Le tricopter de cet article est avant tout un projet d’électronique et de programmation, la structure fibre étant reprise du premier tricopter construit à base de gyroscopes Telebee.
Cette structure a juste été consolidée à la fibre carbone/kevlar, et des LEDs ont été rajoutées pour mieux la visualiser en vol.

Wii Motion Plus

Une manette de jeu Wii est constituée de 3 accéléromètres permettant de déterminer une position angulaire, et de mesurer des accélérations latérales.

C’est suffisant pour la plupart des jeux, mais un accéléromètre est peu précis pour mesurer de petites variations. Pour les jeux plus exigeants, Nintendo a développé l’extension Wii Motion Plus qui utilise 3 gyroscopes et se branche dans le prolongement d’une manette. Ces 3 gyroscopes couplés aux 3 accéléromètres permettent de déterminer bien plus précisément l’attitude de la manette.
On retrouve beaucoup d’informations sur toutes les extensions ici:
http://wiibrew.org/wiki/Wiimote/Extension_Controllers

Sur un multicopter, l’utilisation des accéléromètres est un plus mais n’est pas indispensable si on ne souhaite pas conserver rigoureusement sa position dans l’espace.
La mesure des accélérations angulaire est suffisante pour assurer une bonne stabilité.

L’extension Wii Motion Plus a de nombreux intérêts par rapport à d’autres capteurs:

1) son coût

Invensense est un fabriquant de composants électronique, et en particulier de gyroscopes. Habituellement, ces composants distribués indépendamment sont relativement chers.
exemple chez Sparkfun:
http://www.sparkfun.com/commerce/categories.php?c=85
Invensense fabrique (au moins 1 sur 2) les gyroscopes présents dans le Wii Motion Plus: IDG600 ou IDG650. Ils semblent avoir été conçus spécifiquement, avec un prix de gros probablement très bas.
On en profite directement dans le coût de l’extension, d’autant plus qu’il existe de nombreuses copies chinoises qu’on peut trouver pour $15 ou $20

2) son format

L’extension Wii Motion Plus est constituée de 2 paires de gyroscopes 2 axes, un seul axe étant utilisé sur un des deux. Au final, une fois le circuit imprimé extrait, on a un ensemble de gyroscopes 3 axes dans un espace réduit. Mais surtout, ils sont montés à plat sans PCB additionnels et c’est très pratique. En fonction des copies le circuit diffère légèrement, par contre le format reste identique.

3) son convertisseur analogique numérique intégré

Lorsqu’on veut exploiter la valeur d’un capteur brute, on utilise sa sortie analogique pour ensuite la convertir dans un format numérique exploitable par un programme. L’extension Wii Motion Plus intègre un convertisseur analogique numérique 14 bits.

4) son protocole de communication

Cette extension communique avec la manette sur un bus I2C en mode rapide à 400kbit/s. C’est intéressant car ce bus couplé au convertisseur analogique numérique intégré permet de réaliser les opérations de conversion qui ne seront pas à gérer par la suite par le microcontrôleur. Ce bus ne mobilise que 2 fils de données.

4) ses performances

A ce prix là, on n’a pas les meilleures performances existantes d’un gyroscope moderne. Le bruit (signaux parasites en l’absence de mouvement) est assez important, mais il s’agit quand même de capteurs MEMS qui surpassent les gyroscopes  piezo qu’on trouve encore dans beaucoup de gyroscopes RC. Correctement filtré, le signal exploitable est plutôt précis.

Pour info, la « Rolls » des gyro du moment semble être l’ADXRS610 , et à ce prix on n’a qu’un seul axe   :
http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=9058

Arduino Pro Mini

Les cartes Arduino Pro Mini ont un format sympa, une des plus petites déclinaisons existantes proche du timbre poste, et toutes les possibilités d’une carte Arduino classique plus grosse. Elles sont conçues sur la base d’un Atmel 328p et existent en plusieurs version 3.3V/5V et 8MHz/16MHz. J’ai choisi la version la plus pratique et la plus puissante: 5V / 16MHz
http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=9218

On ne dispose plus de la connectique USB permettant d’injecter un programme, mais on peut toujours passer par un petit adaptateur USB-série vendu séparément. Elle se programme comme tous les Arduino, sur un PC ou MAC en C avec son IDE gratuit.
http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=9115

Arduino Pro Mini + Wii Motion Plus

Le format du Wii Motion Plus est assez similaire au format de la carte Arduino Pro Mini.
C’est très pratique pour concevoir une petite carte homogène.
L’ensemble est simplement relié par 4 fils.

L’extension Wii Motion Plus est alimentée par l’alimentation 5V régulée de la carte Arduino Pro Mini.
VCC Wii Motion Plus est connecté à la broche 12 de l’Arduino, et les masses GND sont reliées entre elles.
La broche 12 servira commuter l’alimentation du Wii Motion Plus lors de l’initialisation de la communication entre les cartes.
J’avais initialement relié VCC Wii Motion Plus directement à VCC Arduino (comme indiqué sur la photo), mais cela aboutissait parfois à de mauvaises initialisations des gyroscopes.
Les entrées analogiques A4 et A5 sont raccordées au bus I2C via les broches SDA et SCL.
(je sais que mes soudures ne sont pas des exemples du genre )

Connexion des éléments

L’orientation de la carte doit absolument être respectée (flèche bleue)

Pour la construction d’un tricopter puissant, il est préférable d’alimenter les contrôleurs en étoile à partir de la batterie avec des câbles de même section et de même longueur.
Sinon, ils risqueraient de ne pas être alimentés uniformément, surtout lors de forts appels de courant.

Pour le reste, un simple récepteur 4 voies peut être utilisé.

Paramètres de vol configurables

Une fois le soft téléchargé dans la carte Arduino, des paramètres par défaut sont configurés lors de la première mise en route.
Ces paramètres conviennent pour une configuration identique à la mienne (moteur/contrôleur/hélice/poids)

En revanche, une autre configuration demandera probablement d’autres paramètres pour être optimum.
Par exemple, si on veut utiliser un tricopter plus important pour faire du FPV.

Le TriWiiCopter utilise une contrôleur de système en boucle fermé pour assurer sa stabilité et sa manoeuvrabilité.
Comme la majorité des multirotors, c’est un régulateur Proportionnel-Intégral-Dérivé (PID) qui est utilisé.

Ce régulateur est traduit en lignes de code dans l’Arduino et essaye de corriger l’erreur calculée entre une variable mesurée à la sortie du contrôleur (valeur mesurée par les gyroscopes) et une consigne donnée en entrée (position des sticks) , en calculant une action adaptée sensée ajuster la sortie du procédé (ordre donné aux moteurs).

Le régulateur PID implique 3 paramètres distincts : le terme Proportionnel, le terme Intégral et le terme Dérivé. La variation de chacun de ces paramètres modifie l’efficacité de l’asservissement.
Un peu de littérature générale sur le sujet: http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9gulateur_PID

Appliqué à un multirotor, les coefficients de ces paramètres peuvent être traduits par leur comportement:

• le coefficient Proportionnel: à lui seul, il peut permettre d’obtenir une stabilisation. Ce coefficient détermine l’importance de l’action sur les moteurs en fonction des valeurs mesurées par les gyroscopes. Plus ce coefficient est élevé, plus le tricopter semblera plus « rigide » face à une déviation angulaire. S’il est trop faible, le tricopter paraitra mou et sera plus dur à maintenir en stationnaire (impression de savonnette). On peut « sentir » ce paramètre en maintenant à pleine main le tricopter et en asseyant de le bouger, plus le paramètre est élevé, plus l’opposition est importante. En pratique, il faut régler ce paramètre seul jusqu’à être à la limite d’obtention de petites oscillations de l’ensemble. S’il est trop élevé, le système devient instable en amplifiant les oscillations.

• le coefficient Intégral: ce coefficient permet d’augmenter la précision de la position angulaire. En pratique, lorsque le tricopter est perturbé et que son angle change, le terme Intégral « garde en mémoire » cette perturbation et applique une correction sur les moteurs jusqu’à obtenir le bon angle. On peut voir ce terme comme un conservateur de cap. Typiquement si on tient à pleine main de tricopter et qu’on le force dans une position, les moteurs vont continuer un certain temps à contrer l’action. Sans ce terme, l’opposition ne dure pas aussi longtemps. On peut ainsi avoir un maintien précis de l’assiette même en présence de bourrasques, ou pendant l’effet de sol. Par contre l’augmentation de ce coefficient implique souvent une diminition de la vitesse de réaction et du coefficient Proportionnel, on ne peut pas tout avoir.
  Par rapport à l’algorithme classique du PID, j’ai choisi d’annuler ce terme en présence de fortes variations angulaires, ce qui permet entre autre d’avoir un comportement plus sain lors de loopings ou de virages serrés.

• le coefficient Dérivé: ce coefficient permet au tricopter d’arriver plus rapidement à l’attitude souhaitée. En pratique il va amplifier la vitesse de réaction du système, et permet dans certains cas de rehausser le terme Proportionnel. Par contre, plus ce terme sera élevé en valeur absolue (il est tout le temps négatif), plus on observera de parasites dans la stabilisation.

Par défaut, lors de la première mise en route, le tricopter est initialisé avec des valeurs de coefficient qui devraient permettre de voler plus ou moins bien:

P: par défaut 3.5
I: par défaut: 0.04
D: par défaut -15

Pour la configuration du tricopter, j’ai imaginé une méthode qui permette de reconfigurer rapidement sur le terrain ces paramètres, sans même avoir à mettre hors tension le tricopter.
L’utilisation d’un enchainement de commande sur les manches de la radiocommande permet de reconfigurer séquentiellement ces paramètres.

