Hlasom ovládaná 3D tlačená trikoptéra: 23 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Jedná sa o plne 3D tlačený dron Tricopter, s ktorým je možné lietať a ovládať ho pomocou hlasového ovládania pomocou systému Amazon Alexa prostredníctvom pozemnej stanice ovládanej systémom Raspberry Pi. Táto hlasom ovládaná trikoptéra je známa aj ako Oliver Tri.

Tricopter, na rozdiel od bežnejšie konfigurácie dronu Quadcopteru, má iba 3 vrtule. Aby sa nahradil jeden menší stupeň ovládania, jeden z rotorov je naklonený servomotorom. Oliver Tri má autopilot Pixhawk, pokročilé systémy autopilota, ktoré sa väčšinou používajú vo výskume alebo v priemysle pokročilých dronov. Tento systém autopilota je schopný využívať rôzne letové režimy vrátane sledovania, navigácie v trasových bodoch a navádzaného letu.

Amazonská Alexa bude používať režim sprievodcu. Spracuje hlasové príkazy a odošle ich na pozemnú stanicu, ktorá tieto príkazy namapuje na protokol MAVLink (Micro Air Vehicle Communication Protocol) a odošle ich telemetrii do Pixhawku.

Táto trikoptéra, aj keď malá, je silná. Je dlhý asi 30 cm a váži 1,2 kg, ale s našou kombináciou rekvizít a motorov dokáže zdvihnúť až 3 kg.

Krok 1: Materiály a vybavenie

Trikoptéra

• 3 bezkartáčové jednosmerné motory
• 3 hriadele motora
• 3 40A elektronický regulátor rýchlosti
• 8x4 kompozitné vrtule CCW
• Rada pre distribúciu energie
• Drôty a konektory
• Servomotor TGY-777
• Batéria a konektor pre batériu
• 6x 6-32x1 "strižné skrutky, matice*
• 3M duálny zámok*
• Kravaty na zips*

Autopilot

• Súprava autopilota Pixhawk
• GPS a externý kompas
• 900 MHz telemetria

Bezpečnostné ovládanie RC

• Pár vysielača a prijímača
• PPM kodér

Pozemná stanica ovládaná hlasom

• Súprava Raspberry Pi Zero W alebo Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot alebo akékoľvek produkty Amazon Echo

Vybavenie a nástroje

• Spájkovacia stanica
• 3D tlačiareň
• Kliešte na ihlu*
• Skrutkovače*
• Sada imbusových kľúčov*

* Kúpené v miestnom železiarstve

Krok 2: Organizácia obsahu

Pretože ide o pomerne komplexný a dlhodobý projekt, ponúkam spôsob organizácie tejto zostavy do troch hlavných sekcií, ktoré je možné vykonávať súčasne:

Hardvér: Fyzický rám a pohonný systém trikoptéry.

Autopilot: Letový regulátor vypočítava signál PWM tak, aby podľa príkazu používateľa poskytol každý z troch bezkartáčových motorov a servomotora.

Hlasové ovládanie: To umožňuje užívateľovi ovládať dron pomocou hlasových príkazov a komunikuje prostredníctvom protokolu MAVLINK s doskou Pixhawk.

Krok 3: Sťahovanie dielov rámu Tricopter

Celý rám trikoptéry je 3D vytlačený na zariadení Ultimaker 2+. Rám je rozdelený na 5 hlavných komponentov, aby sa zmestil na stavebnú dosku Ultimakera 2+ a aby bolo jednoduchšie dotlačiť a opraviť konkrétne diely v prípade poškodenia pri nehode. Oni sú:

• 2 predné ramená motora (main-arm.stl)
• 1 chvostové rameno (tail-arm.stl)
• 1 spojovací kus medzi chvostom am a dvoma prednými ramenami motora (zadné rameno-základňa.stl)
• 1 držiak chvostového motora (motor-platform.stl)

Krok 4: 3D tlač rámu Tricopter

Vytlačte tieto diely s najmenej 50% výplňou a ako vzor výplne použite čiary. Na hrúbku škrupiny používam hrúbku steny 0,7 mm a hornú/dolnú časť 0,75 mm. Pridajte adhéziu stavebnej dosky a vyberte okraj 8 mm. Tento rám bol vytlačený plastovým vláknom PLA, ale ak uprednostňujete robustnejšiu, ale ťažšiu trikoptéru, môžete použiť plastové vlákno ABS. S týmito nastaveniami trvalo vytlačenie celého <20 hodín.

