Tricòpter imprès en 3D controlat per veu: 23 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Es tracta d’un dron Tricopter totalment imprès en 3D que es pot volar i controlar amb control de veu mitjançant Alexa d’Amazon a través d’una estació terrestre controlada pel Raspberry Pi. Aquest tricòpter controlat per veu també es coneix com Oliver the Tri.

Un Tricopter a diferència de la configuració de drons més freqüent d’un Quadcopter només té 3 hèlixs. Per compensar un grau de control menys, un dels rotors està inclinat per un servomotor. Oliver the Tri compta amb un pilot automàtic Pixhawk, un avançat sistema de pilot automàtic que s’utilitza en gran mesura en la investigació o la indústria avançada de drons. Aquest sistema de pilot automàtic és capaç d’oferir una àmplia varietat de modes de vol, inclosos el seguiment, la navegació del punt de pas i el vol guiat.

Alexa d’Amazon utilitzarà el mode de vol guiat. Processarà les ordres de veu i les enviarà a l’estació terrestre, que assigna aquestes ordres a MAVLink (Micro Air Vehicle Communication Protocol) i les envia al Pixhawk mitjançant telemetria.

Aquest tricòpter, tot i que petit, és potent. Fa uns 30 cm de llarg i pesa 1,2 kg, però amb el nostre combinat d’atrezzo i motor pot elevar-se fins a 3 kg.

Pas 1: materials i equips

Tricòpter

• 3 motors CC sense escombretes
• 3 eixos del motor
• 3 Controlador electrònic de velocitat 40A
• Hèlixs compostes 8x4 CCW
• Taula de distribució d’energia
• Cables i connectors
• Servomotor TGY-777
• Bateria i connector de bateria
• 6x 6-32x1 "perns de tall, femelles *
• 3M doble bloqueig *
• Corbates amb cremallera *

Pilot automàtic

• Kit de pilot automàtic Pixhawk
• GPS i brúixola externa
• Telemetria de 900 MHz

Control de seguretat RC

• Parell de transmissors i receptors
• Codificador PPM

Estació de terra controlada per veu

• Kit Raspberry Pi Zero W o Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot o qualsevol producte Amazon Echo

Equips i eines

• Estació de soldadura
• Impressora 3D
• Alicates de nas d'agulla *
• Tornavisos *
• Conjunt de claus Allen *

* Comprat a una ferreteria local

Pas 2: organització del contingut

Com que es tracta d’un projecte força complex i a llarg termini, ofereixo una manera d’organitzar aquesta compilació en tres seccions principals que es poden realitzar simultàniament:

Maquinari: el marc físic i el sistema de propulsió del tricòpter.

Pilot automàtic: el controlador de vol calcula el senyal PWM per proporcionar cadascun dels 3 motors sense escombretes i servomotor segons el comandament de l'usuari.

Control de veu: permet a l'usuari controlar el dron mitjançant ordres de veu i es comunica a través del protocol MAVLINK a la placa Pixhawk.

Pas 3: descàrrega de parts del marc Tricopter

Tot el marc del tricòpter s’imprimeix en 3D a l’Ultimaker 2+. El quadre es divideix en 5 components principals per tal d’adaptar-se a la placa de construcció de l’Ultimaker 2+ i facilitar la reimpressió i la reparació de peces concretes en cas que es facin malbé en un accident. Ells són:

• 2 braços del motor davanters (main-arm.stl)
• 1 braç de cua (tail-arm.stl)
• 1 Peça de connexió entre la cua am i els dos braços anteriors del motor (tail-arm-base.stl)
• 1 muntatge del motor de cua (motor-platform.stl)

Pas 4: Impressió 3D del marc Tricopter

Imprimiu aquestes parts amb un mínim del 50% de farciment i utilitzeu línies com a patró de farciment. Per al gruix de la closca faig servir un gruix de paret de 0,7 mm i un gruix superior / inferior de 0,75 mm. Afegiu l'adherència de la placa de construcció i seleccioneu la vora a 8 mm. Aquest marc es va imprimir amb filament de plàstic PLA, però podeu utilitzar filament de plàstic ABS si preferiu un tricopter més robust però més pesat. Amb aquesta configuració, va trigar menys de 20 hores a imprimir-ho tot.