Afin de voir les valeurs modifiées, un petit écran LCD série peut être connecté le temps de la configuration.
http://www.sparkfun.com/commerce/product_info.php?products_id=9394
Le LCD n’est pas indispensable lorsqu’on sait compter les changements effectués (utilisateurs avertis)

réglage des paramètres

Démarrage du tricopter
La mise en route des moteurs s’effectue en basculant le manche de dérive à fond à droite tout en ayant le stick des gaz en position minimale.
Par sécurité, le stick des gaz doit être en position minimale pour pouvoir armer les moteurs.
A présent les moteurs tournent au ralenti et l’appareil est prêt pour le vol.
Il n’est pas nécessaire que le tricopter soit positionné à plat, l’angle n’a pas d’importance.

Arrêt des moteurs
L’arrêt des moteurs s’effectue en basculant le manche de dérive à fond à gauche tout en ayant le stick des gaz en position minimale.

Étalonnage des gyroscopes
Pour régler le neutre des gyroscopes, tricopter à l’arrêt, il faut mettre le manche de la dérive à fond à gauche + le manche du piqué à fond à bas + le manche du gaz en bas.
Le tricopter ne doit pas bouger durant cette étape, en revanche son inclinaison n’a pas d’influence (on peut même faire cette opération tricopter retourné)

Début du mode configuration
Mettre mettre le manche de la dérive à fond à droite et en même temps le manche du piqué à fond en haut. Ceci initialise le LCD, fait clignoter la led et le paramètre P est alors prêt à être configuré.

Sélection du paramètre à configurer
Dans le mode configuration, mettre le manche du piqué à fond en bas. Le paramètre sélectionné change alors de façon séquentielle et le nombre de clignotement de la LED indique quel paramètre est pointé.
1 clignotement = paramètre P
2 clignotement = paramètre I
3 clignotements = paramètre D
Le choix du paramètre est indiqué sur l’écran LCD par un caractère surligné.

Modification de la valeur du paramètre:
Dans le mode configuration, mettre le manche du roulis à fond à droite (incrémentation) ou à fond à gauche (décrémentation).
Pour le paramètre P: la variation se fait par pas de 0.1, avec une valeur minimale fixée à 0.
Pour le paramètre I: la variation se fait par pas de 0.005, avec une valeur minimale fixée à 0.
Pour le paramètre D: la variation se fait par pas de 1, avec une valeur maximale fixée à 0.
A chaque modification la LED clignote

Si on « compte » les opérations réalisées, on peut savoir sans LCD la valeur des paramètres.
Mais on peut vite être perdu si on fait trop de modifications.

Fin du mode configuration
Mettre mettre le manche de la dérive à fond à gauche et en même temps le manche du piqué à fond en haut.
La LED clignote à nouveau et le tricopter repasse dans un état prêt à voler.

Interface graphique

Il est désormais possible de configurer et de visualiser les paramètres via un PC (ou Mac) grâce à une interface graphique.
Cette interface est assez intuitive et utilise le même port COM de l’IDE Arduino.

Quelques photos du premier TriWiiCopter

Matériel RC utilisé

On peut bien sûr prendre une autre configuration pour un tricopter plus imposant.
Les exemples ne manquent pas sur internet.

Pour avoir un ordre d’idée sur la puissance de la configuration proposée, mesures réalisées par Joël:

Vidéo

Code source et interface graphique

(l’interface graphique est codée avec processing et nécessite que Java soit installé, c’est souvent le cas par défaut. Si ce n’est pas le cas, on peut télécharger Java JRE sur le site de sun.com ou réutiliser celui fournit avec l’IDE Arduino)

Le code TriWii à insérer dans l’Arduino doit être édité avant d’être compilé pour sélectionner le type d’ESC utilisé.
Il faut dé-commenter une de ces 2 lignes:

//#define MINTHROTTLE 1310 // for Turnigy Plush ESCs 10A
//#define MINTHROTTLE 1120 // for Super Simple ESCs 10A

C’est grâce à de nombreux exemples trouvés sur internet et longuement remaniés que j’ai pu développer ce soft.
A ma connaissance, il y a certaines parties inédites et réutilisables indépendamment (interface radio, interface LCD, commande du servo).
Je souhaite rendre disponible à mon tour ce code sous licence GPL pour qu’il serve à d’autres, directement dans un tricopter ou indirectement sur d’autres projets.
C’est grâce à cette approche open source que la communauté Arduino a pu si vite se développer.

