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Documentation de la Team Carbon UAV

(Note: Notre équipe a gagné l’épreuve finale, 2ème au classement général)

Présentation de l'équipe:

• Nom: CarbonUAV
• Projet: Construire un drone solide
• Compétences: Informaticiens en Licence et Master 1, capable de brancher + avec + et - avec -

Membres:

• Florian Toqué, Expert soudeur. Responsable de l'IA. Pilote de 1ère classe.
• Maxime Tran, Expert Systèmes de Commande (SC). Agile de ses doigts. Héro de la team.
• Paul Willot, Expert Modélisation 3D. Adepte des court-circuits. Chef d'équipe.

Aucune connaissance préalable en électronique (hormis les soudures)

• *Team: Paul, Max, Flo —- === Le drone: === * Forme: quad X * Facile a manœuvrer, bonne stabilité. Aperçu du drone en construction: Schéma des composants: Liste détaillée des composants avec les liens: https://docs.google.com/spreadsheets/d/1mX21Iq1YISYBEpHlw12sPVLXcb42s310-VRZRaT3Is8/edit?usp=sharing (copie à la fin de la documentation) 1 chassis * Spécificité: se doit d’être léger et surtout solide * Utilité: maintenir tous les composants du drone 4 moteurs * Spécificité: moteur assez cher 40€ pièce, puissants et beaux * Utilité: sert à faire tourner les hélices. Un petit kv assure un meilleur ratio puissance/temps de vol 4 esc * Spécificité: 20A bon marché, il aurait sans doute été plus judicieux d’investir un peu plus dans des ESC plus performants. Nous en avons grillés deux au passage. * Utilité:sert à contrôler la vitesse des moteurs en fonctions des instructions reçues par le contrôleur de vol et de sa fonction de PID. 4 hélices * Spécificité: grandes, pas (angle de poussée) important, à tendance à demander le maximum aux moteurs. Le drone a besoin de deux formats d’hélice pour contrer le couple, une paire dans le sens horaire l’autre le sens antihoraire. Le pas c'est avéré trop important, des 11×4.7 conventionnelles on eu de meilleurs résultats * Utilité: faire du vent 1 batterie * Spécificité: 5000mAh, pour une bonne autonomie * Utilité: alimenter le système. 1 controleur de vol * Spécificité: Multiwii 328P (Atmega328P avec un lot de capteurs), responsable du contrôle des ESCs * Utilité: contient le firmware modifiable (spécialement à l’aide d’arduino), et les capteurs (3 gyroscopes pour les différents axes et l’accéléromètre, magnétomètre et baromètre) 1 carte de distribution * Spécificité: distribue le courant * Utilité: permet de connecter proprement les ESCs à la batterie pour pouvoir tout démonter facilement. 1 émetteur et récepteur radio * Spécificité: pas cher! besoin de huit piles AA * Utilité: 6 canaux pour envoyer des instructions au contrôleur de vol. 1 contrôleur bluetooth**

• Spécificité: aucune
• Utilité: permet de changer les PID depuis un téléphone via bluetooth

Pour cette partie nous avions choisi de construire notre propre châssis. Nous l’avons modélisé sur Blender dans l’optique de l’imprimer en 3D ensuite (aperçu):

Pour éviter de perdre du temps et pour avoir sous la mains des pièces de rechange, nous avons également commandé un châssis premier prix, sois environ une dizaine d’euros, ce qui impacte peu notre budget global.

Malheureusement notre châssis n’a jamais été imprimé, à cause de la confusion avec notre châssis de rechange. (C’est quand même 4points potentiels perdus!)

Nous continuons donc avec le châssis commandé. Si nous avons le temps nous pourrons créer un châssis plutôt découper par la découpeuse laser dans une plaque de carbone (procédé rapide, châssis léger, correspondra à notre nom d’équipe).

Petit soucis avec le châssis commandé: l’emplacement des trous pour poser la carte de distribution et le contrôleur de vol ne correspondait pas. Nous avons donc tout accroché (très proprement) à l’aide de colliers de serrages (petit objet très utile, ne pas hésiter à commander en masse!).

N’ayant aucune connaissance dans ce domaine, et étant donc malheureusement incapable de créer le circuit électronique et le contrôleur de vol, nous les avons acheté tout fait. La seule partie “électronique” que nous avons fait est les soudures. Une petite trentaines de soudures est à faire entre les différents composants et le câblage, ainsi que l’ajout de pin sur le contrôleur de vol.

Nous avons récupéré du code adapté à notre multiwii puis il ne restait plus que quelques modifications mineures à faire sur le logiciel Arduino pour porter le code sur notre carte. (code : multiwii.tar.gz )

La plus grosse difficulté a été le réglage des PIDs car nous n'avons pas trouvé d'heuristiques robustes pour les définir simplement. Les réglages se sont donc fait de manière assez artisanale. Un conseil: vérifier le mode de gestion de l'altitude utilisé par votre carte. Par exemple, nous stabilisions avec le baromètre alors qu'une stabilisation grâce à des gyroscopes aurait été plus performante.

Second conseil, un module Bluetooth est très pratique pour régler rapidement les PIDs, nous avons gagné du temps par rapport aux équipes qui n'utilisaient que leur PC. Nous avons utilisé l'appli EZ-GUI (sous Android)

Également, on peut facilement s'amuser avec l'arduino. Notamment, nous avons construit un réseau de neurones pour remplacer les fonctions de PID.

(voir:

http://www.researchgate.net/publication/262309474_Research_on_Neural_Network_PID_Control_Algorithm_for_a_Quadrotor http://www.gperco.com/2014/05/quadcopter-stability-and-neural-networks.html)

Vous connaissez le lièvre et la tortue? Soyez la tortue.

Pour éviter de perdre trop d'hélices, il est bon d'ajouter des protections. Le bois est une bonne idée:

Copie des composants choisis: