Concevoir son drone : du choix des composants au premier vol

Dans cet article, on va présenter la marche à suivre pour construire de A à Z son propre quad, de la phase de conception jusqu’à son premier vol.

Après avoir découvert le FPV avec un nano drone, j’ai eu envie de passer à la vitesse supérieure en achetant un kit pour fabriquer mon premier multirotor 5 pouces, un Tyro99 de chez Eachine :

Le montage de ce quad m’a beaucoup appris et il est parfait pour débuter (j’ai quand même changé la caméra et les hélices). Maintenant, j’ai envie de concevoir mon propre quad : choisir les composants un par un selon mes besoins.

Le Net foisonne de tutos pour les débutants, on trouve plein d’articles et de vidéos sur des tests de produits, des vidéos de montage etc. Mais je n’ai pas trouvé de guide complet en français sur le sujet, j’ai dû fouiller un peu partout pour trouver les réponses à toutes mes questions. C’est l’ensemble de cette démarche que va présenter cet article, en se basant sur mon build à titre d’illustration (en bleu dans la suite de l’article), mais en essayant de rester générique.

Si vous avez déjà sélectionné ou acheté vos composants, n’hésitez pas à sauter les premières parties pour aller directement sur la préparation ou la réalisation du montage, il y aura certainement de bonnes astuces à prendre 🙂 (suite…)

Montage du chassis Iron Man-4 de Keenlon

Je viens de recevoir ma première commande passée chez Robotshop, et en particulier le châssis tank Iron Man 4 de Keenlon (ou Keenon, je ne sais toujours pas).

La fiche technique du châssis est disponible sur le site de Robotshop, ici.

  • Roues en aluminium et chenilles en nylon
  • 2 puissants moteurs à engrenages métalliques, avec de l’espace pour 2 encodeurs
  • Deux roulements dans chaque roue
  • Capacité de transport jusqu’à 4,5 kg (10 livres)
  • Moteurs de 3 à 9V (courant de bloquage : 4 A par moteur, courant hors charge : 300 mA par moteur)
  • Dimensions : 168 × 226 × 90 mm
  • Poids : 1,1 kg

Revue du montage et premières impressions.

Contenu du colis : on retrouve tout le nécessaire, 3 clés pour le vissage et une documentation.

Montage des roulements (chaque bloc de roulement est déjà pré-assemblé).

Le montage des moteurs est aussi très facile.

Ajout des engrenages et de l’étage supérieur. A noter que contrairement à ce que décrit la notice, les 2 blocs d’engrenages sont déjà pré-assemblés. J’ai dû limer légèrement les barres des moteurs pour réussir à fixer les engrenages. Pour la fixation de la partie supérieure, il n’y a pas d’écrou, le pas-de-vis est directement intégré au châssis.

Une tige fine en acier permet de refermer les chenilles. Pour le moment je ne les ai pas enfoncées à 100% (j’aurai sans doute besoin de re-démonter le châssis).

Montage terminé avec l’ajout de la façade avant (à noter : des écrous différents de ceux de la notice).

Le châssis semble de bonne qualité et solide. Quelques imperfections sont présentes mais faciles à corriger. J’ai un doute sur le matériau utilisés pour les 2 engrenages, je ne sais pas dire si c’est de l’alu ou du plastic, on verra à l’usage. Concernant les chenilles, la fixation avec la tige de fer est efficace, mais une fois les chenilles installées, je ne suis pas sur qu’on puisse les démonter de nouveau (l’extrémité de la tige est rugueuse, une fois insérée à fond, ces aspérités se bloquent dans les chenilles).

Pour finir, une courte vidéo d’un moteur en action :

Robot à base d’Arduino, Bluetooth et pilotable avec un téléphone (WP8)

Pas d’articles depuis un moment, mais je n’ai pas chômé pour autant !

Après avoir imprimé un peu tout et n’importe quoi, il était temps d’utiliser la bête pour imprimer un châssis de robot. C’était quand même le but initial 🙂

J’ai fait joujou avec des microcontrôleurs Picaxe, je voulais passer sur du Arduino (hardware Open Source), techno beaucoup plus répandue et avec une très grosse communauté.

Pour découvrir l’Arduino, un objectif simple : fabriquer un petit robot roulant, capable de se déplacer de façon autonome mais également d’être contrôlé à distance via un périphérique mobile (téléphone Lumia 920 sous Windows Phone 8 dans mon cas). Il utilise un télémètre à ultra-sons pour détecter les obstacles et une photorésistance pour détecter les variations de lumières.

Finalement, la prise en main de l’Arduino est un jeu d’enfant. On n’est pas dépaysé après avoir utilisé du Picaxe (qui au passage restent des petits microcontrôleurs super, je n’ai pas vraiment de reproche à leur faire !).

Le prototypage de la partie électronique a été très rapide.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA
Voici à quoi le robot devrait ressembler (modélisation Sketchup).

00a_rendu3d

Ci-dessous, la vue « explosée » du robot où l’on voit bien les différentes pièces imprimées qui le composent.

00b_exploded_view

Quelques heures plus tard, tout est imprimé 🙂

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

J’en profite pour préciser quelques astuces. J’ai remarqué que les pièces imprimées, bien que très solides, présentent une faiblesse entre les couches. Quand une pièce « casse », ce n’est jamais une vraie cassure, mais un décollage de 2 couches superposées. Par exemple, quand les parois d’une boîte sont fines, elles se décollent du socle assez facilement.