Les limites en mémoire et en puissance de l’Arduino utilisé ici ne sont pas atteintes, et le nombre d’entrés I/O restantes est suffisamment important pour qu’on puisse intégrer pas mal d’autres capteurs: magnétomètre, accéléromètres, GPS, altimètre, capteur  ultra son, …
Mon but ici était de faire un tricopter minimaliste, typé acrobatie, plutôt destiné au pilotage.

J’ai aussi espoir que quelqu’un publiera un jour un algorithme qui soit capable d’ajuster les meilleurs paramètres automatiquement.

Où trouver les composants

Les arduino pro mini, la carte d’interface USB et le LCD sont disponibles chez sparkfun.
Les extensions Wii Motion Plus sont largement disponibles sur ebay.
Les éléments RC sont tous disponibles chez hobbycity.

Vidéo du TriWii de Joël

Quelques noms de multi rotor:

Projets commerciaux multi rotor:
drones professionnels (Microdrone, Draganflyer, BrainyBee,..), Mikrokopter, XUfo, QuadPowered, Conrad Reely 450, TTCopter, Iphone Parrot, Walkera UFO , X-Wing, XAIRCRAFT

Projets open source :
Arducopter, Mikroquad (devenu AeroQuad), UAVP/UAXP, Shrediquette.

J’en oublie certainement, mais du jouet au modèle professionnel, chacun utilise ces principes communs :
- lire les ordres d’une radio commande
- lire les signaux de capteurs (au minimum 3 gyroscopes)
- interpréter ces données
- générer des ordres de commande de moteurs (et servo pour le tricopter)

Parmi ces différentes électroniques, on retrouve beaucoup de micro contrôleurs Atmel plus ou mois puissants.
Et en open source, on arrive très vite aux cartes Arduino basées sur ces mêmes contrôleurs.

Arduino

C’est un projet qui a permis de démocratiser la programmation de micro contrôleurs grâce au développement d’une plate forme hardware et d’un environnement de développement open source.
Le choix de micro-contrôleurs Atmel permet d’obtenir un excellent rapport performance/prix, puisqu’on trouve des cartes pour une 30aine d’euro.
L’environnement de développement est en outre particulièrement bien documenté avec de nombreux exemples directement applicables.
La mise en œuvre est très simple: la carte Arduino la plus répandue intègre d’office un port USB, et un simple câble permet de mettre à jour le code créé.
Arduino est accessoirement le nom d’un bar d’une ville Italienne, là où le concept est né.

Signal PPM somme ou signal PWM individuel ?

Le signal PPM somme est celui qui circule directement sur les ondes RC entre un émetteur et un récepteur de radio modélisme (en 41MHz, 72MHz ou 2.4GHz, c’est toujours vrai en mode PPM).
Il « sérialise » les signaux de chacune des voies RC destinées à chaque sortie d’un récepteur RC.
Le rôle du récepteur est en partie de « segmenter » ce signal pour reconstituer les ordres individuels en signaux PWM qu’un servo peut par exemple accepter.
Parmi les différents modèles de multi rotor, on retrouve deux cas: ceux qui attendent un signal somme PPM, et ceux qui acceptent directement les sorties d’un récepteurs.
Pour le premier cas, et lorsqu’on ne dispose pas d’un récepteur capable de sortir le signal somme PPM (ASSAN par exemple), il faut passer par un module sommateur de voie comme Quadro PPM,TT-RecEnc ou Paparazzi.
Pour le deuxième cas, on est sûr que chaque récepteur pourra convenir à partir du moment où la carte électronique possède un nombre suffisant d’entrée.

ESC I2C ou ESC PPM ?

Lorsque les ordres moteurs doivent être rafraichis très vite, on utilise souvent des contrôleurs I2C où les vitesse de rafraichissement peuvent atteindre 500Hz (500 changement de vitesse par seconde).
Les ESC I2C ne peuvent pas être branchés directement sur un récepteur, et ne sont pas utilisés en modélisme « standard ». C’est pour ça qu’ils sont relativement peu répandus et chers.
Ils présentent aussi un avantage : pour contrôler plusieurs ESC I2C, seuls 2 fils sont nécessaires, chaque ESC I2C est identifié indépendamment. Mikrokopter fonctionne avec ce genre de contrôleurs.
Les ESC standards qu’on raccorde habituellement sur un récepteur sont prévus pour supporter un rythme de 50Hz, sans aucune garantie au-delà. Le signal de chaque voie RC sortant d’un récepteur n’a pas de toute façon une cadence plus élevée.
Hors en pratique, on constate que certains ESC peuvent supporter des rythmes de rafraichissement bien plus élevés, et ce ne sont pas les plus chers les mieux lotis !
Les ESC SuperSimple d’HobbyCity supportent en effet des fréquences au-delà de 400Hz.
William T. (concepteur du Shrediquette) a testé qu’en pratique, au-delà de 300Hz, la différence de comportement d’un multirotor n’est plus perceptible (http://shrediquette.blogspot.com/2010/01/finished-ic-to-pwm-converter-and.html).
Comme il s’agit d’utiliser ici une carte de contrôle dont on peut maitriser le code et le taux de rafraichissement des signaux envoyés, on peut tout a fait utiliser des ESC standards en mode 300Hz. Utiliser des ESC I2C représente selon moi un surcoût non justifié pour une configuration tricopter de 3 ESC.

