Sterowany głosem Tricopter z nadrukiem 3D: 23 kroki (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Jest to w pełni wydrukowany w 3D dron Tricopter, którym można sterować za pomocą sterowania głosowego za pomocą Amazon's Alexa za pośrednictwem stacji naziemnej sterowanej przez Raspberry Pi. Ten sterowany głosem tricopter jest również znany jako Oliver the Tri.

Tricopter w przeciwieństwie do bardziej powszechnej konfiguracji drona Quadcoptera ma tylko 3 śmigła. Aby zrekompensować jeden stopień kontroli mniej, jeden z wirników jest przechylany przez serwomotor. Oliver the Tri jest wyposażony w Pixhawk Autopilot, zaawansowany system autopilota stosowany w dużej mierze w badaniach lub zaawansowanej branży dronów. Ten system autopilota może obsługiwać szeroką gamę trybów lotu, w tym podążanie za mną, nawigację po punktach orientacyjnych i lot z przewodnikiem.

Alexa firmy Amazon będzie korzystać z trybu lotu z przewodnikiem. Przetworzy polecenia głosowe i wyśle je do stacji naziemnej, która mapuje te polecenia do MAVLink (Micro Air Vehicle Communication Protocol) i wysyła je do Pixhawka za pomocą telemetrii.

Ten tricopter, choć mały, jest potężny. Ma około 30 cm długości i waży 1,2 kg, ale dzięki naszej kombinacji śmigła i silnika może unieść do 3 kg.

Krok 1: Materiały i wyposażenie

Trikopter

• 3 bezszczotkowe silniki prądu stałego
• 3 wały silnika
• 3 40A elektroniczny regulator prędkości
• Kompozytowe śmigła 8x4 CCW
• Tablica rozdzielcza zasilania
• Przewody i złącza
• Serwomotor TGY-777
• Bateria i złącze baterii
• 6x 6-32x1" śruby ścinane, nakrętki*
• Podwójny zamek 3M*
• Opaski na suwak*

Autopilot

• Zestaw autopilota Pixhawk
• GPS i kompas zewnętrzny
• Telemetria 900 MHz

Kontrola bezpieczeństwa RC

• Para nadajnika i odbiornika
• Koder PPM

Stacja naziemna sterowana głosem

• Zestaw Raspberry Pi Zero W lub Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot lub dowolne produkty Amazon Echo

Sprzęt i narzędzia

• Stacja lutownicza
• drukarka 3d
• Szczypce półokrągłe*
• Wkrętaki*
• Zestaw kluczy imbusowych*

* Kupiony w lokalnym sklepie ze sprzętem

Krok 2: Organizacja treści

Ponieważ jest to dość złożony i długofalowy projekt, przedstawiam sposób organizacji tej budowy na trzy główne sekcje, które mogą być wykonywane jednocześnie:

Sprzęt: Fizyczna rama i układ napędowy tricoptera.

Autopilot: Kontroler lotu oblicza sygnał PWM, aby zapewnić każdemu z 3 silników bezszczotkowych i serwomotoru zgodnie z poleceniem użytkownika.

Sterowanie głosowe: Pozwala to użytkownikowi sterować dronem za pomocą poleceń głosowych i komunikuje się za pośrednictwem protokołu MAVLINK z płytą Pixhawk.

Krok 3: Pobieranie części ramy trikoptera

Cała rama tricoptera jest wydrukowana w 3D na drukarce Ultimaker 2+. Rama jest podzielona na 5 głównych elementów, aby pasowała do platformy roboczej Ultimaker 2+ i aby ułatwić przedruk i naprawę poszczególnych części w przypadku ich uszkodzenia w wypadku. Oni są:

• 2 przednie ramiona silnika (główne ramię.stl)
• 1 Ramię ogonowe (ogon-arm.stl)
• 1 Element łączący między ogonem a dwoma przednimi ramionami silnika (tail-arm-base.stl)
• 1 Tylne mocowanie silnika (motor-platform.stl)

Krok 4: Drukowanie 3D ramy trikoptera

Wydrukuj te części z co najmniej 50% wypełnieniem i użyj linii jako wzoru wypełnienia. Dla grubości skorupy używam grubości ścianki 0,7mm i grubości góra/dół 0,75mm. Dodaj przyczepność do platformy roboczej i wybierz brzeg na 8 mm. Ta rama została wydrukowana z plastikowego filamentu PLA, ale możesz użyć plastikowego filamentu ABS, jeśli wolisz bardziej wytrzymały, ale cięższy tricopter. Przy tych ustawieniach wydrukowanie wszystkiego zajęło mniej niż 20 godzin.

