Tricóptero impresso em 3D controlado por voz: 23 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Este é um drone Tricopter totalmente impresso em 3D que pode ser pilotado e controlado com controle de voz usando o Alexa da Amazon por meio de uma estação terrestre controlada pelo Raspberry Pi. Este tricóptero controlado por voz também é conhecido como Oliver, o Tri.

Um Tricopter, ao contrário da configuração mais comum de drones de um Quadcopter, possui apenas 3 hélices. Para compensar um grau a menos de controle, um dos rotores é inclinado por um servo motor. Oliver, o Tri, possui um piloto automático Pixhawk, um sistema avançado de piloto automático amplamente utilizado na pesquisa ou na indústria de drones avançados. Este sistema de piloto automático é capaz de uma ampla variedade de modos de vôo, incluindo siga-me, navegação por waypoint e vôo guiado.

Alexa, da Amazon, usará o modo de voo guiado. Ele vai processar os comandos de voz e enviá-los para a estação terrestre, que mapeia esses comandos para o MAVLink (Micro Air Vehicle Communication Protocol) e os envia para o Pixhawk via telemetria.

Este tricóptero, embora pequeno, é poderoso. Tem cerca de 30 cm de comprimento e pesa 1,2 kg, mas com a nossa combinação de hélice e motor pode levantar até 3 kg.

Etapa 1: Materiais e Equipamentos

Tricóptero

• 3 motores DC sem escova
• 3 eixos do motor
• 3 Controlador de velocidade eletrônico 40A
• Hélices compostas 8x4 CCW
• Quadro de distribuição de energia
• Fios e conectores
• Servo motor TGY-777
• Bateria e conector de bateria
• 6x 6-32x1 "Parafusos de cisalhamento, porcas *
• 3M Dual lock *
• Zip Ties *

Piloto automático

• Pixhawk Autopilot Kit
• GPS e bússola externa
• Telemetria 900MHz

Controle de segurança RC

• Par transmissor e receptor
• Codificador PPM

Estação terrestre controlada por voz

• Kit Raspberry Pi Zero W ou Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot ou qualquer produto Amazon Echo

Equipamentos e Ferramentas

• Estação de solda
• impressora 3d
• Alicate de ponta fina*
• Chaves de fenda *
• Conjunto de chaves Allen *

* Comprado em uma loja de ferragens local

Etapa 2: organização de conteúdo

Como este é um projeto bastante complexo e de longo prazo, estou fornecendo uma maneira de organizar esta construção em três seções principais que podem ser executadas simultaneamente:

Hardware: A estrutura física e o sistema de propulsão do tricóptero.

Piloto automático: O controlador de vôo calcula o sinal PWM para fornecer cada um dos 3 motores sem escova e servo motor de acordo com o comando do usuário.

Controle de voz: permite ao usuário controlar o drone usando comandos de voz e se comunicar por meio do protocolo MAVLINK com a placa Pixhawk.

Etapa 3: Baixar partes da estrutura do tricóptero

A moldura inteira do tricóptero é impressa em 3D na Ultimaker 2+. A estrutura é separada em 5 componentes principais para se ajustar à placa de construção da Ultimaker 2+ e para tornar mais fácil a reimpressão e o reparo de peças específicas no caso de serem danificadas em um acidente. Eles são:

• 2 braços do motor dianteiro (main-arm.stl)
• 1 braço da cauda (tail-arm.stl)
• 1 Peça de conexão entre a cauda am e os dois braços do motor dianteiro (tail-arm-base.stl)
• 1 Suporte de motor de cauda (motor-platform.stl)

Etapa 4: impressão 3D da moldura do tricóptero

Imprima essas peças com pelo menos 50% de preenchimento e use linhas como padrão de preenchimento. Para a espessura da casca, eu uso uma espessura de parede de 0,7 mm e espessura superior / inferior de 0,75 mm. Adicione a adesão da placa de impressão e selecione a borda em 8 mm. Esta moldura foi impressa com filamento de plástico PLA, mas você pode usar filamento de plástico ABS se preferir um tricóptero mais robusto, mas mais pesado. Com essas configurações, demorava menos de 20 horas para imprimir tudo.

Se a aba não estiver aderindo à superfície de impressão da impressora 3D, use uma cola em bastão e cole a saia na superfície de impressão. No final da impressão, remova a placa de impressão, lave o excesso de cola e seque antes de colocá-la de volta na impressora.

Etapa 5: Removendo Suportes e Borda

As peças impressas em 3D serão impressas com suportes em todos os lugares e com uma aba externa que deve ser removida antes da montagem.

A borda é uma única camada de PLA e pode ser facilmente removida da peça com a mão. Os suportes, por outro lado, são muito mais difíceis de remover. Para isso, você precisará de um alicate de bico fino e de uma chave de fenda. Para os suportes que não estão em espaços fechados, use o alicate de bico fino para esmagar os suportes e puxe-os para fora. Para apoios dentro de orifícios ou espaços fechados que são difíceis de alcançar com o alicate de bico, perfure o orifício ou use uma chave de fenda para retirá-lo da lateral e, em seguida, puxe-o para fora com o alicate de bico. Ao remover os suportes, seja cuidadoso com a parte impressa em 3D, pois ela pode se desprender se for pressionada demais.

Assim que os suportes forem removidos, lixe as superfícies ásperas onde os suportes costumavam ser ou esculpa cuidadosamente o suporte restante com uma faca de passatempo. Use uma broca de lixar ou esmerilhar e uma dremel para alisar os orifícios dos parafusos.

Etapa 6: montagem da estrutura do tricóptero

Para a montagem, você precisará de seis parafusos (de preferência parafusos de cisalhamento, 6-32 ou mais finos, 1 de comprimento) para prender a estrutura.

