

Pour le réglage des coefficients PID nous nous sommes aidés d'un descriptifs qui nous les présentait.

mais aussi d'un tutoriel vidéo très détaillé:

Pour changer les valeurs des gains, mieux vaut se munir d'un module bluetooth pour gagner du temps. C'est pas très cher (environ 6 euros ), le notre est le HC-06 :

Brancher et communiquer avec une connexion bluetooth n'est pas difficile, on trouve pas mal d'informations sur la toile. Cependant, Il faut savoir que le module a une vitesse de transfert (appelé Baud rate) par défaut à 9600. Or les applications Multiwii permettant le changement de valeurs de PID opèrent à 115200 Baud. Ainsi, il faut changer la vitesse de base. Pour cela, on a utiliser une arduino et suivi le tutoriel suivant :

http://www.instructables.com/id/Modify-The-HC-05-Bluetooth-Module-Defaults-Using-A/step4/Example-HC-05-AT-Commands/

Les réponses aux commandes 'AT' sont parfois subtiles à avoir. En cas d'echec, écrivez directement la commande 'AT+BAUD8' dans le programme arduino et ça devrait marcher. Voilà, il reste plus qu'à connecter Multiwii Configurator (ou autres) et profiter du sans fil. D'ailleurs, certaines applications ne sont pas seulement réservées aux changement de PID mais peuvent faire un tas d'autres choses : Vérification des moteurs, calibrage des accéléromètres…

Nous avons récupéré le fichier .stl de la coque sur le site du constructeur du châssis, puis l'avons importé dans Solidworks. Nous obtenons ceci:

On peut effectuer quelques modifications de design si l'on ne veut pas avoir une coque banal, en faisant attention de garder les dimensions d'origine pour qu'on puisse le monter sur le châssis et qu'il tienne (c'est le but quand même ^^). On va séparer les différentes parties pour qu'elle soit modélisable sur l'imprimante 3D. On supprime les parties importées pour qu'il ne reste que la partie principale qu'on sauvegardera en coque principal.stl, puis on fait de même pour les « ailes », qu'on sauvegardera en ailes.stl. On obtient:

La coque du corps seul. L'aile droite.

Il suffit ensuite d'importer le fichier obtenu dans le logiciel d'impression 3D et d'attendre, en ayant préalablement séparé les différentes parties.

Petite vidéo sur la progression du drone et du vol final (après compétition) :

Si il y a une chose que je recommanderais à des débutants, c'est de prendre plusieurs batteries LiPo car elles se déchargent assez rapidement (à peine 10 min de vol c'est peu ). Lorsque le drone est fini et prêt à voler il reste encore une étape cruciale : le contrôle du drone. Ca peut paraître simple pour certains, mais pour nous ce fût un véritable challenge et on aurait bien aimé avoir 2 voire 3 batteries.

Autre recommandation : la patience avec les PID. Il faut juste bien suivre la démarche en essayant de manière expérimentale à chaque fois et ça fonctionnera au bout d'un certain temps. On recommande un module bluetooth qui permet de changer rapidement les valeurs des gains à l'aide d'une application Android.

Voilà c'est tout !!! A vous de jouer maintenant !!