Bonjour et bienvenue sur le Wiki de notre drone ! Nous ne l'avons pas encore baptisé, mais cela ne saurait tarder ! En attendant, nous allons pouvoir vous parler de sa genèse et de sa venue au monde. Une partie non négligeable sera dédiée aux explications techniques et à la justification des choix qui ont été faits.

Cette page de wiki est rédigée avec la meilleure volonté du monde et avec le moins de fautes techniques/orthographiques possible :) En le lisant du début à la fin vous devriez comprendre l'utilité de chacun des composants d'un drone ainsi que la manière d'en créer un, nous vous encourageons fortement à essayer toutes sortes de concept pour apprendre et surtout vous amuser ! Ha ! Et n'écoutez pas trop les gens qui vous disent que ça ne marchera jamais, mais qui sont incapables de vous dire pourquoi ! : p Si vous souhaitez nous remonter des questions ou si vous avez des remarques n'hésitez pas à envoyer un mail à Dronized.CG@gmail.com

Au commencement était le néant, c'est-à-dire rien de physique, seulement une jolie idée née de nos expériences. On pourrait résumer la conversation ainsi :

• On m'a dit qu'il y a une imprimante 3D à la Fac, tu sais où c'est.
• Je me suis renseigné, c'est dans un coin un peu loin, mais je pense que c'est à moins de 5 jours de marche.
• OK, allons-y !

Après deux semaines de marche et un bon casse-croute :

• Nous sommes enfin arrivés, ouf !
• Tiens ?! Il y a une affiche pour un nouveau film « Game Of Drone » !
• Euh… Ce n'est pas un film !

« Rentre en courant dans le lab »

• On fait comment pour s'inscrire ? Où est l'imprimante 3D ?!

C'est ainsi qu'après quelques formalités administratives de rigueur et une présentation chaleureuse des membres du laboratoire nous avons pu définir notre objectif : faire un drone dont la structure serait imprimée en 3D le plus possible à l'exception des pièces électromécanique. Imprimer en 3D ? Le rêve ! Un drone ? La classe !

Faisons le point de nos capacités : Motivation 200 %, expérience dans la création d'un drone -100 %. L'un dans l'autre, on ne s'en sort pas si mal. Donc maintenant, passons à nos envies. Un drone de type quadricoptére ? Trop classique, qu'est ce qui serait fun ?

Un cube OK ! Go pour un cube ! Hé oui ! On a quand même bien réfléchi avant ! (Vous savez, brainstorming tout ça) Voilà la photo du principe retenue :

Une fois notre architecture globale décidée, il est temps de voir si ça peut voler : oui bien sûr ! Mais ce serait trop gros et trop lourd, nous décidons donc de troquer deux des moteurs brushless contre deux servomoteurs permettant d'orienter les moteurs brushless. Ce qui donnera après plusieurs mois de travail ceci :

Mais avant d'en arriver à ce joli modèle CAO, nous sommes passés par plusieurs étapes.

Hé oui ! Car avant de choisir les composants il faut encore savoir pourquoi on les choisit ! Une petite liste des composants essentiels qui guideront notre réflexion :

• Des moteurs brushless pour faire voler le drone
• Des ESC (Electronic Speed Controleur) qui gèrent l'alimentation des moteurs et avec qui on discute lorsque l'on veut parler au moteur.
• Un arduino pour justement discuter avec les ESC et gérer de manière globale le vol. C'est lui qui interprétera les données envoyées par les capteurs et les signaux de la télécommande.
• Une télécommande avec 1, 2, 3, 4, 5, 6 canaux… Qu'est-ce qu'un canal au fait ?
• Des batteries pour nous permettre de prendre notre envol, et des piles pour l'arduino afin de dissocier les sources d'alimentation (Miam !).

Génial ! Maintenant on regarde comment le faire pour de vrai ? Car bon, c'est bien gentil toute cette théorie, mais pour l'instant on n'a pas vu un seul objet physique !

On va maintenant voir les composants en détail que nous allons utiliser. Nous allons commencer par l'interface homme-drone puis on ira vers le détail type code-moteur par la suite. Pour chacun des composants nous expliqueront comment les choisir et nous listerons les caractéristiques techniques importantes.