Ak sa okraj nelepí na tlačový povrch 3D tlačiarne, použite lepiacu tyčinku a prilepte sukňu na tlačový povrch. Na konci tlače odstráňte základnú dosku, umyte prebytočné lepidlo a pred opätovným vložením do tlačiarne ju utrite dosucha.

Krok 5: Odstránenie podpier a okraja

3D tlačené diely budú vytlačené pomocou podpier kdekoľvek a s vonkajším okrajom, ktorý je potrebné pred montážou odstrániť.

Okraj je z jednej vrstvy PLA a dá sa z časti ľahko ručne odlepiť. Na druhej strane podpery je oveľa ťažšie odstrániť. Na to budete potrebovať pár ihlových klieští a plochý skrutkovač. V prípade podpery, ktorá nie je v uzavretých priestoroch, rozdrvte podpery a vytiahnite ich. Pokiaľ ide o podpery vo vnútri otvorov alebo uzavretých priestorov, ktoré sú ťažko dostupné pomocou ihlových klieští, vyvŕtajte ich otvorom alebo ich pomocou plochého skrutkovača zo strany vypáčte a potom vytiahnite kliešťami na nos. Pri odstraňovaní podpier buďte opatrní s 3D vytlačenou časťou, pretože sa môže odtrhnúť, ak ju príliš namáhate.

Akonáhle sú podpery odstránené, obrúste drsné povrchy na miestach, kde predtým podpery boli, alebo zvyšnú podperu opatrne vyrežte hobby nožom. Na vyhladenie otvorov pre skrutky použite brúsny alebo brúsny hrot a dremel.

Krok 6: Zostavenie rámu trikoptéry

Na montáž budete potrebovať šesť skrutiek (najlepšie strižných, 6-32 alebo tenších, dlhých 1 palca) na zaistenie rámu k sebe.

Vezmite si 3D tlačené diely s názvom hlavné rameno. STL a základňa zadného ramena. STL. Tieto komponenty do seba zapadajú ako skladačka, pričom základňa chvostového ramena je vložená do stredu dvoch hlavných ramien. Zarovnajte štyri otvory pre skrutky a potom zasuňte skrutky zhora. Ak diely do seba ľahko nezapadajú, nenúťte ich. Brúste základňu chvosta, kým to neurobia.

Potom zasuňte chvostové rameno na vyčnievajúci koniec základne chvostového ramena, kým sa otvory pre skrutky nezarovnajú. Opäť možno budete musieť piesok, než sa zmestí. Zaskrutkujte ho zhora.

Na zostavenie motorovej plošiny musíte najskôr vložiť servo do otvoru na chvostovom ramene a smerovať dozadu. Dva horizontálne otvory by mali byť zarovnané s otvormi pre skrutky na serve. Ak trenie nepostačuje, môžete ho priskrutkovať na svoje miesto týmito otvormi. Potom položte ovládací klaksón na servo, ale neskrutkujte ho. To príde o chvíľu.

Zasuňte nápravu plošiny motora do otvoru na úplnom konci chvostového ramena a druhou stranou cez klaksón. Roh by mal pekne zapadnúť do vložky na plošine. Nakoniec prevlečte skrutku klaksónu otvorom v plošine aj klaksónom, ako je znázornené na obrázku vyššie.

Krok 7: Inštalácia motorov

Bezkartáčové motory nie sú dodávané s vopred namontovanými pohonnými nápravami a montážnou krížovou doskou, preto ich najskôr priskrutkujte. Potom ich priskrutkujte na motorovú plošinu a hlavné ramená trikoptéry pomocou skrutiek, ktoré boli dodané s ňou, alebo pomocou skrutiek a matíc M3. V tomto kroku môžete vrtule pripevniť, aby ste zaistili bezpečnú vzdialenosť a obdivovať svoju ručnú prácu, ale pred testovaním pred letom ich vyberte.

