Трехмерный печатный трикоптер с голосовым управлением: 23 шага (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Это полностью напечатанный на 3D-принтере дрон Tricopter, которым можно управлять и управлять им с помощью голосового управления с помощью Amazon Alexa через наземную станцию, управляемую Raspberry Pi. Этот трикоптер с голосовым управлением также известен как Оливер Три.

Трикоптер, в отличие от более распространенной конфигурации квадрокоптера, имеет только 3 пропеллера. Чтобы компенсировать на одну степень управления меньше, один из роторов наклоняется серводвигателем. Оливер Три оснащен автопилотом Pixhawk, передовой системой автопилота, широко используемой в исследовательской и передовой индустрии дронов. Эта система автопилота поддерживает широкий спектр режимов полета, включая «следуй за мной», навигацию по путевым точкам и управляемый полет.

Amazon Alexa будет использовать управляемый режим полета. Он обрабатывает голосовые команды и отправляет их на наземную станцию, которая сопоставляет эти команды с MAVLink (протокол связи с микромобильными транспортными средствами) и отправляет их на Pixhawk через телеметрию.

Этот трикоптер хоть и небольшой, но мощный. Его длина составляет около 30 см, а вес - 1,2 кг, но с нашей комбинацией стоек и мотора он может поднимать до 3 кг.

Шаг 1: материалы и оборудование

Трикоптер

• 3 бесщеточных двигателя постоянного тока
• 3 вала двигателя
• 3 Электронный регулятор скорости 40А
• Композитные пропеллеры 8x4 CCW
• Совет распределения энергии
• Провода и разъемы
• Серводвигатель TGY-777
• Аккумулятор и разъем аккумулятора
• 6x 6-32x1 "срезные болты, гайки *
• Двойной замок 3M *
• Застежка-молния *

Автопилот

• Комплект автопилота Pixhawk
• GPS и внешний компас
• Телеметрия 900 МГц

Безопасность RC Control

• Пара передатчика и приемника
• Кодировщик PPM

Наземная станция с голосовым управлением

• Комплект Raspberry Pi Zero W или Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot или любые продукты Amazon Echo

Оборудование и инструменты

• Паяльная станция
• 3д принтер
• Плоскогубцы для иглы *
• Отвертки *
• Набор шестигранных ключей *

* Куплено в местном хозяйственном магазине

Шаг 2. Организация контента

Поскольку это довольно сложный и долгосрочный проект, я предлагаю организовать эту сборку по трем основным разделам, которые можно выполнять одновременно:

Аппаратное обеспечение: физическая рама и силовая установка трикоптера.

Автопилот: полетный контроллер вычисляет сигнал ШИМ для обеспечения каждого из 3 бесщеточных двигателей и серводвигателя в соответствии с командой пользователя.

Голосовое управление: это позволяет пользователю управлять дроном с помощью голосовых команд и обмениваться данными по протоколу MAVLINK с платой Pixhawk.

Шаг 3: Загрузка деталей рамы трикоптера

Вся рама трикоптера напечатана на 3D-принтере Ultimaker 2+. Рама разделена на 5 основных компонентов, чтобы соответствовать рабочей пластине Ultimaker 2+ и облегчить перепечатку и ремонт отдельных деталей в случае их повреждения в результате аварии. Они есть:

• 2 Передние моторные рычаги (main-arm.stl)
• 1 Хвостовой рычаг (tail-arm.stl)
• 1 Соединительный элемент между хвостовым оперением и двумя передними рычагами мотора (tail-arm-base.stl)
• 1 Крепление хвостового двигателя (motor-platform.stl)

Шаг 4: 3D-печать рамы трикоптера

Распечатайте эти детали с заполнением не менее 50% и используйте линии в качестве шаблона заполнения. Для толщины оболочки я использую толщину стенки 0,7 мм и толщину верхней / нижней части 0,75 мм. Добавьте адгезию рабочего стола и выберите край 8 мм. Эта рама была напечатана с помощью пластиковой нити PLA, но вы можете использовать пластиковую нить ABS, если вы предпочитаете более прочный, но более тяжелый трикоптер. С этими настройками, чтобы распечатать все это, потребовалось <20 часов.

Если край не прилипает к печатной поверхности 3D-принтера, используйте клей-карандаш и приклейте юбку к печатной поверхности. По окончании печати снимите рабочую пластину, смойте излишки клея и вытрите насухо, прежде чем снова вставить в принтер.

Шаг 5: Удаление опор и бортов

Детали, напечатанные на 3D-принтере, будут напечатаны повсюду с опорами и с внешним краем, который необходимо удалить перед сборкой.

Кромка - это однослойный PLA, который легко снимается с детали вручную. С другой стороны, опоры снять гораздо сложнее. Для этого вам понадобятся плоскогубцы и отвертка с плоской головкой. Для опор, которые не находятся в закрытых помещениях, используйте плоскогубцы, чтобы раздавить опоры и снять их. Для опор внутри отверстий или закрытых пространств, до которых трудно добраться плоскогубцами, просверлите отверстие или используйте отвертку с плоской головкой, чтобы поддеть его сбоку, а затем вытащите его плоскогубцами. При снятии опор будьте осторожны с напечатанной на 3D-принтере деталью, так как она может отломиться, если вы слишком сильно ее натянете.

После снятия опор отшлифуйте шероховатые поверхности, на которых раньше были опоры, или аккуратно вырежьте оставшуюся опору ножом для хобби. Используйте шлифовальную или шлифовальную насадку и дремель, чтобы загладить отверстия для винтов.

Шаг 6: Сборка рамы трикоптера

Для сборки вам понадобятся шесть болтов (предпочтительно срезные болты, 6-32 или более тонкие, длиной 1 дюйм), чтобы скрепить раму вместе.

