[Projet/Idée] Quadricoptère sans lacet (yaw)

[ZeblodS]

J'ai un peu investigué la possibilité pour réaliser ce genre de montage à "pas trop" chère.

En utilisant ces composants :

• Servo moteur mico à rotation continue
• Collecteur tournant avec emplacement central pour mettre un axe
• Capteur d'angle analogique 360° continue avec précision de ±0.5°
• Convertisseur analogique vers i2c
• Trois engrenages

On obtient ce genre de montage (modélisé à la truelle ci-après) qui pourrait se rajouter sur le dessus du quad sous forme de petite tourelle de ~35mm de hauteur supplémentaire.

En vert le collecteur tournant, en jaune le capteur d'angle, en bleu le servo moteur, le tout modélisé comme j'ai pu avec les côtes disponibles... La nacelle rotative est le petit carré sur le dessus.


En blanc l'engrenage central, solidaire de la nacelle rotative.


Le montage sans la partie nacelle, en blanc également les deux engrenages restants.


Vue avec les trois engrenages. Le collecteur tournant et le capteur d'angle ont un rapport de 1, pour garder une mesure précise de la position angulaire de la nacelle rotative. Je pense à un ratio réducteur entre le collecteur tournant et le servo moteur pour donner un peu plus de couple au moteur.


Je n'ai pas trouvé de collecteur tournant abordable, compact et ayant uniquement les 3 fils nécessaires pour brancher la caméra. De même, tous les capteurs d'angle numérique sont hors de prix, donc remplacer le magnétomètre en i2c demandera une conversion analogique/numérique. Ce montage devrait être capable de faire une rotation complète en ~1 seconde à vitesse maximum (rotation directement mappée sur le stick du yaw), et avec un axe de 5mm ça devrait pouvoir résister aux crashs.

Si vous avez une meilleur idée pour motoriser librement à 360° la caméra avec retour numérique de l'ange réel, n'hésitez pas !

[Lyssorus]

Le servo n'a pas déjà la possibilité de détecter sa position ? C'est déjà un système asservi non ?

Sur ta plaque tournante il te faudra placer, caméra émetteur et la batterie pour tout ça. A moins que tu ais la solution pour pas entortiller les fils au milieux

Sinon j'aime bien le développement de ton projet

Et j'ai adoré la modélisation à la truelle XD

[ZeblodS]

Pas les servo continue, ils sont asservi en vitesse et non en position.

Les servo asservis en position ont tous un débattement limité, genre 180° ou 270° maximum. Or pour ce système il faut pouvoir tourner indéfiniment dans le même sens si besoin... Donc impossible de les utiliser.


Pour les fils, c'est le job du collecteur tournant (slip ring en anglais) : faire tourner des connexions électrique indéfiniment (jusqu'à 300 rpm sur le modèle sélectionné ici...).


Maintenant, si quelqu'un à un système plus abordable et compact, n'hésitez pas.

[Lyssorus]

Ok d'ac.

Bah à part une roue codeuse, je ne vois pas trop comment connaitre la position.

Ok pour le collecteur tournant, c'est pas.mal, mais je ne sais pas comment ça va réagir avec du signal vidéo. Faut voir.

[Maxxhimum]

Si c'est que ça on peut toujours monter le Vtx sur la camera. ne serait ce que pour tester le systeme.

[ZeblodS]

En effet, mettre le VTx directement sur la nacelle est même une excellente idée. Il ne reste que l'alimentation à faire passer dans le collecteur tournant. Avec un filtre RC au plus prêt de la caméra et du VTx ça devrait être parfait !

[ZeblodS]

Pour le sujet principal, au niveau software :


Je vais partir sur le logiciel open-source Betaflight (basé sur Cleanflight, basé sur Baseflight, lui même basé sur MultiWii...) qui dispose de plusieurs modes de fonctionnement assistés.
L'un de ces modes appelé "Headfree Mode" est basé sur l'utilisation du magnétomètre (boussole) et peut être utilisé en vol à vue.

On pose le quadricoptère devant soi, l'avant du quadricoptère pointant vers l'avant en face de soi. Lorsque le quadricoptère s'initialise, il enregistre son angle magnétique comme référence. Puis lors du vol, il fait en temps réel une différence entre son angle magnétique actuel et son angle magnétique de référence pour s'affranchir de toute modification du lacet subit par le quadricoptère. Se faisant, peut importe le lacet subit par le quadricoptère depuis son initialisation, les commandes de tangage et de roulis restent alignés par rapport au pilote (qui est immobile au sol). En clair, on utilise le tangage de la radio-commande pour se pencher vers l'avant et l'arrière, et le roulis de la radio-commande pour se pencher vers la droite et la gauche, peut importe la position réelle du quadricoptère.