Krok 8: Zapojenie dosky autopilota

Pripojte senzory k doske Pixhawk Autopilot, ako je znázornené na obrázku vyššie. Tieto sú tiež označené na samotnej doske autopilota a ich pripojenie je veľmi jednoduché, t. J. Bzučiak sa pripája k portu bzučiaka, prepínač sa pripája k portu prepínača, napájací modul sa pripája k portu napájacieho modulu a telemetria sa pripája k portu telem1. GPS a externý kompas budú mať dve sady konektorov. Pripojte ten s viacerými pinmi k portu GPS a menší k I2C.

Tieto konektory DF13, ktoré idú do dosky Pixhawk Autopilot, sú veľmi krehké, preto neťahajte za drôty a tlačte a ťahajte priamo za plastové puzdro.

Krok 9: Zapojenie rádiového komunikačného systému

Rádiovo riadiaci komunikačný systém bude slúžiť ako bezpečnostná záloha na ovládanie kvadrokoptéry v prípade poruchy pozemnej stanice alebo Alexa alebo omylu príkazu pre inú.

Pripojte kodér PPM k rozhlasovému prijímaču, ako je to znázornené na obrázku vyššie. Kodér aj prijímač PPM sú označené, takže pripojte S1 k S6 k signálnym kolíkom 1 až 6 vášho prijímača. S1 bude mať tiež uzemňovacie a napäťové vodiče, ktoré budú napájať prijímač prostredníctvom kodéra PPM.

Krok 10: Spájkovanie dosky na distribúciu energie

PDB bude prijímať vstup z lítium -polymérovej (LiPo) batérie s napätím a prúdom 11,1 V a 125 A, distribuuje ju do troch ESC a napája dosku Pixhawk Autopilot prostredníctvom napájacieho modulu.

Tento napájací modul bol znovu použitý z predchádzajúceho projektu vyrobeného v spolupráci s priateľom.

Pred spájkovaním drôtov odrežte zmršťovač tepla tak, aby zodpovedal každému z drôtov, aby ho bolo možné neskôr nasunúť na odhalený spájkovaný koniec, aby sa zabránilo skratu. Samec konektora XT90 spájkujte najskôr k doštičkám PDB, potom 16 vodičov AWG k ESC a potom k týmto vodičom pripojte konektory XT60.

Na spájkovanie vodičov na doštičky PDB je potrebné ich spájkovať zvisle, aby zmršťovač tepla mohol prechádzať a izolovať svorky. Zistilo sa mi najľahšie použiť pomocné ruky na držanie vodičov vo zvislej polohe (obzvlášť veľký kábel XT90) a položiť ich na vrch PDB opretý o stôl. Potom spájkujte drôt okolo podložky PDB. Potom zosuňte tepelný zmršťovač nadol a zohrejte ho, aby sa izolovali obvody. Opakujte to pre zvyšok káblov ESC. Pri spájkovaní XT60 postupujte podľa predchádzajúceho kroku o výmene pólu batérie ESC za XT60s.

Krok 11: Zapojenie motorov a elektronických regulátorov rýchlosti

Pretože používame bezkartáčové jednosmerné motory, budú dodávané s tromi vodičmi, ktoré sa pripoja k trojvodičovým svorkám elektronického regulátora rýchlosti (ESC). Na tomto kroku nezáleží na poradí káblového pripojenia. Skontrolujeme to pri prvom zapnutí trikoptéry.

Otáčanie všetkých troch motorov by malo byť proti smeru hodinových ručičiek. Ak sa motor netočí proti smeru hodinových ručičiek, prepnite akékoľvek dva z troch vodičov medzi ESC a motorom, aby ste otočili.

Pripojte všetky ESC k rozvodnej doske, aby ste zaistili napájanie každého z nich. Potom pripojte predný pravý ESC k hlavnému výstupu pixhawku 1. Pripojte predný ľavý ESC k hlavnému výstupu 2 pixhawku, servu k hlavnému výstupu 7 a zvyšnému chvostovému ESC k hlavnému výstupu 4.

Krok 12: Nastavenie firmvéru autopilota

Firmvér zvolený pre túto zostavu trikoptéry je Arducopter Ardupilot s konfiguráciou Tricopter. Postupujte podľa pokynov v sprievodcovi a vo firmvéri vyberte konfiguráciu trikoptéry.

Krok 13: Kalibrácia vnútorných senzorov

Druhý v hlasom aktivovanej výzve