Si la vora no s’enganxa a la superfície d’impressió de la impressora 3D, utilitzeu un pal de cola i enganxeu la faldilla a la superfície d’impressió. Al final de la impressió, traieu la placa de construcció, renteu l'excés de cola i netegeu-la abans de tornar a posar-la a la impressora.

Pas 5: suprimir els suports i la vora

Les parts impreses en 3D s’imprimiran amb suports a tot arreu i amb una vora exterior que cal eliminar abans del muntatge.

La vora és una sola capa de PLA i es pot desprendre fàcilment de la peça a mà. Els suports, en canvi, són molt més difícils d’eliminar. Per a això, necessitareu un parell d’alicates d’agulla i un tornavís de cap pla. Per al suport que no estigui en espais tancats, utilitzeu les alicates de punta d'agulla per aixafar els suports i treure-los. Per a suports a l'interior de forats o espais tancats que siguin difícils d'aconseguir amb unes alicates de punta d'agulla, foradeu el forat o utilitzeu un tornavís de cap pla per extreure'l del lateral i, a continuació, traieu-lo amb les alicates de punta d'agulla. Quan traieu suports, feu una mica suau amb la part impresa en 3D, ja que pot trencar-la si la torneu massa.

Un cop retirats els suports, esborrar les superfícies rugoses on hi havia els suports o esculpir amb cura el suport restant amb un ganivet hobby. Utilitzeu una punta de polir o rectificar i un dremel per suavitzar els forats del cargol.

Pas 6: Muntatge del marc Tricopter

Per al muntatge, necessitareu sis cargols (preferiblement cargols de tall, de 6 a 32 o més prims, de 1 de llarg) per fixar el marc junts.

Agafeu les parts impreses en 3D anomenades main-arm. STL i tail-arm-base. STL. Aquests components s’entrellacen com un trencaclosques, amb la base del braç de la cua situada al mig dels dos braços principals. Alineeu els quatre forats del cargol i introduïu els parabolts des de la part superior. Si les parts no s’ajusten fàcilment, no les forceu. Posa la base de la cua-braç fins que ho faci.

A continuació, feu lliscar el braç de la cua cap a l'extrem que sobresurt de la base del braç de la cua fins que els forats del cargol s'alineïn. Una vegada més, és possible que hagueu de polir abans que encaixi. Traieu-lo des de la part superior.

Per muntar la plataforma del motor, primer heu d’inserir el servo a l’obertura del braç de la cua, apuntant cap enrere. Els dos forats horitzontals haurien d’estar alineats amb els forats del cargol del servo. Si l'ajust de fricció no és suficient, podeu fixar-lo al lloc a través d'aquests forats. A continuació, poseu la banya de control al servo, però no la cargoleu. Això arriba en un moment.

Feu lliscar l'eix de la plataforma del motor al forat situat al final del braç de la cua i a l'altre costat sobre la banya. La banya ha d’adaptar-se molt bé a la inserció de la plataforma. Finalment, poseu el cargol de la banya tant pel forat de la plataforma com per la banya, tal com es mostra a la imatge superior.

Pas 7: Instal·lació dels motors

Els motors sense escombretes no vindran amb els eixos propulsors i la placa transversal de muntatge prèviament fixats, així que enrosqueu-los primer. A continuació, fixeu-los a la plataforma del motor i als braços principals del tricopter mitjançant els cargols que s'inclouen amb ella o els cargols i femelles M3. Podeu fixar les hèlixs en aquest pas per assegurar-vos el joc i admirar el vostre treball, però traieu-les abans de fer proves anteriors al vol.