A noter qu'il y a un second mode appelé "Headfree Adjust" qui permet à tout moment de réinitialiser l'angle magnétique de référence.



Je vais donc tirer parti de ce mode de fonctionnement déjà codé et parfaitement fonctionnel, en le modifiant pour mon besoin :

1/ La première chose à faire sera de bloquer logiciellement la commande de lacet du quadricoptère, en forçant la valeur au "neutre" pour que le code associé ne soit jamais utilisé.

2/ Ensuite, il faudra forcer la valeur de l'angle magnétique "courante" par une donnée fixe (par exemple plein Nord).

3/ Puis remplacer l’acquisition des donnés du magnétomètre par l’acquisition des donnés du capteur d'angle de la caméra.

4/ Utiliser le mode "Headfree Adjust" pour définir un angle de caméra de référence correspondant à la caméra exactement alignée avec l'avant du quadricoptère.
Cet angle de référence sera considéré comme l'angle 0° et correspondra à la position magnétique plein Nord (valeur "courante" de l'angle magnétique qui est logiciellement fixe, voir point 2)
Cet angle de référence sera enregistré en EEPROM pour ne pas avoir à faire le point 4 à chaque redémarrage...

5/ Lors de l’acquisition de l'angle de la caméra, on transformera l'angle réel du capteur en angle de la caméra par rapport à l'avant du quadricoptère en utilisant la valeur de référence (voir point 4).
Puis, on transformera cet angle de la caméra en angle magnétique (simulation d'une donnée de magnétomètre) que l'on enregistrera logiciellement comme la valeur de référence, exemple : 90° sens horraire = plein Est, 180° = plein Sud, etc.

6/ On laisse l'algorithme déjà en place faire la "re-vectorisation" des commandes du tangage et du roulis en fonction de l'angle que prend la caméra par rapport à l'avant réel du quadricoptère.

Les points 5 et 6 seront effectués 1000 fois par seconde, à chaque appel de la boucle principal du logiciel de vol (il me semble, à vérifier).
Au niveau des algorithmes, pour que ça fonctionne correctement, il faut que la valeur "courante" de l'angle magnétique soit une valeur fixe de référence correspondant à l'angle 0° (ici on a pris le Nord), et que ce soit la valeur de référence de l'angle magnétique qui soit définie à la valeur de l'angle de la caméra.



Rapporter l'angle réel du capteur d'angle en angle de la caméra par rapport à l'avant du quadricoptère sera très facile.
Par contre, transformer angle de la caméra en angle magnétique sera probablement plus compliqué car il faudra simuler parfaitement une donnée renvoyée par le magnétomètre afin de pouvoir utiliser tout le code déjà existant. Ca sera la partie compliqué.

Ca devrait parfaitement fonctionner avec un minimum d'effort et relativement peu de code à rajouter/remplacer.

[Lyssorus]

Et ben, bel étude tout ça.

Hâte de voir ce que ça donne

[Haut les nains]

Ca peut donner quelque chose de sympa, encore un beau projet Zeblods.
Hate de voir le proto, si t'as besoin d un testeur une fois au point, je suis sur Colomiers

Envoyé de mon ALE-L21 en utilisant Tapatalk

[ZeblodS]

Je suis en train de réfléchir à comment intégrer ça proprement dans un châssis.


Je pense à un quadri en X, avec une base de 4mm carbone pour du 5".

Le mécanisme de la tourelle/nacelle prend environs 35mm de hauteur et laisse tout un côté libre en regroupant (cf. les captures de modélisation quelques posts plus haut, j'ai dans les 16mm de libre). Je pense avoir la place de mettre dans l'espace vide une PDB et la FC à la verticale.

La caméra, le vtx, le micro minimosd, un filtre RC et peut être quelques LEDs série sur la tourelle (6 câbles à faire passer par collecteur tournant : GND, 5v, 12v, LED, Rx et Tx).

La batterie dans une cage en dessous.

Reste le rx à caser, peut être la place contre le servo moteur.

Je vais essayer de modéliser grossièrement voir si ça passe comme je l'imagine...