Spraakgestuurde 3D-geprinte tricopter - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Dit is een volledig 3D-geprinte Tricopter-drone die kan worden gevlogen en bestuurd met spraakbesturing met behulp van Amazon's Alexa via een grondstation dat wordt bestuurd door de Raspberry Pi. Deze spraakgestuurde tricopter staat ook wel bekend als Oliver the Tri.

Een tricopter heeft, in tegenstelling tot de meer gebruikelijke droneconfiguratie van een quadcopter, slechts 3 propellers. Om een graad van controle minder goed te maken, wordt een van de rotoren gekanteld door een servomotor. Oliver the Tri beschikt over een Pixhawk Autopilot, een geavanceerd stuurautomaatsysteem dat grotendeels wordt gebruikt in de onderzoeks- of geavanceerde drone-industrie. Dit stuurautomaatsysteem is in staat tot een groot aantal verschillende vliegmodi, waaronder follow-me, waypoint-navigatie en begeleide vluchten.

Amazon's Alexa zal de begeleide vluchtmodus gebruiken. Het verwerkt de spraakopdrachten en stuurt ze naar het grondstation, dat deze opdrachten koppelt aan MAVLink (Micro Air Vehicle Communication Protocol) en ze via telemetrie naar de Pixhawk stuurt.

Deze tricopter, hoewel klein, is krachtig. Hij is ongeveer 30 cm lang en weegt 1,2 kg, maar met onze prop- en motorcombinatie kan hij tot 3 kg tillen.

Stap 1: Materialen en uitrusting

tricopter

• 3 borstelloze gelijkstroommotoren
• 3 motorassen
• 3 40A elektronische snelheidsregelaar
• 8x4 composiet propellers CCW
• Stroomverdeelbord
• Draden en connectoren
• TGY-777 servomotor
• Batterij en batterijconnector
• 6x 6-32x1" breekbouten, moeren*
• 3M Dubbel slot*
• Ritssluitingen*

automatische piloot

• Pixhawk stuurautomaatset
• GPS en extern kompas
• 900MHz telemetrie

Veiligheid RC-besturing

• Zender en ontvanger paar
• PPM-encoder

Spraakgestuurd grondstation

• Raspberry Pi Zero W-kit of Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot of andere Amazon Echo-producten

Uitrusting en gereedschap

• Soldeerstation
• 3D-printer
• Naaldtang*
• Schroevendraaiers*
• Inbussleutelset*

* Gekocht bij een lokale ijzerhandel

Stap 2: Inhoudsorganisatie

Omdat dit een nogal complex en langdurig project is, bied ik een manier om deze build te organiseren in drie hoofdsecties die tegelijkertijd kunnen worden uitgevoerd:

Hardware: Het fysieke frame en aandrijfsysteem van de tricopter.

Autopilot: de vluchtcontroller berekent het PWM-signaal om elk van de 3 borstelloze motoren en servomotor dienovereenkomstig te leveren vanuit het gebruikerscommando.

Spraakbesturing: hiermee kan de gebruiker de drone besturen met behulp van spraakopdrachten en communiceert via het MAVLINK-protocol met het Pixhawk-bord.

Stap 3: Tricopter-frameonderdelen downloaden

Het gehele frame van de tricopter is 3D geprint op de Ultimaker 2+. Het frame is opgedeeld in 5 hoofdcomponenten om op de bouwplaat van de Ultimaker 2+ te passen en om het gemakkelijker te maken om bepaalde onderdelen opnieuw te printen en te repareren voor het geval ze beschadigd raken bij een crash. Zij zijn:

• 2 Motorarmen voor (hoofdarm.stl)
• 1 Staartarm (staartarm.stl)
• 1 Verbindingsstuk tussen de staart am en de twee voorste motorarmen (tail-arm-base.stl)
• 1 Staartmotorsteun (motor-platform.stl)

Stap 4: 3D-printen van het tricopterframe

Print deze delen met minimaal 50% vulling en gebruik lijnen als vullingpatroon. Voor de schaaldikte gebruik ik een wanddikte van 0,7 mm en een boven-/onderdikte van 0,75 mm. Voeg de hechting van de bouwplaat toe en selecteer een rand van 8 mm. Dit frame is bedrukt met PLA plastic filament, maar je kunt ABS plastic filament gebruiken als je de voorkeur geeft aan een robuustere maar zwaardere tricopter. Met deze instellingen duurde het < 20 uur om alles af te drukken.