Pour pallier ce problème, j’ai pris l’habitude de systématiquement consolider les jonctions de plans avec une petite « pente ».OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Quelques bandes en relief  (3 mm d’épaisseur) sur le fond renforcent aussi la structure. Des emplacements sont prévus pour glisser des écrous. Cela permettra d’assembler les différentes parties avec des vis. Nophead utilise cette astuce pour les pièces de la Mendel90. C’est parfait pour avoir un beau rendu, une bonne solidité  et un assemblage facilité.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Même principe de renforcement pour le pare-chocs. Ici, on voit bien que les contraintes appliquées sur les zones où la paroi est la plus fine, sont fortement absorbées par la « pente ».

03_parechocs

Un traitement d’enduit en bombe, suivi d’un léger ponçage et d’une couche de peinture en bombe permet de lisser convenablement les pièces et d’avoir un rendu plus « pro ».

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Avant/Après lissage, ponçage et peinture.

05_avant_apres_enduit

Fixation de la roulette sur son support imprimé, toujours avec le système des écrous glissés dans la pièce.

06_roulette_centrale

Pour que l’électronique soit bien fixée à l’intérieur, j’ai réalisé un petit socle aux dimensions intérieures du robot. 3 écrous viennent assurer que le tout sera bien bloqué grâce à des vis sur la paroi extérieure du robot.

07_support_arduino

L’ensemble de l’électronique sur son support.

  • 1er étage : la carte Arduino
  • 2ème étage : carte de contrôle des moteurs
  • 3ème étage : carte custom pour connecter avec un minimum de fils  l’électronique au reste du robot (piles, LEDs, module Bluetooth, moteurs, etc.)

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Toutes les pièces sont peintes, une couche de vernis en bombe a été appliquée pour protéger la peinture.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

On peut passer à l’assemblage !

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Supports des moteurs et des piles.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Tout est maintenant raccordé ! Les écrous sont en place dans les 4 coins… on peut refermer le petit gars 🙂

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Tadaaaammm !

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Des ouvertures ont été prévues pour le port USB et l’extrémité du module Bluetooth, histoire de ne pas affaiblir le signal. Des aérations permettent d’évacuer la chaleur (en particulier celle venant de la carte des moteurs).

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Sous tous les angles :

15_sous_tous_les_angles

A côté de ça j’ai développé une appli Windows Phone 8 pour contrôler le robot. Depuis cette version, Microsoft a laissé un peu plus de liberté aux développeurs pour manipuler le Bluetooth du téléphone. Voici donc la réplique d’une magnifique manette de Nintendo 😀 Le pavé directionnel dérive d’une librairie Open Source.

Fonction de chaque bouton :

  • Start : connexion au robot
  • Select : bascule du mode autonome au mode piloté via Bluetooth
  • A : Allume/éteint les feux
  • B : Klaxon

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Pour finir, voici la bête en action !

Fixation du portique

Maintenant que l’axe Y est correctement installé, on peut fixer le portique, qui attendait bien sagement de côté.

On dépose donc le portique sur la base. Ici, l’étape cruciale est de s’assurer que les 2 côtés du portique sont parfaitement perpendiculaires aux bords de la base.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Une fois l’alignement trouvé, on serre les 6 vis sur la base.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Ça commence à ressembler à quelque chose 🙂

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Assemblage du portique

On continue sur la structure de l’imprimante 3D en assemblant maintenant le portique vertical, composé d’une plaque en forme d’arche et de 2 supports verticaux.

Dans cette étape, l’alignement des trous, blocs de fixation et des arrêtes est crucial. Il faut être sûr de son coup avant de serrer définitivement.

C’est maintenant, que je commence à regretter l’utilisation du MDF. Pour une première, ça reste très instructif, mais ça ne pardonne pas : on a le droit à un seul serrage par vis. Si on serre à fond et que l’on a besoin de dévisser plus tard pour corriger une erreur, pas sûr que la vis se bloque bien au prochain serrage.

Choisir le kit Mendel90 en Dibond de Nophead simplifiera grandement la vie : pas de vis à bois, on pourra visser et dévisser à volonté, et le perçage sera parfait. Je m’en suis pas trop mal sorti, mais c’est pas évident.

On vis (sans serrer) les blocs de fixation sur les supports verticaux.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Pour pouvoir serrer les vis des blocs, il faut s’assurer que ces derniers sont parfaitement alignés par rapport à un support plan.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Quand on est bien sûr de l’alignement, on serre le bloc.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Le même processus est répété pour chaque plaque, y compris « l’arche ».

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Nous allons maintenant fixer les supports verticaux sur la plaque en forme d’arche. Ici il est préférable de vérifier la perpendicularité des plaques avec une équerre. Et très important : les supports verticaux et la plaque en forme d’arche doivent être parfaitement alignés en bas.

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Illustration des désavantages du MDF : pas le droit à l’erreur, j’ai dû dévisser une vis, pas moyen de la resserrer après. Je l’ai donc remplacée par une un peu plus large et sécurisée avec un point de glue…

OLYMPUS DIGITAL CAMERA

Ça prend du relief ! 🙂 (à ce moment, le portique n’est pas encore vissé à la base, on y reviendra !)

OLYMPUS DIGITAL CAMERA