Quels capteurs ?

On trouve au minimum 3 gyroscopes, et souvent 3 accéléromètres sur les cartes électronique multi rotor.
En option, on peut voir un peu de tout: baromètre (gestion de l’altitude), GPS (position), voltmètre (tension batterie), ultrason (distance sol), …
Les premiers gyroscopes et accéléromètres étaient de type piezo et on trouve maintenant des capteurs à technologie MEMS plus performants et résistants mieux aux vibrations.
Sparkfun ( http://www.sparkfun.com/ ) est le magasin référence pour ce genre de composants.

Fort de toutes ces considérations, mon choix s’est porté sur le projet Aeroquad qui cumule beaucoup d’avantages:
- utilise des ESC standards et peu chers
- accepte directement des voies RC de n’importe quel récepteur
- utilise une carte Arduino dont la programmation est facile à mettre en œuvre
- possède une interface graphique de configuration très sympa (paramétrage de beaucoup de paramètres, visualisation des courbes, horizon artificiel, télémétrie)
- je trouve le code source clair et bien fait
- les capteurs utilisés (3 gyroscopes et 3 accéléromètres) sont d’un coût raisonnable.
- le projet est très actif et on devrait rapidement voir d’autre fonctionnalités comme le GPS.

C’est sûr qu’à la base il s’agit d’un quadri rotor et que je souhaite en définitive réaliser un tricopter.
Il y forcément un travail d’adaptation du code source pas forcément évident, mais c’est le challenge
J’aurais pu partir sur un Shrediquette qui fonctionne très bien, en open source également, mais le budget est bien différent du fait des choix techniques.

Après pas mal de temps passé à me documenter sur ce projet et sur la programmation Arduino, je me suis mis à l’ouvrage et un premier prototype est né:

La carte Arduino de base avec son port USB pour communiquer avec le PC

La carte « proto shield » avec ses capteurs soudés et le récepteur ASSAN 6 voies

Le châssis aluminium que j’ai récupéré de mon mikrokopter, où j’ai supprimé le bras avant et orienté deux des bras vers l’avant.
Il est provisoire, le temps que je m’en fabrique un en fibre sur le même principe que celui décrit dans un autre article.

Le mécanisme d’orientation du moteur arrière

Pour cette configuration un peu plus lourde, j’ai pris 3 moteurs HobbyKing (TURNIGY 2204-14T 19g Outrunner) avec 3 hélices GWS 7×4 et 3 contrôleurs Super Simple 10A.

Petite vidéo de l’outil de configuration (AeroQuad Configurator)

Tricopter – modified AeroQuad firmware

Vidéo en vol intérieur

Tricopter – modified AeroQuad firmware 2

Et voici une première vidéo en extérieur: La stabilité et la maniabilité sont vraiment excellentes

Tricopter Arduino

• le poids: il peut être assez sensiblement réduit par rapport à une structure en aluminium. La solidité peut rester intéressante si on renforce la structure par un peu de fibre de carbone. On fait l’économie de la visserie qui sert habituellement à lier les bras à la plaque centrale. Par contre, en cas de casse , la maintenance sera plus difficile puisqu’il faudrait refaire un peu de résine. Enfin, rien d’insurmontable non plus.

• le look: l’avantage du moule perdu, c’est qu’on peut faire plus ou moins n’importe quelle forme du moment que les arrêtes ne soient pas trop prononcées. On peut ainsi s’arranger pour loger l’intégralité de l’électronique sans qu’aucun fil ne soit apparent.

J’ai voulu également faire un modèle assez petit pour pouvoir l’emmener facilement partout. Son rayon (du centre à l’extrémité d’un bras) est de 23cm.

Le matériel:

J’ai opté volontairement pour du matériel bon marché, pour montrer qu’on peut réaliser un tricopter très abordable.
Le pré-requis est tout de même de posséder une radio programmable avec un mixage hélicoptère CCPM 120 deg, et de savoir bricoler un minimum pour fabriquer un châssis.

Soit un coût total hors châssis de moins de 150 euros.

J’étais initialement parti sur des hélices un peu plus grandes: Hobbycity TP Slow Fly propeller 8×3.8 .
Mais l’expérience a montré que les moteurs tournent un peu trop vite pour cette taille d’hélice.
Les hélices Hobbycity en 7×4 sont un peu plus lourdes, mais sont en revanche très solides.
Associées à un prop saver, elles devraient résister à de nombreux crashs.