La télécommande c'est ce qui vous permet d'envoyer des commandes à distance à votre drone (et oui tout est dans le nom !). Elle est composée d'un ensemble d'émetteurs/récepteur, l'émetteur est en général dans votre main et le récepteur dans le drone. Par contre elle peut prendre plein de forme, manette de console, kinet, application pour smartphone, PC, joystick, mais aussi une bonne vieille télécommande de modélisme ! Cela va beaucoup dépendre de vous ainsi que de vos compétences techniques en programmation par exemple. De notre côté nous avons opté pour une télécommande “classique”, car nous n'avions pas vraiment le temps ni l'envie, de passer par autres choses. Le reste du projet étant suffisamment chronophage.

1. La bande de fréquence La plupart des télécommandes sont dans la bande de fréquence des 2.4 Ghz, c'est tout à fait standard. Plusieurs télécommandes dans la même bande de fréquence peuvent cohabiter sans générer d'interférence, car les constructeurs ont pensé à quelques petites astuces, un cryptage des données (qui fait que les autres télécommandes perçoivent le signal de votre télécommande comme du bruit) et un appairage entre l'émetteur et le récepteur afin qu'ils se reconnaissent. Lorsque le récepteur reçoit un “packet” de données, il vérifie que le nom de la télécommande est bien marqué au début du “packet” puis il lit ce qu'il y a dedans.

2. Le nombre de canaux Chaque canal correspond à un type d'ordre que peut envoyer la télécommande, ils correspondent physiquement à des interrupteurs et des sticks sur la télécommande. Voici par exemple les différents canaux de notre télécommande :

Le récepteur reçoit à « tout instant » la position des sticks des 6 canaux. C'est en traitant par la suite le signal avec l'arduino que l'on peut faire faire au drone ce que l'on veut. Combien de mouvement souhaitons-nous commander ?

1. La vitesse de A et C conjointement
2. La vitesse de B et D conjointement
3. Le différentiel de vitesse entre A et C
4. Le différentiel de vitesse entre B et D
5. la position des servomoteurs rattachés à A et C

On parle ici de vitesse, car c'est la variable physique sur laquelle nous influençons. Mais il faut noter que lors de l'asservissement grâce au gyroscope et aux accélérés c'est plutôt interprété comme étant un angle/une accélération à tenir.

On a donc besoin au minimum de 5 Canaux et de 6 si on veut pouvoir avoir plus de latitude au niveau du contrôle des servomoteurs.

• Lien vers la télécommande
• Prix de la télécommande + batterie 95,80 €
• Total projet actuel 95,80 €

L'arduino est une carte programmable open source largement utilisée pour de nombreux bricolages. Nous allons l'utiliser en tant que carte de vol, c'est elle qui va récupérer les données des divers composants (Télécommande, gyroscope, accéléromètre) et les interpréter afin de commander les moteurs par le biais des ESC. C'est un composant essentiel du drone, il contient toute son intelligence et le différencie d'un simple hélicoptère radio commandé. C'est ici que l'on peut implémenter des routines de surveillance GPS (sous réserve d'avoir une puce GPS et du temps) ou « simplement » programmer le comportement en cas de perte de la communication. Des cartes de vol comme arducoptére ou multiwii font très bien le travail, mais malheureusement ne corresponde pas à notre besoin. À savoir une configuration de complètement atypique. Nous reviendrons plus en détail à l'arduino lorsque nous monterons le drone.

• Lien vers l'arduino Uno : http://arduino.cc/en/Main/arduinoBoardUno
• Prix de 'arduino : 20 €
• Total projet : 115,80 €

Les liens en vert représentent les transmissions de données.

Les moteurs sont assez simples à choisir, ils dépendent surtout de deux critères. Le choix des moteurs nous permettra de choisir les ESC et les hélices!

Le kV est le nombre de tours par minutes que ferait le moteur à vide avec une tension d'un volt. L'influence de ce paramètre se traduit par le couple développé par le moteur et la taille de l'hélice que ce dernier pourra emporter. Un moteur avec un faible kV (vers 800-1000) signifie un plus grand couple et une plus grande hélice de plus le moteur nécessitera plus de voltage et moins de courant. Globalement on peut associer un faible kV à un drone d'observation, portant des charges utiles “lourdes” et un kV élevé ( 1200 et plus) à un quadricoptére “sportif”. Nous avons choisi d'utiliser un moteur avec un kV faible afin d'assurer la stabilité de notre drone et son autonomie.