Pas 8: Cablatge de la placa del pilot automàtic

Connecteu els sensors a la placa de pilot automàtic Pixhawk tal com es mostra al diagrama anterior. Aquests també estan etiquetats a la mateixa placa de pilot automàtic i són bastant senzills de connectar, és a dir, el buzzer es connecta al port Buzzer, el commutador es connecta al port del commutador, el mòdul d’alimentació es connecta al port del mòdul d’alimentació i la telemetría es connecta al port telem1. El GPS i la brúixola externa tindran dos conjunts de connectors. Connecteu el que té més pins al port GPS i el més petit a I2C.

Aquests connectors DF13 que van a la placa de pilot automàtic Pixhawk són molt fràgils, de manera que no tireu els cables i empenyeu i tireu directament de la carcassa de plàstic.

Pas 9: Connexió del sistema de comunicacions per ràdio

El sistema de comunicació de radiocontrol s’utilitzarà com a còpia de seguretat de seguretat per controlar el quadcòpter en cas que l’estació de terra o Alexa funcioni malament o confongui una ordre amb una altra.

Connecteu el codificador PPM al receptor de ràdio tal com es mostra a la imatge superior. Tant el codificador PPM com el receptor estan etiquetats, de manera que connecteu S1 a S6 als pins de senyal 1 a 6 del receptor. S1 també tindrà cables de terra i tensió que alimentaran el receptor a través del codificador PPM.

Pas 10: soldar la placa de distribució d'energia

El PDB captarà l'entrada de la bateria de polímer de liti (LiPo) amb una tensió i un corrent d'11,1 V i 125 A i la distribuirà als tres ESC i alimentarà la placa de pilot automàtic Pixhawk a través del mòdul d'alimentació.

Aquest mòdul de potència es va reutilitzar a partir d’un projecte anterior realitzat en col·laboració amb un amic.

Abans, soldeu els cables, talleu la termorretracció per adaptar-la a cadascun dels cables, de manera que es pugui lliscar cap a l'extrem soldat exposat per evitar curtcircuits. Soldeu el connector XT90 mascle que condueix primer als coixinets PDB, després els 16 cables AWG als ESC, seguits dels connectors XT60 a aquests cables.

Per soldar els cables als coixinets PDB, heu de soldar-los en posició vertical per tal que la termoencreixement pugui cabre i aïllar els terminals. Em va semblar més fàcil utilitzar les mans per ajudar els cables en posició vertical (especialment el gran cable XT90) i col·locar-lo damunt del PDB que descansava sobre la taula. A continuació, soldeu el cable al voltant del coixinet PDB. A continuació, feu lliscar la calor reduïda cap avall i escalfeu-la per aïllar els circuits. Repetiu això per a la resta de cables ESC. Per soldar el XT60, seguiu el pas anterior sobre com es va substituir el terminal de la bateria ESC per XT60.

Pas 11: Cablatge dels motors i controladors electrònics de velocitat

Com que fem servir motors de corrent continu sense escombretes, vindran amb tres cables que es connectaran als tres terminals de cable del controlador de velocitat electrònic (ESC). L’ordre de la connexió del cable no importa en aquest pas. Ho comprovarem quan encengem el tricòpter per primera vegada.

La rotació dels tres motors ha de ser en sentit antihorari. Si un motor no gira en sentit antihorari, canvieu dos dels tres cables entre l'ESC i el motor per invertir la rotació.

Connecteu tots els ESC a la placa de distribució d’energia per proporcionar energia a cadascun d’ells. A continuació, connecteu l'ESC davanter dret a la sortida principal del pixhawk 1. Connecteu l'ESC anterior esquerre a la sortida principal 2 del pixhawk, el servo a la sortida principal 7 i l'ESC restant de la cua a la sortida principal 4.

Pas 12: Configuració del firmware del pilot automàtic

El firmware triat per a aquesta construcció de tricòpter és l’Arducopter d’Ardupilot amb configuració de Tricopter. Seguiu els passos de l'assistent i seleccioneu la configuració del tricòpter al microprogramari.

Pas 13: Calibració dels sensors interns

Accèsit al repte activat per veu