Fabrication Complète Quadrirotor

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Adrien-L
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Fabrication Complète Quadrirotor

Message par Adrien-L » 05 déc. 2012, 22:43

Bonjour à tous !

Cette année, avec 2 amis, nous nous sommes lancés dans le projet de concevoir et réaliser un Quadrirotor pour le Projet Interdisciplinaire de Sciences de l'Ingénieur (Anciennement PPE), dans le cadre du BAC S SI.

Le thème général du projet est la réalisation un drone ramasseur de balles de tennis dans un gymnase (dans des endroits inaccessibles tels que le toit d'un vestiaire, etc).

Notre Objectif, est de concevoir et de réaliser un prototype du drone, et de lui assurer une auto-stabilisation. Si on a le temps, on pourra réaliser le système d'accroche pour la balle et de commande à distance, mais ces fonctionnalités restent optionnelles pour le moment. (Bien que nous espérons avancer assez vite pour pouvoir les mettre en œuvre).

Informations Complémentaires :
  • Espace de Vol : Gymnase Sportif (donc espace de vol dégagé), et altitude de 5m environ.
  • Pour le moment, déplacements simplement verticaux.
  • Poids du Drone : ~1000 à 1500 grammes, avec une charge supplémentaire allant de 0 à 500 grammes (Pince+Balle de Tennis).
  • Châssis conçu et réalisé au lycée. (Nous avons les Machines à Commandes Numériques adaptées)
  • Nous devons réaliser notre propre programme électronique (Utilisation d'un PIC16F877 et d'une carte de programmation MATRIX pour le moment, en vue de réaliser notre propre carte électronique à la fin du projet).

    (Carte MATRIX : )
    Image
  • Fin de Projet : Avril 2013.
  • Budget : ~200€, assuré par Sponsoring. Le Coût du châssis n'est pas inclus dans les 200€.

Aucun de nous trois n'ayant de véritable notion en aéromodélisme, nous nous sommes renseigné un minimum sur les notions associées.

Durant nos premières recherches, nous avons réfléchis à la structure générale du drone (structure du châssis, batterie, moteurs, hélices, ...)
  • Pour le châssis, nous pensons partir sur un quadrirotor en croix. Voici un premier DAO de notre concept :
    Image
    La pièce du milieu et les quatre supports moteurs sont usinés en Aluminium.
    Les 8 tubes reliant les 4 supports moteurs à la pièce centrale sont des tubes en fibre de Carbone, utilisés pour le tir à l'arc. (Récupérés sur des flèches cassées, ils sont très résistants, et gratuits). Diamètre Extérieur : 4mm, Diamètre Intérieur : 3mm. Cela nous laissera donc la possibilité de faire passer les fils d'alimentation et de contrôle des moteurs à l'intérieur.
  • Pour les moteurs, après recherches, nous pensons opter sur des Brushless Outrunner Turnigy D2822/17 1100kv.
    En les couplant avec des hélices 7x4, nous devrions ainsi avoir une force de traction d'environ 500g par moteur, ce qui correspond à nous attentes.

    Pour alimenter les moteurs et tout le système électronique, nous pensons utiliser une Lipo 2200mAh 30C, pour une autonomie recherchée de 10 à 15 minutes environ.

    Que pensez-vous de cette configuration ?
  • Pour ce qui est des variateurs de vitesse, nous allons nous pencher sur la question demain matin.
  • Pour la stabilisation, nous allons nécessairement utiliser des gyroscopes. Notre magasin d'aéromodélisme peut nous fournir des gyroscopes 1 axe à 38€.

    Que nous conseillez vous ? Étant donné que le sujet principal du projet est l'auto-stabilisation du drone, nous pensons qu'il est nécessaire de choisir des gyro de bonne qualité.


Nous vous remercions d'avoir prit le temps de prendre connaissance de notre projet, et pour l'aide que vous accepterez éventuellement de nous apporter. :)

Cordialement.

Jordan83
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Re: Fabrication Complète Quadrirotor

Message par Jordan83 » 06 déc. 2012, 00:07

Bonsoir!

-Pour le châssis, je pense que ça n'ira pas.
Déjà, la plaque centrale est beaucoup trop petite pour y recevoir quoi que ce soit. Dessus tu devras y mettre au minimum un contrôleur de vol, une lipo (batterie) et un récepteur. Prévois plutôt une plaque ( pas forcément carrée ) d'au moins 50 X 100mm. Pense aussi au carbone.
L'idée des flèches recyclées pour faire les bras ne me parait pas très bonne. Ce sera fixé que par deux points donc le tout risque de tourner un peu sur lui même. Un bras qui se met de travers risque de perturber les gyros et ça va se finir par terre...
De plus, ce système va entrainer pas mal de vibrations à mon avis. Choisis plutôt des tubes creux d'aluminium.

-Pas besoin d'un appareil d'1,50kg pour ramasser une balle. Fait au plus simple, avec à la place de la pince une simple balayette ( truc que madame utilise pour faire le ménage :lol: ) pour récupérer la balle. En gagnant du poids, tu gagneras en autonomie.

-Pour le contrôleur de vol, je ne connais pas la Carte MATRIX mais tu as des contrôleurs de vol pas chers et qui fonctionnent très bien pour une utilisation simple. kk, freeflight, aq50 etc...

-Je pense que tu vas devoir revoir ton budget à la hausse car tu as oublié de compter en plus de toute ce que tu as énumérer: La radio, le récepteur, un chargeur et une alim'.

-Pour les esc ( ce que tu appelles variateurs de vitesse ), regarde du côté de chez RCtimer. Ils ont quelques ESC bien sympas et pas chers déjà flashés. Pour faire très simple, les esc flashés rendent le quadri plus stable.

-Pour l'autostabilisation, il me semble ( à confirmer ) qu'il te faudra une carte munie d'un GPS. Et malheureusement, les GPS ne fonctionnent pas en intérieur.
Mais franchement vu ce à quoi est destiné ton drone ( bouger pour récupérer une balle ), l'autostabilisation ne servira à rien. Il vaudrait mieux avoir un bon pilote derrière la radio. ^_^

Projet amusant et intéressant, bonne chance pour la suite!
ATOM500 : 50 Vols / 0 Crash : Config' ------ ATOM 5.5 : 39 Vols / 0 Crash : Config'
GAUI X3 6S : 92 Vols / 7 Crash : Config' ---- DJI F330 FPV : 141 Vols / 5 Crash : Config' / Vidéo
Anciennement: T450Pro DFC 6S / T550E DFC / Octocopter ArdupilotMega / Mini Prôtos 6S

Image A chaque problème, il y a un marteau adapté!

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Adrien-L
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Re: Fabrication Complète Quadrirotor

Message par Adrien-L » 06 déc. 2012, 11:17

Bonjour ! Merci de ta réponse aussi rapide. :)
  • Pour la plaque du milieu, elle a simplement lieu de réaliser la liaison entre les différents bras.
    Pour ce qui est du maintient des différents composants, nous avons pensé à des petites pièces avec deux perçages qui seraient en liaison glissière le long de chaque bras. Ces pièces auront un perçage taraudé, afin de pouvoir y fixer une plaque de support comme tu nous le conseille.
  • Nous avons également pensé au problème de la rotation des flèches, c'est pour ça que nous en avons mit 2 à chaque bras (ainsi, on supprime la rotation des supports moteurs).
    Après quelques tests, pour une longueur de 25cm, même une masse de 5Kg ne fait pas plier les flèches, pas de soucis de ce côté là.

    De plus, les flèche sont en emboitement forcé dans les pièces en Alu, donc pas de risque qu'elles se détachent en vol, même avec les vibrations.
  • Pour le système du ramassage de la balle, la pince était simplement une première idée, mais nous nous pencherons plus tard sur la question, étant donné que nous seront évalués sur l'auto-stabilisation du drone.
  • Niveau contrôleur de vol, on nous a également conseillé cela en magasin de modélisme, mais le but du projet est justement de la réaliser par nous même.
  • Au niveau du budget, on pourra éventuellement le revoir à la hausse, c'est sûr que c'est un peu juste là. (Pour le moment, nous n'intégrons pas d'émetteur/récepteur, car le drone sera autonome dans un premier temps, il devra simplement se soulever à 1-2m de haut, et rester stable.)
  • Pour l'auto-stabilisation, on nous a confirmé en magasin de modélisme de rester sur l'utilisation de gyros.
Merci pour ton aide ! :D

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Re: Fabrication Complète Quadrirotor

Message par jerdxp » 06 déc. 2012, 11:50

Je sens que ce topic peut me plaire, je m'abonne !
rx --> DX8
quadris --> F330 light FPV & accro avec FC kk2 1.6++ by RC911
F450 Naza PMU V2 GPS & ground station iPad + drotek V2 et nacelles brushless MRFC en DiY voir vidéo
hélico --> ne compte plus :p
simu --> Phoenix V4
QPDD multi validée !!! Projet 100 ans / Projet 100 ans / Projet 100 ans

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Re: Fabrication Complète Quadrirotor

Message par gael123 » 06 déc. 2012, 12:03

Pour moi tes bras seront trop souples, hélices montés les moteurs vont vibrer sur eux mêmes.

Pour la stabilisation, vaudrait pas mieux avoir gyros + accéléromètres ?

Riva8406
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Re: Fabrication Complète Quadrirotor

Message par Riva8406 » 06 déc. 2012, 12:26

Adrien-L a écrit :De plus, les flèche sont en emboitement forcé dans les pièces en Alu, donc pas de risque qu'elles se détachent en vol, même avec les vibrations.
N'oubliez pas de les coller quand même, car selon la fréquence de vibration en quelques secondes tes bras pourront se détacher quand même. ;)
Adrien-L a écrit :
  • Pour le système du ramassage de la balle, la pince était simplement une première idée, mais nous nous pencherons plus tard sur la question, étant donné que nous seront évalués sur l'auto-stabilisation du drone.
Si ce ne sont que des balles de tennis, un simple bras avec un bon velcro suffira ! ^_^
Adrien-L a écrit :
  • Niveau contrôleur de vol, on nous a également conseillé cela en magasin de modélisme, mais le but du projet est justement de la réaliser par nous même.
  • Pour l'auto-stabilisation, on nous a confirmé en magasin de modélisme de rester sur l'utilisation de gyros.
Je conseillerai alors de développer sur une plateforme Arduino car il existe déjà pas mal de codes qui marchent bien et qu'il suffit d'adapter à vos besoins voir de réécrire si vous ne devez pas vous aider d'un existant. De plus, on trouve tout un tas de capteurs adaptés dont notamment des gyros, accéléromètres, magnétomètre, etc... (voir chez Drotek.fr par exemple et qui ont aussi des cartes multi capteurs). ;)
A chaque jour suffit sa peine....et son crash !!!
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Image X-Ufo+X3D - Caliber M24
Image Compass 6HV FBL - Hurricane 550 - MSH Prôtos 500 FBL - Mini Prôtos FBL - EP200 V2 EX FBL
Image Rambler EP - Sky Link EP - Extra 300S EPP - E-Fik (lien) - F 117 dépron HS (lien) - Easyfly - Passer X - Mini Mustang P51D

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Re: Fabrication Complète Quadrirotor

Message par Adrien-L » 06 déc. 2012, 19:45

riva8406 a écrit :Je conseillerai alors de développer sur une plateforme Arduino car il existe déjà pas mal de codes qui marchent bien et qu'il suffit d'adapter à vos besoins voir de réécrire si vous ne devez pas vous aider d'un existant. De plus, on trouve tout un tas de capteurs adaptés dont notamment des gyros, accéléromètres, magnétomètre, etc... (voir chez Drotek.fr par exemple et qui ont aussi des cartes multi capteurs). ;)
Nous avons reparlé de la carte de contrôle avec nos prof's, et ils sont d'accord pour que nous partions sur un Arduino, étant donné que je connais plutôt bien cette carte. (Je possède déjà un Uno Rev3, et j'ai déjà travaillé dessus pour faire une sorte de photomaton synchronisé avec un stand de présentation pour un autre projet).

J'ai aussi quelques AT-MEGA328 de Rab' au cas où, donc ça tombe bien.

J'ai été faire un petit tour chez Drotek.fr, et je suis tombé là dessus :
http://www.drotek.fr/shop/en/39-l3gd20- ... ensor.html

Avez-vous déjà essayé ce type de gyroscope ? Je veux dire niveau fiabilité des mesures ?
Car pour un 3 axes, le prix est très intéressant ! D'autant plus qu'il est conçu pour être branché sur un Arduino ! :)
riva8406 a écrit :N'oubliez pas de les coller quand même, car selon la fréquence de vibration en quelques secondes tes bras pourront se détacher quand même. ;)
On y a pensé, un ami adepte du tir à l'arc m'a expliqué qu'il utilise une cire spéciale qui maintient les embouts sur la flèche, et pour les récupérer en cas de casse, il suffit de la chauffer, afin de faire fondre la cire en question. Ce système nous permettra en plus de remplacer les flèches très facilement en cas de casse.
gael123 a écrit :Pour la stabilisation, vaudrait pas mieux avoir gyros + accéléromètres ?
On y a pensé aussi, mais ce qui nous a fait peur au début, c'était le prix, car 3 gyroscope à 38€, ça commence à monter assez vite. Normalement, si on a une bonne stabilisation sur les axes de rotation, pas besoin d'accéléromètres.

Si le gyroscope de Drotek convient, ils font des accéléromètres dans le même ordre de prix, donc nous en profiterons surement ! :D.
riva8406 a écrit :Si ce ne sont que des balles de tennis, un simple bras avec un bon velcro suffira ! ^_^
C'est vrai qu'on y avait pas pensé ! ^_^
(Après, les balles de Tennis, c'est plus un prétexte dans le sujet du projet pour le BAC, pour réaliser un système qui ramasse des objets.)

Sinon, on avait pensé à un grappin, qui sert à attraper l'objet en vol, et quand le drone se pose, le grappin s'ouvre et sert de trépied.

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Re: Fabrication Complète Quadrirotor

Message par Riva8406 » 06 déc. 2012, 20:45

Tu as pas bien cherché sur le site Drotek car le meilleur compromis c'est ça : ;)
http://www.drotek.fr/shop/en/42-mpu6050 ... meter.html
Un gyroscope 3 axes avec accéléros 3 axes tout en un ! :D
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Re: Fabrication Complète Quadrirotor

Message par Adrien-L » 06 déc. 2012, 20:55

Effectivement, à ce prix là, ça envoie du rêve ! ^_^

Maintenant, il reste à savoir niveau qualité, si c'est assez fiable pour notre utilisation.

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Re: Fabrication Complète Quadrirotor

Message par Riva8406 » 06 déc. 2012, 21:04

Ce sont des capteurs de dernière génération (ou du moins très récents) et qui sont actuellement utilisés sur pas mal de cartes pour multicoptères, justement de par leurs performances accrues par rapport à celui que tu indiquais. Sinon, prends contact avec Drotek pour discuter avec eux directement. Ils devraient pouvoir bien te conseiller et qui sait, peut-être même t'aider voir te sponsoriser. ;)
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Re: Fabrication Complète Quadrirotor

Message par Adrien-L » 18 déc. 2012, 23:37

Salut à tous !

Je vous apporte quelques bonnes nouvelles du projet. :).

