Tricóptero impreso en 3D controlado por voz: 23 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Este es un dron Tricopter totalmente impreso en 3D que se puede volar y controlar con control de voz usando Alexa de Amazon a través de una estación terrestre controlada por Raspberry Pi. Este tricóptero controlado por voz también se conoce como Oliver the Tri.

Un Tricopter, a diferencia de la configuración de drones más común de un Quadcopter, solo tiene 3 hélices. Para compensar un grado menos de control, uno de los rotores está inclinado por un servomotor. Oliver the Tri cuenta con un piloto automático Pixhawk, un sistema de piloto automático avanzado que se utiliza en gran medida en la investigación o en la industria de los drones avanzados. Este sistema de piloto automático es capaz de una amplia variedad de modos de vuelo, incluido el seguimiento, la navegación por puntos de referencia y el vuelo guiado.

Alexa de Amazon utilizará el modo de vuelo guiado. Procesará los comandos de voz y los enviará a la estación terrestre, que asigna estos comandos a MAVLink (Protocolo de comunicación de vehículos aéreos micro) y los envía al Pixhawk a través de telemetría.

Este tricóptero, aunque pequeño, es poderoso. Mide alrededor de 30 cm de largo y pesa 1,2 kg, pero con nuestra combinación de hélice y motor puede levantar hasta 3 kg.

Paso 1: Materiales y equipo

Tricóptero

• 3 motores de CC sin escobillas
• 3 ejes de motor
• 3 Controlador de velocidad electrónico 40A
• Hélices compuestas 8x4 CCW
• Tablero de distribución de energía
• Alambres y conectores
• Servomotor TGY-777
• Batería y conector de batería
• 6 tornillos de cizalla de 6-32x1 ", tuercas *
• Cerradura doble 3M *
• Lazos de cremallera *

Piloto automático

• Kit de piloto automático Pixhawk
• GPS y brújula externa
• Telemetría de 900MHz

Control RC de seguridad

• Par de transmisor y receptor
• Codificador PPM

Estación de tierra controlada por voz

• Kit Raspberry Pi Zero W o Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot o cualquier producto de Amazon Echo

Equipos y herramientas

• Estación de soldadura
• impresora 3d
• Pinzas de punta de aguja*
• Destornilladores *
• Juego de llaves Allen *

* Comprado en una ferretería local

Paso 2: Organización del contenido

Como se trata de un proyecto bastante complejo y a largo plazo, estoy proporcionando una forma de organizar esta construcción en tres secciones principales que se pueden realizar simultáneamente:

Hardware: el marco físico y el sistema de propulsión del tricóptero.

Piloto automático: el controlador de vuelo calcula la señal PWM para proporcionar cada uno de los 3 motores sin escobillas y servomotor según el comando del usuario.

Control por voz: esto permite al usuario controlar el dron mediante comandos de voz y se comunica a través del protocolo MAVLINK a la placa Pixhawk.

Paso 3: descarga de las piezas del marco del tricóptero

Todo el marco del tricóptero está impreso en 3D en la Ultimaker 2+. El marco está dividido en 5 componentes principales para adaptarse a la placa de construcción de la Ultimaker 2+ y facilitar la reimpresión y reparación de piezas particulares en caso de que se dañen en un accidente. Son:

• 2 brazos de motor delanteros (main-arm.stl)
• 1 brazo de cola (tail-arm.stl)
• 1 Pieza de conexión entre la cola am y los dos brazos del motor delanteros (tail-arm-base.stl)
• 1 soporte del motor trasero (motor-platform.stl)

Paso 4: Impresión 3D del marco del tricóptero

Imprima estas piezas con al menos un 50% de relleno y utilice líneas como patrón de relleno. Para el grosor de la carcasa, utilizo un grosor de pared de 0,7 mm y un grosor superior / inferior de 0,75 mm. Agregue adherencia a la placa de construcción y seleccione el borde a 8 mm. Este marco se imprimió con filamento de plástico PLA, pero puede usar filamento de plástico ABS si prefiere un tricóptero más robusto pero más pesado. Con esta configuración, se necesitaron menos de 20 horas para imprimirlo todo.

Si el borde no se pega a la superficie de impresión de la impresora 3D, use una barra de pegamento y pegue el faldón a la superficie de impresión. Al final de la impresión, retire la placa de impresión, lave el exceso de pegamento y séquela antes de volver a colocarla en la impresora.

Paso 5: quitar los soportes y el ala

Las piezas impresas en 3D se imprimirán con soportes en todas partes y con un borde exterior que debe quitarse antes del montaje.

El borde es una sola capa de PLA y se puede despegar fácilmente de la pieza a mano. Los soportes, por otro lado, son mucho más difíciles de quitar. Para ello, necesitará un par de alicates de punta fina y un destornillador de cabeza plana. Para los soportes que no están en espacios cerrados, use los alicates de punta fina para aplastar los soportes y tirar de ellos. Para soportes dentro de orificios o espacios cerrados que son difíciles de alcanzar con alicates de punta fina, taladre a través del orificio o use un destornillador de cabeza plana para hacer palanca desde un lado y luego sáquelo con los alicates de punta de aguja. Cuando retire los soportes, tenga cuidado con la parte impresa en 3D, ya que puede romperse si la tensiona demasiado.

Una vez que se retiran los soportes, lije las superficies rugosas donde solían estar los soportes o talle con cuidado el soporte restante con un cuchillo de hobby. Utilice una broca para lijar o esmerilar y una dremel para alisar los orificios de los tornillos.

Paso 6: Montaje del marco del tricóptero

Para el ensamblaje, necesitará seis pernos (preferiblemente pernos de cizalla, 6-32 o más delgados, de 1 de largo) para asegurar el marco.

