Unidentified Flying Piece of Wood (UFPOW)

par Ben & Jenni

- Armature en balsa (origine oubliée, prix inférieur à 10€)

- Pack comprenant : 4*ESC 30A + 4*moteurs 935kv (200W) + 8*helices 10“ 4.5” CW/CCW (61€, disponible ici par exemple : http://cgi.ebay.fr/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=111280878965)

- Arduino Pro Mini (2,15€, dispo ici : http://cgi.ebay.fr/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=121192432250)

- MPU-6050 breakout board (2,53€ dispo ici : http://cgi.ebay.fr/ws/eBayISAPI.dll?ViewItem&item=360657280861)

- Télécommande et receveur 6 canaux (18,2€ dispo ici par exemple : http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__9042__Hobby_King_2_4Ghz_6Ch_Tx_Rx_V2_Mode_2_.html)

- Batterie 3S 5000mah (23€, dispo ici : http://www.ebay.fr/itm/11-1V-5000mAh-3S1P-30C-Lipo-Batterie-Rechargeable-RC-modelisme-Helicoptere-Neuf-/351015721586?pt=FR_YO_Jeux_RadioComRobots_VehiculesRadiocommandes&hash=item51ba2ada72)

Total : environ 115€

Étant donné que les composants n'avaient pas tous été choisis pour aller ensemble, nous avons tenus à vérifier la faisabilité du système et à évaluer les caractéristiques. Nous avons pour cela choisi xcoptercalc (http://www.ecalc.ch/xcoptercalc.php gratuit dans sa version limitée qui es suffisante, 1€ pour avoir accès à toutes les fonctions).

Les calculs nous permettent de confirmer que la batterie, les ESC, les moteurs et la batterie sont adaptés, et qu'ils n'y aura pas de surcharge (pas de dépassement de tension, courant, puissance ou vitesse de décharge), même à pleine puissance. Par ailleurs les calculs prédisent que le drone sera capable de décoller quand les moteurs atteindrons 41% de leur puissance maximale, qu'il devrais pouvoir se maintenir en l'air environ 25 minutes et voler pendant environ 10 minutes.

Tout semble donc bon pour commencer. Cependant, il semblait clair dès le début que la structure en balsa qui était à notre disposition risquait d'être un point limitant étant donné la puissance (jusqu'à 350W de puissance en sortie d'hélice) et le poids global (environ 1kg) du drone.

La première étape à été d'assembler la structure en balsa. Le kit étant bien fait, il a été facile de détacher toutes les pièces avec un cutter et de les assembler intuitivement une première fois pour vérifier. Puis une seconde fois en appliquant de la colle à bois afin de fixer la structure. Nous avons ensuite laisser le tout sécher pendant une nuit.

Nous avons pris une petite plaque de répartition du courant (disponible pour 2€ sur ebay) afin d'avoir un câblage propre. Nous avons soudé le connecteur batterie puis l'alimentation des 4 ESCs.

Nous avons ensuite connecté l'IMU sur le port SPI de l'Arduino (pin A4 et A5 vers SDA/SCL sur l'IMU) puis sur +5V et GND. Puis connecté les ESC sur le GND et sur les pins 3, 10, 9 et 11 (en partant du moteur avant gauche et en tournant dans le sens des aiguilles d'une montre)

Enfin nous avons connecté les 6 channels de la radio (dans l'ordre : ROLL, PITCH, THROTTLE, YAW, AUX1, AUX2) sur les pins 4, 5, 2, 6, 7 et 8.

Pour la suite nous allons utiliser MultiWii comme contrôleur de vol. Nous l'avons choisi pour la simplicité de son code et sa légèreté qui lui permet de fonctionner sur des ATmega328P sans dépasser la limite des 2ko de RAM.

Nous avons ensuite téléchargé MultiWii puis ouvert le sketch dans l'IDE Arduino. Nous avons ensuite éditer les paramètres de bases, en activant les #define pour QUADX, MINCOMMAND a 1000 et MINTHROTTLE à 1100.

Puis define L3G4200D pour le gyro, ADXL345 pour l'accéléromètre, BMP085 pour le baromètre et HMC5883 pour le magnétomètre.

Nous avons enfin décommenté la ligne ESC_CALIB_CANNOT_FLY et mis ESC_CALIB_HIGH a 2000 puis uploadé une première fois, sans hélice mais avec batterie et moteurs connectés pour calibrer les ESC. Après avoir entendu les 4 bipe caractéristiques de la calibration des ESC nous avons décommenté la ligne puis reuploadé.

Les vibrations étant une source d'erreur importante pour les capteurs, menant à une dérive et potentiellement une instabilité du drone, nous avons installé de la mousse afin d'isoler l'IMU des vibration générées par les moteurs et transmises par la structure.

Au final, nous avons reçu une board MultiWii toute intégrée après les tout premiers essais et nous avons donc remplacé notre montage arduino par cette board toute faite (prix 18€ sur ebay), il suffit de décommenter la ligne HK_MultiWii_SE_V2 et d'uploader via un FTDI. Cela permet d'éviter d'avoir trop de cables qui trainent.

Nous avons faits quelques essais en salle en partant des PIDs, en tenant le drone en hauteur et en l'inclinant dans les différentes directions pour tester la résistances. Nous avons ensuite modifié les paramètres PIDs, de manière à ce qu'il y ait assez de résistance sur chaque axe, mais que le drone n'oscille pas lorsqu'il retourne à plat.

(Insérer ici la vidéo des premiers vols)

Nous avons ensuite faits quelques essais de vols en extérieur. Malheureusement lors du second atterrissage, un pied du drone s'est cassé (la veille au soir avant la compétition).

Nous avons tenté une première réparation avec des tiges de bois et de plastique pour fixer la patte cassée.

Nous avons par ailleurs rajouté des blocs de mousse au bouts des pattes pour éviter que les hélices ne se brisent s'il atterrit avec un trop grand angle ou s'il touche un mur.

Malgré ces efforts, la patte refixée ne semblait pas pouvoir être remise droite correctement et le drone dépensais tant de puissance pour compenser le déséquilibre qu'il ne pouvait plus voler correctement.

(insérer vidéo vol bancal).

Heureusement nous avons reçu une nouvelle structure en aluminium et fibre de verre (ebay 17€) et avons donc décider de remplacer toute la structure.

Nous avons tout d'abord effectués de nouveaux calculs pour vérifier que le drone puisse voler avec le poids de cette nouvelle structure (pesant 350g contre 110g pour la première en balsa). Ceux-ci nous indiquaient une autonomie réduite, mais confirme tout de même la capacité de ce nouveau drone de voler.

Nous avons donc commencé la construction du kit en suivant le manuel disponible ici : http://www.hobbyflyg.com/shop/8130/art47/11774647-439ae8-X525_manual.pdf

D'abord les pattes et les moteurs.

Puis la bande velcro sous le centre du cadre (partie basse) pour y accrocher la batterie.

Puis nous avons vissé le système de répartition du courant sur la partie centrale supérieure du cadre.

Et enfin installé la carte de contrôle arduino, sur de la mousse pour éviter les vibrations, puis reconecté de la même manière que pour le premier drone.

Nous avons finalement mis du scotch pour tenir en place les ESC, récepteur radio, etc.

(vidéo du premier vol)

Le premier vol s'avère problématique, la lecture des données de l'accéléromètre et du gyroscope nous ont permis de mettre en évidence un problème de vibration à relativement basse fréquences, empêchant le drone de se stabiliser suffisamment pour décoller correctement.