J’étais également parti sur 4 gyroscopes esky Ebay EK2-0704B Lock Head Gyro Esky pour leur petit prix.
Malheureusement, ces gyroscopes ne conviennent pas du tout pour le tricopter.
J’aurais pu en garder un pour la gestion du lacet, mais son encombrement était trop important pour mon châssis. J’ai donc pris son petit frère que j’avais en stock, et qui rempli fort bien son rôle.
Croyez moi, les éléments du tableau ci dessus sont testés et approuvés, et il est hasardeux d’en essayer d’autres, surtout pour les gyroscopes

La construction

J’ai donc commencé par assembler quelques morceaux de styro avec une colle qui ne ronge pas les mousses.
Après un ponçage soigné, voici ce qu’on peut obtenir :

On prépare les renforts par du ruban et de la mèche carbone.

Après fibrage par 3 couches de fibre de verre 160g.

J’ai coupé une extrémité qui sera ensuite articulée par un servo pour orienter le moteur arrière.
Puis j’ai versé par cette extrémité de l’acétone à l’intérieur du moule pour dissoudre le styro.
Un capot sera ensuite découpé pour pouvoir loger l’électronique.

Avec l’électronique à côté, on s’imagine mieux à quoi ressemblera le tricopter.

Le petit récepteur 4 voies ASSAN ne sera utilisé que pour les premiers tests, il faudra au minium 5 voies pour l’électronique retenue, 6 dans l’idéal pour la gestion des gains gyros.

Le mécanisme d’articulation de l’axe arrière est réalisé grâce à du contre plaqué 1mm, un jonc carbone 3mm et un tube alu.
Le servo n’est pas encore en place à ce stade.

On prépare la fixation des moteurs:

Après un peu de peinture en bombe:

Avec les hélices (ce ne sont pas ici les hélices finales):

Nouvelle vue du mécanisme d’articulation de l’axe arrière.
J’ai enduit un peu de cyano sur le jonc carbone de manière à diminuer au maximum le jeu entre ce jonc et le tube aluminium.
Le servo est simplement collé à la colle epoxy, et ses pattes de fixation ont été limées.

Vue de l’intérieur avec les gyroscopes Telebee disposés à 120 degrés.
Ils sont maintenus avec du scotch épais double face.
Le gyroscope Esky du lacet est scotché latéralement.

Le récepteur ASSAN X8R7 vient se positionner par dessus.

Les pieds seront réalisés simplement avec 3 chutes d’EPP scotchées au scotch armé.

Vue du tricopter entièrement fini.
Son poids hors batterie est de 260g
Les batteries 1200mAh utilisées pèsent 120g.

Réglage (pour une MX16S)

Il faut sélectionner dans la radio un modèle hélicoptère avec gestion CCPM à 120deg (le plus courant maintenant sur un hélicoptère).
La courbe du pas définira la vitesse de rotation moyenne des 3 moteurs et donc l’aptitude du modèle à monter ou descendre.
Compte tenu du kv des moteurs et des hélices choisies, j’ai bridé la courbe à +19 pour une valeur minimale de -100.

Le mixage du plateau cyclique est laissé par défaut: pas +100%, Roul + 61%, Piqu + 61%

J’ai réduit fortement le dual rate du plateau cyclique car le modèle y est très sensible:
Roul: +41%, expo +30%
Piqu: +41%, expo +30%

Pour la gestion du lacet, le réglage dépendra du montage et de l’amplitude résultante.
J’ai du réduire l’amplitude de la voie 4 à -70%;+70%
Le gyroscope est positionné en head lock à une valeur de -80%

Les 3 voies du gain des gyroscopes Telebee sont reliées ensemble et la valeur est fixée à -33%
(un gain plus fort fait osciller le tricopter et un gain plus faible corrige moins les écarts)
Le switch DS est positionné sur ON, les contrôleurs Super Simple semblent en effet supporter ce mode.

Les 3 contrôleurs doivent être étalonnés sans gyroscope et programmés sans frein.

Câblage

En vol

Les premiers essais dans mon salon étaient moyennement encourageants du fait de la difficulté à tenir un stationnaire.
Je pense que cette instabilité était principalement due à l’effet de sol et ses remous.
En revanche, les premiers tests outdoor ont vraiment été concluants.
Le tricopter offre une résistance honorable au vent (bien plus tolérant qu’un hélicoptère à pas fixe).
Le taux de lacet est assez sympatique et sa précision est plutôt bonne, sans dérive prononcée.
Je n’ai pas osé tenter de flips, mais la confiance vient vite après 3 lipos.
Il accélère fort, monte très vite et peut s’arrêter rapidement jusqu’au stationnaire. C’est rassurant car il y a peu d’inertie.
L’autonomie constatée avec des 1200mAh est d’un peu plus de 10min.