Tome las piezas impresas en 3D llamadas main-arm. STL y tail-arm-base. STL. Estos componentes se entrelazan como un rompecabezas, con la base del brazo de cola intercalada en el medio de los dos brazos principales. Alinee los cuatro orificios para tornillos y luego inserte los pernos desde la parte superior. Si las piezas no encajan fácilmente, no las fuerce. Lije la base del brazo de la cola hasta que lo haga.

A continuación, deslice el brazo de la cola sobre el extremo que sobresale de la base del brazo de la cola hasta que los orificios de los tornillos se alineen. Nuevamente, es posible que deba lijar antes de que encaje. Atorníllelo desde la parte superior.

Para ensamblar la plataforma del motor, primero debe insertar el servo en la abertura del brazo trasero, apuntando hacia atrás. Los dos orificios horizontales deben alinearse con los orificios de los tornillos del servo. Si el ajuste por fricción no es suficiente, puede atornillarlo en su lugar a través de estos orificios. Luego coloque la bocina de control en el servo, pero no la atornille. Eso llega en un momento.

Deslice el eje de la plataforma del motor en el orificio en el extremo del brazo de cola y el otro lado sobre la bocina. El cuerno debe encajar bien en el recuadro de la plataforma. Finalmente, coloque el tornillo de la bocina a través del orificio de la plataforma y la bocina como se muestra en la imagen de arriba.

Paso 7: Instalación de los motores

Los motores sin escobillas no vendrán con los ejes de la hélice y la placa transversal de montaje preinstalada, así que atorníllelos primero. A continuación, los atornilla a la plataforma del motor y a los brazos principales del tricóptero utilizando los tornillos que vienen con él o los tornillos y tuercas de máquina M3. Puede colocar las hélices en este paso para garantizar el espacio libre y admirar su obra, pero retírelas antes de las pruebas previas al vuelo.

Paso 8: Cableado de la placa del piloto automático

Conecte los sensores a la placa del piloto automático Pixhawk como se muestra en el diagrama anterior. Estos también están etiquetados en la placa del piloto automático y son bastante sencillos de conectar, es decir, el zumbador se conecta al puerto del zumbador, el interruptor se conecta al puerto del interruptor, el módulo de alimentación se conecta al puerto del módulo de alimentación y la telemetría se conecta al puerto telem1. El GPS y la brújula externa tendrán dos juegos de conectores. Conecte el que tiene más pines al puerto GPS y el más pequeño al I2C.

Estos conectores DF13 que van a la placa del piloto automático Pixhawk son muy frágiles, así que no tire de los cables y empuje y tire directamente de la carcasa de plástico.

Paso 9: Cableado del sistema de comunicación por radio

El sistema de comunicación por radio control se utilizará como respaldo de seguridad para controlar el cuadricóptero en caso de que la estación terrestre o Alexa funcionen mal o confundan un comando con otro.

Conecte el codificador PPM al receptor de radio como se muestra en la imagen de arriba. Tanto el codificador PPM como el receptor están etiquetados, así que conecte S1 a S6 a los pines de señal 1 a 6 de su receptor. S1 también tendrá cables de tierra y voltaje, que alimentarán el receptor a través del codificador PPM.

Paso 10: Soldar la placa de distribución de energía

La PDB tomará la entrada de la batería de polímero de litio (LiPo) con un voltaje y corriente de 11,1 V y 125 A, la distribuirá a los tres ESC y alimentará la placa del piloto automático Pixhawk a través del módulo de alimentación.

Este módulo de potencia se reutilizó de un proyecto anterior realizado en colaboración con un amigo.

Antes de soldar los cables, corte el termorretráctil para que se ajuste a cada uno de los cables, de modo que pueda deslizarse sobre el extremo soldado expuesto más tarde para evitar cortocircuitos. Suelde primero los cables del conector XT90 macho a las almohadillas de la PDB, luego los cables de 16 AWG a los ESC, y luego los conectores XT60 a estos cables.

Para soldar los cables en las almohadillas PDB, debe soldarlos en posición vertical para que el termorretráctil pueda pasar y aislar los terminales. Encontré más fácil usar las manos amigas para sostener los cables en posición vertical (especialmente el cable XT90 grande) y colocarlo encima de la PDB que descansa sobre la mesa. Luego suelde el cable alrededor de la almohadilla PDB. Luego, deslice el termorretráctil hacia abajo y caliéntelo para aislar el circuito. Repita esto para el resto de los cables ESC. Para soldar el XT60, siga el paso anterior sobre cómo se reemplazó el terminal de la batería ESC con XT60s.

Paso 11: Cableado de motores y controladores de velocidad electrónicos

Como estamos usando motores de CC sin escobillas, vendrán con tres cables que se conectarán a los terminales de tres cables del controlador de velocidad electrónico (ESC). El orden de la conexión del cable no importa para este paso. Comprobaremos esto cuando encienda el tricóptero por primera vez.

La rotación de los tres motores debe ser en sentido antihorario. Si un motor no gira en sentido antihorario, cambie dos de los tres cables entre el ESC y el motor para invertir la rotación.

Conecte todos los ESC a la placa de distribución de energía para proporcionar energía a cada uno de ellos. Luego conecte el ESC frontal derecho a la salida principal 1 del pixhawk. Conecte el ESC frontal izquierdo a la salida principal 2 del pixhawk, el servo a la salida principal 7 y el ESC de cola restante a la salida principal 4.

Paso 12: Configuración del firmware del piloto automático

El firmware elegido para esta construcción de tricóptero es Arducopter de Ardupilot con una configuración de tricóptero. Siga los pasos del asistente y seleccione la configuración del tricóptero en el firmware.

Paso 13: Calibración de los sensores internos

Finalista en el desafío activado por voz