Il faudra choisir les moteurs en fonction de la masse que l'on souhaite leur faire soulever. On a donc besoin de connaitre la masse totale estimée de notre appareil. Je vous recommande d'utiliser votre tableur préféré afin d'automatiser le bilan de masse et de pouvoir ainsi estimer au mieux vos besoins. Dans notre cas, nos premières estimations portent notre masse entre 1Kg et 1,2Kg. Nous chercherons donc dans les abaques constructeurs un moteur ou la poussée de deux moteurs suffira, étant donné que l'on cherche à faire un vol stationnaire possible à deux moteurs seulement.

Il s'est porté sur le T-motor suivant : http://www.flashrc.com/t_motor/7944-mt2216_11_v2_t_motor_kv900_75gr.html

En plus de son faible kV sa flexibilité a été un choix décisif : s'il s'avérait que l'on dépasse légèrement le bilan de masse, ou même beaucoup, nous n'aurions qu'à changer d'hélice ou rajouter une pile.

La colonne “trsust” exprime en gramme ce que peut soulever 1 moteur.

De plus, T-motor est apparemment une marque fabriquant du matériel plutôt fiable. On mettra à jour le Wiki dans 3-4 ans pour vous dire s'ils marchent toujours : )

• Prix d'un moteur : 44€90
• Nombre de moteur : 4
• Total : 179€6 … AIE!
• Total projet : 295,4 €

Les liens rouges représentent les transmissions de puissance électrique. Vous avez noté l'apparition du point d'interrogation ? C'est un ESC! Mais nous avions besoin de connaitre le moteur pour le dimensionner! Voici une autre caractéristique des moteurs qui va prendre de l'importance, son intensité! En plus d'affecter l'autonomie (ce que nous verrons dans la section dédiée aux batteries) ,via le courant effectivement débité pour faire tourner les hélices, le courant maximum est le paramètre que nous allons regarder pour dimensionner notre ESC.

Les ESC sont “l'intelligence” déportée des moteurs brushless, ils génèrent un courant triphasé permettant au moteur brushless de fonctionner. Ils sont contrôlés par un signal en PWM (Power Managment). Ce signal délivré à une fréquence de 50Hz a une “ne trouve pas le mot! pulse-lengt en anglais” qui varie entre 1ms et 2ms. Le signal à 1ms est interprété comme l'arret des moteurs et 2ms comme le plein gaz. Il faut bien faire attention à choisir des ESC pour moteur brushless, des ESC pour moteur brushed existant aussi.

La caractéristique principale est le courant continu qu'ils peuvent faire transité. Ainsi un ESC noté 20A pourra assuré le passage de courant jusqu'à 20A vers le moteur. Il faut donc choisir son ESC en fonction de ce que peut demander le moteur. Un moteur avec un courant maximum de 30A nécessite un ESC noté 30A afin de fonctionné en toute sécurité et de manière optimale. Un ESC de 40A sur un moteur de 20A marchera aussi sans soucis, il sera seulement surdimensionné. Un ESC noté avec un plus grand courant est en général plus lourd et encombrant.

Nous avons pour notre part choisi des ESC légèrement surdimensionnés lors de notre premier choix. Ne maitrisant alors pas totalement la chaine de puissance nous avons préféré voir un peu plus large. http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__11617__Turnigy_AE_30A_Brushless_ESC.html

Une autre caractéristique des ESC est leur capacité à être programmée. Cette programmation permet d'adapter le comportement de l'ESC à vos moteurs ou à la conduite de vol souhaité. Certain ESC sont programmable via PC et d'autre son programmable par la télécommande. Si vous débutez, je vous conseille fortement des ESC programmables via PC, la prise en main est immédiate et pas prise de tête (attention à avoir le matériel nécessaire, le câble de connexion notamment).

Voici à quoi ressemble une programmation PC :

Et une programmation à la télécommande qu'une personne sympa (car effectivement le manuel d'origine est imbuvable) : http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/uploads/941388486X594850X3.txt tout se fait à l'oreille grâce au bip que l'ESC fait emmètre au moteur, donc si vous avez des problèmes d'audition vos ne pourrez pas le programmer.

• Prix d'un ESC : 12$55 = 9€15
• Nombre d'ESC : 4
• Total : 36€60
• Total projet : 332€

“La suite cette grande aventure arrive bientôt!”