Vu la réserve de puissance alors même que les gaz sont bridés, on peut sans problème embarquer des batteries bien plus conséquentes
J’ai testé une batterie de 2200mAh, le tricopter le supporte bien et gagne en stabilité, les moteurs restent froids.
Pourquoi pas pour une configuration FPV.
En revanche, l’inertie est plus prononcée et je le trouve « moins fun » à piloter.

Pour ceux qui seraient tentés par un tricopter nettement plus stable et plus « pro », je vous conseille la lecture du blog consacré au Shrediquette:
http://shrediquette.blogspot.com/
Il s’agit d’un tricopter basé sur une mécanique comparable mais avec une électronique spécialement développée. La qualité de son design est remarquable.

Encore une autre option d’électronique spécifiquement adaptée: le TriWiiCopter !

Vidéo

Hors dans la même gamme de prix, l’achat d’une caméra miniature n’est pas la seule option pour se constituer une bonne configuration. Les appareils photos numériques ou les petits caméscope HD offrent de nos jours une optique et un traitement du signal vidéo de très grande qualité. Ils pèsent certes bien plus qu’une petite caméra dédiée, mais il est possible de les alléger considérablement, tout en maintenant leur capacité à enregistrer une vidéo sur carte SD.

Dans cette optique, l’appareil photo numérique Panasonic DMC FX-35 possède beaucoup d’avantages par rapport à une petite caméra dédiée:
- possibilité d’enregistrer « on board » la vidéo en mode HD 720p 30 images/s, et donc sans aucun parasite lié à la retransmission
- grand angle de 25mm
- stabilisation optique native
- capacité de sortir un signal composite exploitable pour du vol en immersion
- capacité d’être alimenté en 5V sans batterie embarquée

A côté, ses défauts paraissent bien maigres:
- une fois bien allégé et renforcé par une struture en dépron, le poids avoisine les 55g
- un temps de retransmission vidéo décalé et 1/10 ou 2/10 s
- un petit gel de l’image lors de la fin d’un enregistrement, inférieur à la seconde
- un coût d’achat supérieur sur du matériel neuf, mais qui peut se trouver d’occasion sur des appareils défectueux (ebay, leboncoin, …)

A bord d’un mikrokopter, ces défauts paraissent bien maigres à côté de l’intérêt général, et l’essayer c’est l’adopter.

Désossement de l’appareil en photo:

On enlève la partie flash du circuit supérieur.
Il faut bien faire attention lors de la manipulation du gros condensateur.
Ce condensateur sert à alimenter le flash avec une tension d’environ 300V.
Si on met ses doigts sur ses bornes ça peut faire très mal, c’est comparable à une décharge de clôture (j’ai hélas testé).
Il faut donc le décharger avant de le dessouder. Plusieurs options:

• la douce: on s’aide d’une petite résistance de 200kohm 1/4W qu’on met en contact avec les bornes du condensateur et on attend 5min le temps qu’il se décharge.

• la brutale: on fait court circuit aux bornes avec une lame de cutter en tendant bien les bras et en se protégeant un minimum. Le condensateur émet un paf comme un petit pétard et il est déchargé. C’est la méthode que j’ai choisie, mais elle est sans doute plus risquée car l’étincelle générée aurait pu avoir d’autres impacts sur l’électronique de l’appareil.

On déconnecte la nappe de l’écran LCD, l’appareil fonctionne très bien sans:

Une vue de l’intérieur dépouillé:

Le minimum vital:

On se sert de la prise centrale (format propriétaire Panasonic, en apparence proche d’une prise USB) pour obtenir le signal composite. Il faudra au passage court-circuiter 2 broches pour activer en permanence la sortie (pour simuler l’introduction permanente d’une prise). Un câble de servo est définitivement soudé  pour fournir l’alimentation et la sortie composite, comme une caméra FPV traditionnelle.

De manière à lui rendre une forme cubique, on peut retourner le circuit à 180 degrés sur l’arrière de l’objectif.

Après un coffrage dépron ajusté spécifiquement :

Avant chaque vol, il faudra allumer la caméra dont l’objectif se déploiera de la même manière qu’un appreil photo classique. Une pression sur le déclencheur démarrera l’enregistrement de la vidéo, limitée à une dizaine de minute par vidéo.
Selon les versions d’appareil, il faudra parfois appuyer plusieurs secondes sur la touche DEL pour activer en permanence la sortie vidéo. Il semblerait toutefois qu’il existe des versions sur lesquelles cette action n’a pas d’effet, en particulier sur les appareils récents.

Il faudra bien veiller à ne pas couper l’alimentation de l’appareil sans l’avoir éteint proprement par le commutateur ON/OFF.
Les paramètres de l’appareil pourraient être affectés et si une vidéo est en cours d’enregistrement à ce moment là, elle serait perdue.