Côté financement, environ la moitié du projet est déjà prise en charge.

D'une part, nous tenons à te remercier riva8406 de nous avoir redirigé vers Drotek, le responsable très accueillant a su nous apporter des conseils concernant l'utilisation des capteurs, etc., ainsi qu'un sponsoring matériel en nous offrant une carte MultiWii ( http://www.drotek.fr/shop/fr/72-multiwi ... s5611.html )et une carte de distribution de puissance ( http://www.drotek.fr/shop/fr/71-carte-d ... sance.html ).

Nous les avons reçu hier matin. Bien qu'il existe déjà le programme pour la contrôler, l'avantage de la MultiWii pour nous est que nous puissions la reprogrammer nous même, sous un langage que nous maîtrisons déjà un minimum (Arduino), et qu'elle intègre tous les capteurs nécessaires à l'auto-stabilisation (Accéléromètres, Gyroscopes, Capteur de Pression et Magnétomètre). De plus, il reste 3 sorties initialement prévues pour le contrôle des servo-moteurs qui contrôlent une éventuelle nacelle pour caméra. Nous pourrons donc nous servir de ces sorties plus tard, pour réaliser un éventuel système de ramassage d'objet si nous en avons le temps.


Côté communication, nous avons également réalisé une plaquette de présentation du projet (disponible ci-dessous), et nous sommes en train de réaliser notre site internet en parallèle, grâce à un partenariat avec Craym, hébergeur WEB qui nous offre un hébergement.

Image Image


Du côté de la structure même du châssis, peu de choses ont changées, mais nous avons détaillé un peu plus la CAO de celle-ci. (Je vous en reparlerais dans les prochains jours, quand j'aurais pris le temps de réaliser des rendus-réalistes).


Il nous reste donc à trouver les 4 moteurs et hélices correspondantes, ainsi que les ESC et la batterie.
(Si vous avez quelques références/caractéristiques à nous conseiller, ou des boutiques en ligne, nous sommes bien évidemment preneurs :) ).

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Re: Fabrication Complète Quadrirotor

Message par Adrien-L » 01 nov. 2013, 19:03

Presque un an après mon premier post, je reviens pour donner quelques nouvelles du projet, achevé.

Entre Décembre 2012 et Mai 2013, nous avons conçu, et réalisé notre prototype de drone, répondant à notre cahier des charges initial, ou presque. Après le passage des oraux des Olympiades Académiques de Sciences de l'Ingénieur, nous avons changé la problématique initiale -ramasser des balles de tennis sur un toit-, pour une problématique plus adaptée -prendre des thermographies et photographies aériennes-.

A travers différents partenariats, nous avons pu mettre en place la réalisation du projet, avec une communication et une approche du design.

Voici une vidéo de présentation du prototype que nous avons réalisé à la fin du projet, en Mai dernier :
http://www.youtube.com/watch?v=z9KrI7Xokfg[/video]

Au niveau du concours, nous avons été qualifiés pour la finale Nationale des Olympiades, et fini en 19e position, sur les 63 projets qualifiés en finale nationale.

Quelques rendus/photos sont disponibles sur notre site internet : http://www.organic-drone.com
Sur la vidéo, on ne voit pas la coque de protection du drone, surtout présente pour le design, et la sécurité des visiteurs lors de la présentation pendant les concours.

Image


Nous avons donc achevé notre projet, au vu de nos objectifs de départ. Maintenant, toute l'équipe est en études supérieures, mais nous avons gardé notre prototype, dans l'objectif de l'améliorer. Ne voulant pas garder ce travail uniquement pour nous, nous avons également prit la décision de le partager, au cas où certains d'entre vous seraient intéressés par la réalisation d'un Organic-Drone. Nous nous tenons donc à votre disposition si vous souhaitez les plans (sous réserve d'utilisation personnelle et non-commerciale).


Merci de votre soutien en début de projet, qui nous a permis de nous lancer dans l'aventure !

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