Jeśli brzeg nie przylega do powierzchni druku drukarki 3D, użyj kleju w sztyfcie i przyklej brzeg do powierzchni druku. Po zakończeniu wydruku zdejmij platformę roboczą, zmyj nadmiar kleju i wytrzyj do sucha przed ponownym włożeniem do drukarki.

Krok 5: Usuwanie podpór i ronda

Części drukowane w 3D będą drukowane z podporami wszędzie i z zewnętrznym brzegiem, który należy usunąć przed montażem.

Rondo jest pojedynczą warstwą PLA i można je łatwo oderwać ręcznie. Z drugiej strony podpory są znacznie trudniejsze do usunięcia. Do tego będziesz potrzebować szczypiec i płaskiego śrubokręta. W przypadku podpór, które nie znajdują się w zamkniętych przestrzeniach, użyj szczypiec do zgniatania podpór i wyciągnij je. W przypadku podpór w otworach lub zamkniętych przestrzeniach, do których trudno dotrzeć szczypcami igłowymi, przewiercić otwór lub użyć płaskiego śrubokręta, aby podważyć go z boku, a następnie wyciągnąć go szczypcami igłowymi. Podczas usuwania podpór zachowaj ostrożność w przypadku części drukowanej w 3D, ponieważ może się oderwać, jeśli zbyt mocno ją obciążysz.

Po usunięciu podpór przeszlifuj szorstkie powierzchnie, na których kiedyś znajdowały się podpory, lub ostrożnie wytnij pozostałą podporę nożem hobbystycznym. Użyj wiertła do szlifowania lub szlifowania i dremel, aby wygładzić otwory na śruby.

Krok 6: Montaż ramy trikoptera

Do montażu będziesz potrzebować sześciu śrub (najlepiej ścinanych 6-32 lub cieńszych o długości 1 cala), aby połączyć ramę.

Weźmy wydrukowane w 3D części o nazwie main-arm. STL i tail-arm-base. STL. Te elementy zazębiają się jak puzzle, a podstawa ramienia ogonowego jest umieszczona w środku dwóch ramion głównych. Dopasuj cztery otwory na śruby, a następnie włóż śruby od góry. Jeśli części nie pasują do siebie łatwo, nie używaj ich na siłę. Szlifuj podstawę ramienia ogonowego, aż to zrobią.

Następnie wsuń ramię ogonowe na wystający koniec podstawy ramienia ogonowego, aż otwory na śruby zostaną wyrównane. Ponownie, może być konieczne szlifowanie, zanim będzie pasować. Przykręć go od góry.

Aby zmontować platformę silnika, należy najpierw włożyć serwo w otwór na ramieniu ogonowym, skierowany do tyłu. Dwa poziome otwory powinny pokrywać się z otworami na śruby w serwomechanizmie. Jeśli pasowanie cierne nie jest wystarczające, możesz je przykręcić przez te otwory. Następnie załóż klakson na serwo, ale go nie wkręcaj. To za chwilę.

Wsuń oś platformy silnika do otworu na samym końcu ramienia ogonowego i po drugiej stronie nad klaksonem. Klakson powinien ładnie wpasować się we wstawkę na platformie. Na koniec przełóż śrubę klaksonu przez otwór w platformie i klakson, jak pokazano na powyższym obrazku.

Krok 7: Instalacja silników

Silniki bezszczotkowe nie są dostarczane z zamontowanymi osiami napędowymi i płytą krzyżową montażową, więc najpierw je przykręć. Następnie przykręcasz je do platformy silnika i głównych ramion tricoptera za pomocą dołączonych śrub lub śrub maszynowych M3 i nakrętek. Na tym etapie możesz przymocować śmigła, aby zapewnić prześwit i podziwiać swoje dzieło, ale zdejmij je przed testami przed lotem.