Als de rand niet aan het printoppervlak van de 3D-printer kleeft, gebruik dan een lijmstift en lijm de rok op het printoppervlak. Aan het einde van de afdruk verwijdert u de bouwplaat, wast u de overtollige lijm weg en veegt u deze droog voordat u deze weer in de printer plaatst.

Stap 5: steunen en rand verwijderen

De 3D-geprinte onderdelen worden overal met steunen geprint en met een buitenrand die voor de montage moet worden verwijderd.

De rand is een enkele laag PLA en kan gemakkelijk met de hand van het onderdeel worden verwijderd. De steunen daarentegen zijn veel moeilijker te verwijderen. Hiervoor heeft u een punttang en een platte schroevendraaier nodig. Voor de steunen die zich niet in afgesloten ruimtes bevinden, gebruikt u de punttang om de steunen samen te drukken en eraf te trekken. Voor steunen in gaten of besloten ruimtes die moeilijk te bereiken zijn met een punttang, boort u ofwel door het gat of gebruikt u een platte schroevendraaier om het van de zijkant los te wrikken en trekt u het vervolgens naar buiten met de punttang. Wees voorzichtig bij het verwijderen van steunen met het 3D-geprinte deel, want het kan afbreken als u het te veel belast.

Nadat de steunen zijn verwijderd, schuurt u de ruwe oppervlakken waar de steunen waren of snijdt u de resterende steun voorzichtig met een hobbymes. Gebruik een schuur- of slijpbit en een dremel om de schroefgaten glad te strijken.

Stap 6: Het tricopterframe monteren

Voor montage hebt u zes bouten nodig (bij voorkeur breekbouten, 6-32 of dunner, 1 lang) om het frame aan elkaar te bevestigen.

Neem de 3D-geprinte onderdelen genaamd main-arm. STL en tail-arm-base. STL. Deze componenten grijpen in elkaar als een legpuzzel, waarbij de basis van de staartarm in het midden van de twee hoofdarmen is geklemd. Lijn de vier schroefgaten uit en breng de bouten vanaf de bovenkant aan. Als de onderdelen niet gemakkelijk in elkaar passen, forceer ze dan niet. Schuur de staart-arm-basis totdat ze dat doen.

Schuif vervolgens de staartarm op het uitstekende uiteinde van de staartarmbasis totdat de schroefgaten zijn uitgelijnd. Nogmaals, het kan zijn dat u moet schuren voordat het past. Schroef het vanaf de bovenkant vast.

Om het motorplatform te monteren, moet u eerst de servo in de opening op de staartarm steken, naar achteren wijzend. De twee horizontale gaten moeten op één lijn liggen met de schroefgaten op de servo. Als de wrijvingspassing niet voldoende is, kunt u deze door deze gaten op zijn plaats schroeven. Zet dan de stuurhoorn op de servo maar schroef hem niet vast. Dat komt zo.

Schuif de as van het motorplatform in het gat helemaal aan het einde van de staartarm en de andere kant over de hoorn. De hoorn moet mooi in de inzet op het platform passen. Steek tot slot de hoornschroef door zowel het gat in het platform als de hoorn zoals weergegeven in de afbeelding hierboven.

Stap 7: De motoren installeren

De borstelloze motoren worden niet geleverd met de schroefassen en montagekruisplaat vooraf bevestigd, dus schroef deze eerst vast. Vervolgens bout je ze op het motorplatform en de hoofdarmen van de tricopter met behulp van de meegeleverde schroeven of M3-machineschroeven en moeren. U kunt de propellers bij deze stap bevestigen om zeker te zijn van voldoende ruimte en uw handwerk te bewonderen, maar verwijder ze voordat u gaat testen.