Возьмем детали, напечатанные на 3D-принтере, которые называются main-arm. STL и tail-arm-base. STL. Эти компоненты сцепляются, как головоломка, при этом основание хвостовой части зажато в середине двух основных рычагов. Совместите четыре отверстия для винтов, затем вставьте болты сверху. Если части не подходят друг к другу легко, не заставляйте их. Отшлифуйте основание хвостовика до тех пор, пока они не станут однородными.

Затем наденьте хвостовой рычаг на выступающий конец основания хвостового рычага до совмещения отверстий для винтов. Опять же, вам может потребоваться отшлифовать, прежде чем он станет подходящим. Прикрутите его сверху.

Чтобы собрать моторную платформу, вам нужно сначала вставить сервопривод в отверстие на хвостовой балке, направив назад. Два горизонтальных отверстия должны совпадать с отверстиями для винтов на сервоприводе. Если фрикционной посадки недостаточно, вы можете закрепить ее на месте через эти отверстия. Затем наденьте управляющий рог на сервопривод, но не ввинчивайте его. Это происходит мгновенно.

Проденьте ось моторной платформы в отверстие на самом конце хвостовой балки, а другой стороной над рогом. Рупор должен хорошо входить в прорезь на платформе. Наконец, проденьте винт для рожка через отверстие в платформе и рожок, как показано на изображении выше.

Шаг 7: Установка двигателей

Бесщеточные двигатели не будут поставляться с предварительно прикрепленными осями винта и монтажной поперечной пластиной, поэтому сначала прикрутите их. Затем вы прикручиваете их к платформе двигателя и основным рычагам трикоптера, используя либо прилагаемые к нему винты, либо крепежные винты и гайки M3. На этом этапе вы можете прикрепить пропеллеры, чтобы обеспечить зазор и полюбоваться своей работой, но снимите их перед предполетными испытаниями.

Шаг 8: Подключение платы автопилота

Подключите датчики к плате автопилота Pixhawk, как показано на схеме выше. Они также обозначены на самой плате автопилота и их довольно просто подключить, то есть зуммер подключается к порту зуммера, коммутатор подключается к порту коммутатора, модуль питания подключается к порту модуля питания, а телеметрия подключается к порту telem1. GPS и внешний компас будут иметь два набора разъемов. Подключите тот, у которого больше контактов, к порту GPS, а меньший - к I2C.

Эти разъемы DF13, которые входят в плату автопилота Pixhawk, очень хрупкие, поэтому не тяните за провода, а нажимайте и тяните непосредственно за пластиковый корпус.

Шаг 9: Подключение системы радиосвязи

Система связи радиоуправления будет использоваться в качестве резервного средства безопасности для управления квадрокоптером в случае, если наземная станция или Alexa выйдет из строя или ошибочно примет команду за другую.

Подключите кодировщик PPM к радиоприемнику, как показано на изображении выше. Кодер PPM и приемник имеют маркировку, поэтому подключите S1 к S6 к сигнальным контактам с 1 по 6 вашего приемника. S1 также будет иметь провода заземления и напряжения, которые будут питать приемник через кодировщик PPM.

Шаг 10: пайка платы распределения питания

PDB принимает входной сигнал от литий-полимерной (LiPo) батареи с напряжением и током 11,1 В и 125 А, распределяет его по трем регуляторам скорости и питает плату автопилота Pixhawk через модуль питания.

Этот силовой модуль был повторно использован из предыдущего проекта, созданного в сотрудничестве с другом.

Перед пайкой проводов обрежьте термоусадочную пленку по размеру каждого из проводов, чтобы ее можно было надеть на оголенный припаянный конец позже, чтобы предотвратить короткое замыкание. Сначала припаяйте штыревой разъем XT90 к контактным площадкам PDB, затем провода 16 AWG к ESC, а затем к этим проводам разъемы XT60.

Чтобы припаять провода к контактным площадкам PDB, вам необходимо припаять их в вертикальном положении, чтобы термоусадка могла пройти сквозь и изолировать клеммы. Я обнаружил, что проще всего использовать руки для помощи, чтобы удерживать провода в вертикальном положении (особенно большой кабель XT90) и положить его поверх PDB, лежащего на столе. Затем припаяйте провод вокруг контактной площадки PDB. Затем сдвиньте термоусадку вниз и нагрейте ее, чтобы изолировать схему. Повторите это для остальных проводов ESC. Чтобы припаять XT60, выполните предыдущий шаг, описывающий замену клеммы аккумулятора ESC на XT60.

Шаг 11: Подключение двигателей и электронных регуляторов скорости

Поскольку мы используем бесщеточные двигатели постоянного тока, они будут иметь три провода, которые будут подключаться к трехпроводным клеммам электронного регулятора скорости (ESC). Порядок подключения кабеля на этом этапе не имеет значения. Мы проверим это при первом включении трикоптера.

Вращение всех трех двигателей должно происходить против часовой стрелки. Если двигатель не вращается против часовой стрелки, переключите любые два из трех проводов между ESC и двигателем, чтобы изменить направление вращения.

Подключите все ESC к плате распределения питания, чтобы обеспечить питание каждого из них. Затем подключите передний правый ESC к основному выходу Pixhawk 1. Подключите передний левый ESC к основному выходу 2 pixhawk, сервопривод к основному выходу 7, а оставшийся хвостовой ESC к основному выходу 4.

Шаг 12: Установка прошивки автопилота

Прошивка, выбранная для этой сборки трикоптера, - это Ardupilot Arducopter с конфигурацией трикоптера. Следуйте инструкциям мастера и выберите конфигурацию трикоптера в прошивке.

Шаг 13: Калибровка внутренних датчиков

Финалист конкурса с голосовой активацией