Krok 8: Okablowanie płytki autopilota

Podłącz czujniki do płyty Pixhawk Autopilot, jak pokazano na powyższym schemacie. Są one również oznaczone na płytce autopilota i są dość proste w podłączeniu, tj. buzzer łączy się z portem Buzzer, switch łączy się z portem przełącznika, moduł zasilania łączy się z portem modułu zasilania, a telemetria łączy się z portem telem1. GPS i kompas zewnętrzny będą miały dwa zestawy złączy. Podłącz ten z większą liczbą pinów do portu GPS, a mniejszy do I2C.

Te złącza DF13, które wchodzą w płytkę Pixhawk Autopilot Board, są bardzo delikatne, więc nie szarp za przewody i pchaj i ciągnij bezpośrednio za plastikową obudowę.

Krok 9: Okablowanie systemu komunikacji radiowej

System komunikacji radiowej będzie używany jako rezerwa bezpieczeństwa do sterowania quadkopterem w przypadku awarii stacji naziemnej lub Alexy lub pomylenia polecenia z innym.

Podłącz koder PPM do odbiornika radiowego, jak pokazano na powyższym obrazku. Zarówno koder, jak i odbiornik PPM są oznaczone, więc podłącz S1 do S6 do pinów sygnałowych od 1 do 6 odbiornika. S1 będzie również miał ze sobą przewody masy i napięcia, które zasilą odbiornik przez enkoder PPM.

Krok 10: Lutowanie tablicy rozdzielczej zasilania

PDB pobierze dane wejściowe z akumulatora litowo-polimerowego (LiPo) o napięciu i prądzie 11,1 V i 125 A, a następnie rozprowadzi je do trzech esc i zasili płytkę Pixhawk Autopilot przez moduł zasilania.

Ten moduł mocy został ponownie wykorzystany z poprzedniego projektu wykonanego we współpracy z przyjacielem.

Przed lutowaniem przewodów przytnij koszulkę termokurczliwą, aby pasowała do każdego z przewodów, aby można ją było później nasunąć na odsłonięty lutowany koniec, aby zapobiec zwarciu. Najpierw przylutuj męskie złącze XT90 do padów PDB, następnie przewody 16 AWG do ESC, a następnie złącza XT60 do tych przewodów.

Aby przylutować przewody do padów PDB, należy przylutować je pionowo, aby koszulka termokurczliwa mogła przejść i zaizolować zaciski. Uważam, że najłatwiej jest użyć pomocnych dłoni, aby przytrzymać przewody pionowo (zwłaszcza duży kabel XT90) i umieścić go na PDB spoczywającym na stole. Następnie przylutuj drut wokół podkładki PDB. Następnie przesuń koszulkę termokurczliwą w dół i podgrzej ją, aby zaizolować obwody. Powtórz to dla pozostałych przewodów ESC. Aby przylutować XT60, wykonaj poprzedni krok dotyczący wymiany zacisku akumulatora ESC na XT60.

Krok 11: Okablowanie silników i elektronicznych regulatorów prędkości

Ponieważ używamy bezszczotkowych silników prądu stałego, będą one dostarczane z trzema przewodami, które połączą się z trzema zaciskami przewodu elektronicznego regulatora prędkości (ESC). Na tym etapie kolejność podłączenia kabla nie ma znaczenia. Sprawdzimy to, gdy po raz pierwszy włączymy tricopter.

Wszystkie trzy silniki powinny obracać się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Jeśli silnik nie obraca się w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, zamień dowolne dwa z trzech przewodów między ESC a silnikiem, aby odwrócić obroty.

Podłącz wszystkie ESC do tablicy rozdzielczej zasilania, aby zapewnić zasilanie każdemu z nich. Następnie podłącz przedni prawy ESC do głównego wyjścia pixhawka 1. Podłącz przedni lewy ESC do głównego wyjścia pixhawka 2, serwo do głównego wyjścia 7, a pozostały tylny ESC do głównego wyjścia 4.

Krok 12: Konfiguracja oprogramowania układowego autopilota

Firmware wybrany do tego tricoptera to Ardupilot Arducopter z konfiguracją Tricopter. Postępuj zgodnie z instrukcjami kreatora i wybierz konfigurację tricoptera w oprogramowaniu.

Krok 13: Kalibracja czujników wewnętrznych

Drugie miejsce w wyzwaniu aktywowanym głosem