Stap 8: Bedrading van de stuurautomaatkaart

Sluit de sensoren aan op de Pixhawk Autopilot-kaart zoals weergegeven in het bovenstaande diagram. Deze zijn ook gelabeld op de stuurautomaatkaart zelf en zijn vrij eenvoudig aan te sluiten, d.w.z. de zoemer wordt aangesloten op de zoemerpoort, de schakelaar wordt aangesloten op de schakelpoort, de voedingsmodule wordt aangesloten op de voedingsmodulepoort en telemetrie wordt aangesloten op de telem1-poort. De GPS en het externe kompas hebben twee sets connectoren. Sluit degene met meer pinnen aan op de GPS-poort en de kleinere op I2C.

Deze DF13-connectoren die in het Pixhawk-stuurautomaatbord gaan, zijn erg kwetsbaar, dus trek niet aan de draden en duw en trek direct aan de plastic behuizing.

Stap 9: Bedrading van het radiocommunicatiesysteem

Het radiogestuurde communicatiesysteem zal worden gebruikt als veiligheidsback-up om de quadcopter te besturen in het geval dat het grondstation of Alexa niet goed werkt of een commando voor een ander verwisselt.

Sluit de PPM-encoder aan op de radio-ontvanger zoals weergegeven in de afbeelding hierboven. Zowel de PPM-encoder als de ontvanger zijn gelabeld, dus sluit S1 t/m S6 aan op de signaalpinnen 1 t/m 6 van uw ontvanger. S1 heeft ook een aardings- en spanningsdraden, die de ontvanger via de PPM-encoder van stroom zullen voorzien.

Stap 10: Het stroomverdeelbord solderen

De PDB neemt input op van de Lithium Polymer (LiPo) -batterij met een spanning en stroom van 11,1 V en 125 A, en verdeelt deze naar de drie ESC's en voedt de Pixhawk Autopilot-kaart via de voedingsmodule.

Deze power module is hergebruikt van een eerder project gemaakt in samenwerking met een vriend.

Voordat u de draden soldeert, knipt u de krimpkous af om op elk van de draden te passen, zodat deze later op het blootgestelde gesoldeerde uiteinde kan worden geschoven om kortsluiting te voorkomen. Soldeer eerst de mannelijke XT90-connectorkabels naar de PDB-pads, vervolgens de 16 AWG-draden naar de ESC's, gevolgd door de XT60-connectoren op deze draden.

Om de draden op de PDB-pads te solderen, moet u deze rechtop solderen zodat de krimpkous er doorheen kan en de terminals isoleert. Ik vond het het gemakkelijkst om de helpende handen te gebruiken om de draden rechtop te houden (vooral de grote XT90-kabel) en deze bovenop de PDB op de tafel te leggen. Soldeer vervolgens de draad rond de PDB-pad. Schuif vervolgens de krimpkous naar beneden en verwarm deze om het circuit te isoleren. Herhaal dit voor de rest van de ESC-draden. Om de XT60 te solderen, volgt u de vorige stap over hoe de ESC-batterijterminal werd vervangen door XT60s.

Stap 11: Bedrading van de motoren en elektronische snelheidsregelaars

Omdat we borstelloze gelijkstroommotoren gebruiken, worden ze geleverd met drie draden die worden aangesloten op de driedraadsklemmen van de elektronische snelheidsregelaar (ESC). De volgorde van de kabelverbinding maakt bij deze stap niet uit. We zullen dit controleren wanneer we de tricopter voor het eerst inschakelen.

De rotatie van alle drie de motoren moet tegen de klok in zijn. Als een motor niet tegen de klok in draait, verwissel dan twee van de drie draden tussen de ESC en de motor om de rotatie om te keren.

Sluit alle ESC's aan op het stroomverdeelbord om elk van hen van stroom te voorzien. Sluit vervolgens de ESC rechtsvoor aan op de hoofduitgang van de pixhawk 1. Sluit de ESC linksvoor aan op de hoofduitgang 2 van de pixhawk, de servo op de hoofduitgang 7 en de resterende ESC aan de achterkant op de hoofduitgang 4.

Stap 12: Autopilot-firmware instellen

De firmware die voor deze tricopter-build is gekozen, is Ardupilot's Arducopter met een tricopter-configuratie. Volg de stappen in de wizard en selecteer de tricopterconfiguratie in de firmware.

Stap 13: De interne sensoren kalibreren

Tweede plaats in de spraakgestuurde uitdaging