Concernant le circuit supérieur, il est possible de le raccourcir après une découpe au disque dremel, avant ou après le micro.
Il faudra bien faire attention à ne pas court-circuiter les couches de cuivres internes au circuit.

Voici ce le genre de résultat que l’on peut obtenir, d’un autre FPViste sur easystar:

Ou encore une autre à bord d’un mikrokopter:

Cette modification est bien entendu faisable sur d’autres appareils, à condition de vérifier qu’ils puissent à la fois enregistrer et sortir un signal composite.
En revanche, le FX35 est l’un des meilleurs compromis coût/poids/qualité vidéo.

Ajout d’un module de commande RC

Le FX35 peut être radio-commandé depuis peu grâce à un petit module qui vient se greffer sur la platine supérieure.
On peut maintenant commander quatre fonctions:
- sélectionner le mode photo ou vidéo
- mettre au point l’objectif
- prendre une photo ou démarrer une vidéo.

Une petite vidéo de son fonctionnement vaut mieux qu’un long discours:

Pour les personnes intéressées, Nicolas peut fabriquer ces modules à la demande pour 30e frais de port inclus.
Voir son site pour le contacter: http://nicodemo.forumpro.fr/

Consommation et plage de tension acceptable du FX35:

(mesures relevée par Joël à partir du connecteur USB)
Le FX35 dispose d’un convertisseur CC intégré et accepte une plage de tension assez importante:
- 3,2v -> l’appareil s’allume mais l’indicateur batterie est rouge, le fonctionnement n’est pas fiable.
- 3.5v -> 1 ligne d’accu, intensité: 470mA. Intensité en shoot 600mA
- 3.9v -> 400 mA
- 4.5v -> 350 mA
- 5.0v -> 320 mA
- 5.5v -> 290 mA
- 6.0v -> 260 mA
- 6.5v -> 240 mA
Soit 1.6W, largement à la portée d’un petit uBEC et mutualisable avec l’alimentation du récepteur RC.

Utilisation des vidéos produites par le FX35

Le format vidéo du FX35 est assez basique: c’est une succession d’images JPEG encapsulées dans une enveloppe .MOV.
Pour convertir cette vidéo en un format plus exploitable, j’utilise l’excellent outil MediaCoder (http://www.mediacoderhq.com/) qui a l’avantage d’être gratuit.
Je transforme ainsi les vidéos su FX35 en AVI avec une compression xVid, mode Quality-based 85.
La vidéo résultante est environ 2 fois plus petite et de qualité comparable à l’originale.
Cette vidéo peut directement être montée par un soft comme MovieMaker, ou être préalablement traitée par VirtualDub et son plugin Deshaker.
C’est ce que j’ai fait sur toutes mes vidéos de FX35 visibles sur ce site. L’effet du Deshaker est un vrai plus sur le rendu final.

Aller encore plus loin dans la modification: contribution  de Joël

Détail du brochage du circuit supérieur

Les commandes de mise au point, de déclenchement, de mise sous tension (Power On), de sélection du mode de capture sont activées par une mise à la masse du signal.

C’est également le cas pour les connections des boutons poussoirs du panneau de commande de la face arrière de l’appareil et le switch pour activer le mode « lecture ».
Il est finalement possible de déporter l’ensemble des commandes de l’appareil.

Retrait du connecteur de batterie

Déport du bouton ON/OFF

Le commutateur ON/OFF peut être déporté pour des facilités d’intégration.
Il s’agit simplement d’une mise à la masse d’une borne, précisément celle qui est du côté ou l’interrupteur est sur ON.
L’interrupteur est ici rapproché du centre de l’appareil, il aurait aussi pu être séparé.

Déport du micro et du haut parleur

Prototype amovible de commande déportée

Cette modification permet de garder l’accès aux commandes de l’appareil un fois qu’il est replié.

Le fil de cuivre émaillé utilisé est disponible sur www.farnell.com
On peut en récupérer éventuellement d’un vieux bobinage moteur.
Joël est toutefois disposé à en envoyer gracieusement par la poste contre remboursement des frais postaux.

Le choix du modèle

La composition de mon quadrirotor

La structure mécanique

Motorisation

Électronique de contrôle des moteurs

Récepteur et radio

Quelques photos de ma première version équipée en FPV

Électronique mikrokopter

Gestion de l’altitude

Gestion du GPS

• Lorsque le switch est en valeur basse, la gestion du GPS n’est pas active.
• Lorsque le switch est en valeur haute, le mikrokopter va revenir à la position qu’il avait lorsqu’il a été mis sous tension (GO HOME).
• Lorsque le switch est en valeur neutre, le mikrokopter va rester sur sa position à condition de l’y obliger d’abord quelques secondes (STAY HERE).

• switch en bas: altitude stabilisée et GPS GO HOME
• switch au milieu: altitude libre et GPS inactif
• switch en haut:altitude stabilisée et GPS STAY HERE