Pegue as peças impressas em 3D chamadas main-arm. STL e tail-arm-base. STL. Esses componentes se interligam como um quebra-cabeça, com a base do braço da cauda sendo imprensada no meio dos dois braços principais. Alinhe os quatro orifícios dos parafusos e insira os parafusos por cima. Se as partes não se encaixarem facilmente, não as force. Lixe a base do braço da cauda até que o façam.

Em seguida, deslize o braço da cauda na extremidade saliente da base do braço da cauda até que os orifícios dos parafusos se alinhem. Novamente, você pode precisar lixar antes de encaixar. Aparafuse-o por cima.

Para montar a plataforma do motor, você precisa primeiro inserir o servo na abertura do braço da cauda, apontando para trás. Os dois orifícios horizontais devem se alinhar com os orifícios dos parafusos no servo. Se o ajuste por fricção não for suficiente, você pode parafusá-lo no lugar por meio desses orifícios. Em seguida, coloque o chifre de controle no servo, mas não o aparafuse. Isso vem em um momento.

Deslize o eixo da plataforma do motor no orifício na extremidade do braço da cauda e do outro lado sobre a buzina. O chifre deve se encaixar perfeitamente na inserção na plataforma. Finalmente, coloque o parafuso da buzina através do orifício na plataforma e da buzina, conforme mostrado na imagem acima.

Etapa 7: Instalação dos motores

Os motores sem escovas não vêm com os eixos da hélice e a placa cruzada de montagem pré-fixada, portanto, aparafuse-os primeiro. Em seguida, você os aparafusa na plataforma do motor e nos braços principais do tricóptero usando os parafusos fornecidos com ele ou parafusos e porcas de máquina M3. Você pode anexar as hélices nesta etapa para garantir a liberação e admirar seu trabalho, mas remova-as antes do teste pré-voo.

Etapa 8: Conectando a placa do piloto automático

Conecte os sensores à placa do piloto automático Pixhawk conforme mostrado no diagrama acima. Eles também são rotulados na própria placa do piloto automático e são bastante simples de conectar, ou seja, a campainha se conecta à porta da campainha, o switch se conecta à porta do switch, o módulo de energia se conecta à porta do módulo de energia e a telemetria se conecta à porta telem1. O GPS e a bússola externa terão dois conjuntos de conectores. Conecte o que tiver mais pinos à porta GPS e o menor ao I2C.

Esses conectores DF13 que vão para a placa do piloto automático Pixhawk são muito frágeis, portanto, não puxe os fios e empurre e puxe diretamente na caixa de plástico.

Etapa 9: Fiação do sistema de comunicação de rádio

O sistema de comunicação de rádio controle será usado como um backup de segurança para controlar o quadricóptero caso a estação terrestre ou Alexa não funcione bem ou confunda um comando com outro.

Conecte o codificador PPM ao receptor de rádio conforme mostrado na imagem acima. O codificador e o receptor PPM são rotulados, portanto, conecte S1 a S6 aos pinos de sinal 1 a 6 do receptor. S1 também terá um aterramento e fios de tensão com ele, que alimentarão o receptor por meio do codificador PPM.

Etapa 10: soldando a placa de distribuição de energia

O PDB vai receber a entrada da bateria de polímero de lítio (LiPo) com uma tensão e corrente de 11,1 V e 125 A, e distribuí-la para os três ESCs e alimentar a placa do piloto automático Pixhawk através do módulo de energia.

Este módulo de energia foi reutilizado de um projeto anterior feito em colaboração com um amigo.

Antes de soldar os fios, corte o termorretrátil para caber em cada um dos fios, para que possa ser colocado na extremidade soldada exposta posteriormente para evitar curto-circuito. Solde primeiro os fios do conector XT90 macho para os pads do PDB, depois os fios 16 AWG para os ESCs, seguidos pelos conectores XT60 nesses fios.

Para soldar os fios nas almofadas do PDB, você precisa soldá-los na posição vertical para que o termorretrátil possa passar e isolar os terminais. Achei mais fácil usar as mãos auxiliares para segurar os fios na vertical (especialmente o cabo XT90 grande) e colocá-lo em cima do PDB apoiado na mesa. Em seguida, solde o fio ao redor da almofada PDB. Em seguida, deslize o termorretrátil para baixo e aqueça-o para isolar o circuito. Repita isso para o resto dos fios ESC. Para soldar o XT60, siga a etapa anterior sobre como o terminal de bateria ESC foi substituído por XT60s.

Etapa 11: Fiação dos motores e controladores eletrônicos de velocidade

Como estamos usando motores CC sem escovas, eles virão com três fios que se conectarão aos terminais de três fios do controlador eletrônico de velocidade (ESC). A ordem da conexão do cabo não importa para esta etapa. Verificaremos isso quando ligarmos o tricóptero pela primeira vez.

A rotação de todos os três motores deve ser no sentido anti-horário. Se um motor não estiver girando no sentido anti-horário, troque quaisquer dois dos três fios entre o ESC e o motor para inverter a rotação.

Conecte todos os ESCs ao quadro de distribuição de energia para fornecer energia a cada um deles. Em seguida, conecte o ESC frontal direito à saída principal do pixhawk 1. Conecte o ESC frontal esquerdo à saída principal 2 do pixhawk, o servo à saída principal 7 e o ESC da cauda restante à saída principal 4.

Etapa 12: Configurando o firmware do piloto automático

O firmware escolhido para esta construção de tricóptero é Arducopter Ardupilot com uma configuração de tricóptero. Siga as etapas do assistente e selecione a configuração do tricopter no firmware.

Etapa 13: Calibrando os Sensores Internos

Vice-campeão no Desafio Ativado por Voz