Hlasem ovládaná 3D vytištěná trikoptéra: 23 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-13 06:57

Jedná se o plně 3D vytištěný dron Tricopter, se kterým lze létat a ovládat ho pomocí hlasového ovládání pomocí systému Amazon Alexa prostřednictvím pozemní stanice ovládané Raspberry Pi. Tato hlasem ovládaná trikoptéra je také známá jako Oliver Tri.

Tricopter na rozdíl od běžnější konfigurace dronu Quadcopteru má pouze 3 vrtule. Aby se vynahradil jeden menší stupeň ovládání, je jeden z rotorů nakloněn servomotorem. Oliver the Tri je vybaven Pixhawk Autopilotem, pokročilými systémy autopilota, které se z velké části používají ve výzkumu nebo pokročilém průmyslu dronů. Tento systém autopilota je schopen široké škály letových režimů, včetně sledování, navigace ve waypointu a letu s průvodcem.

Amazonova Alexa bude používat režim s průvodcem. Zpracuje hlasové příkazy a odešle je na pozemní stanici, která tyto příkazy namapuje na MAVLink (Micro Air Vehicle Communication Protocol) a odešle je do Pixhawku prostřednictvím telemetrie.

Tato trikoptéra, i když malá, je silná. Je dlouhý přibližně 30 cm a váží 1,2 kg, ale s naší kombinací vrtule a motoru dokáže zvednout až 3 kg.

Krok 1: Materiály a vybavení

Trikoptéra

• 3 střídavé stejnosměrné motory
• 3 hřídele motoru
• 3 Elektronický regulátor rychlosti 40A
• 8x4 kompozitní vrtule CCW
• Deska pro distribuci energie
• Dráty a konektory
• Servomotor TGY-777
• Baterie a konektor baterie
• 6x 6-32x1 "Střižné šrouby, matice*
• 3M duální zámek*
• Kravaty na zip*

Autopilot

• Sada autopilota Pixhawk
• GPS a externí kompas
• 900MHz telemetrie

Bezpečnostní RC ovládání

• Pár vysílače a přijímače
• PPM kodér

Pozemní stanice ovládaná hlasem

• Kit Raspberry Pi Zero W nebo Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot nebo jakékoli produkty Amazon Echo

Zařízení a nástroje

• Pájecí stanice
• 3D tiskárna
• Kleště na špičku jehly*
• Šroubováky*
• Sada imbusových klíčů*

* Zakoupeno v místním železářství

Krok 2: Organizace obsahu

Protože se jedná o poměrně složitý a dlouhodobý projekt, nabízím způsob organizování tohoto sestavení do tří hlavních sekcí, které lze provádět současně:

Hardware: Fyzický rám a pohonný systém trikoptéry.

Autopilot: Řízení letu vypočítává signál PWM tak, aby podle příkazu uživatele poskytl každý ze 3 střídavých motorů a servomotoru.

Hlasové ovládání: To umožňuje uživateli ovládat dron pomocí hlasových příkazů a komunikuje prostřednictvím protokolu MAVLINK s deskou Pixhawk.

Krok 3: Stažení částí rámu Tricopter

Celý rám trikoptéry je 3D vytištěn na Ultimakeru 2+. Rám je rozdělen na 5 hlavních součástí, aby se vešel na stavební desku Ultimakeru 2+ a usnadnil dotisk a opravu konkrétních dílů v případě poškození při nárazu. Oni jsou:

• 2 přední ramena motoru (main-arm.stl)
• 1 Ocasní rameno (tail-arm.stl)
• 1 spojovací kus mezi ocasem am a dvěma předními rameny motoru (zadní rameno-základna.stl)
• 1 držák ocasního motoru (motor-platform.stl)

Krok 4: 3D tisk rámu Tricopter

Vytiskněte tyto části s alespoň 50% výplní a jako vzor výplně použijte čáry. Pro tloušťku skořepiny používám tloušťku stěny 0,7 mm a tloušťku horní/dolní 0,75 mm. Přidejte adhezi stavební desky a vyberte okraj 8 mm. Tento rám byl potištěn plastovým vláknem PLA, ale pokud dáváte přednost robustnější, ale těžší trikoptéře, můžete použít plastové vlákno ABS. S tímto nastavením trvalo vytištění všeho <20 hodin.

Pokud se okraj nelepí na tiskovou plochu 3D tiskárny, použijte lepicí tyčinku a přilepte sukni na tiskovou plochu. Na konci tisku sejměte stavěcí desku, omyjte přebytečné lepidlo a před opětovným vložením do tiskárny jej otřete do sucha.

Krok 5: Odebrání podpěr a okraje

3D vytištěné díly budou vytištěny s podporou všude a s vnějším okrajem, který je třeba před montáží odstranit.

Okraj je z jedné vrstvy PLA a lze jej z dílu snadno ručně odlepit. Na druhé straně jsou podpěry mnohem obtížněji odstranitelné. K tomu budete potřebovat pár jehlových kleští a plochý šroubovák. U podpěr, které nejsou v uzavřených prostorách, pomocí kleští na nos rozdrťte podpěry a stáhněte je. Pro podpěry uvnitř otvorů nebo uzavřených prostorů, které jsou obtížně dosažitelné kleštěmi s jehlovým nosem, buď vyvrtejte otvor, nebo jej pomocí plochého šroubováku vypáčte ze strany a poté jej vytáhněte kleštěmi s jehlovým nosem. Při odstraňování podpěr buďte opatrní s 3D tištěnou částí, protože se může odtrhnout, pokud ji příliš namáháte.

Jakmile jsou podpěry odstraněny, obrouste hrubé povrchy, kde bývaly podpěry, nebo opatrně vyřezejte zbývající oporu hobby nožem. K vyhlazení otvorů pro šrouby použijte brusný nebo brusný nástroj a dremel.

Krok 6: Sestavení rámu Tricopter

K montáži budete potřebovat šest šroubů (nejlépe střižných šroubů, 6-32 nebo tenčích, 1 dlouhých) k zajištění rámu dohromady.

Vezměte si 3D tištěné části zvané hlavní rameno. STL a zadní rameno. STL. Tyto komponenty do sebe zapadají jako skládačka, přičemž základna ocasního ramene je vložena uprostřed dvou hlavních ramen. Zarovnejte čtyři otvory pro šrouby a poté zasuňte šrouby shora. Pokud díly do sebe snadno nezapadají, nenuťte je silou. Brouste základnu ocasu, dokud to neudělají.

Dále zasuňte ocasní rameno na vyčnívající konec základny ocasního ramene, dokud se otvory pro šrouby nezarovnají. Opět možná budete muset pískovat, než se to vejde. Přišroubujte to shora.

Chcete-li sestavit platformu motoru, musíte nejprve zasunout servo do otvoru na ocasním rameni a směřovat dozadu. Dva horizontální otvory by měly být v souladu s otvory pro šrouby na servu. Pokud přilnavost není dostatečná, můžete ji pomocí těchto otvorů přišroubovat na místo. Poté nasaďte ovládací klakson na servo, ale nešroubujte ho. To přijde za chvíli.

Zasuňte nápravu plošiny motoru do otvoru na samém konci ocasního ramene a druhou stranou přes roh. Roh by měl pěkně zapadnout do vložky na plošině. Nakonec provlékněte šroub houkačky otvorem v plošině i rohem, jak ukazuje obrázek výše.

Krok 7: Instalace motorů

Bezkartáčové motory se nedodávají s předem namontovanými hnacími nápravami a montážní křížovou deskou, takže je nejprve přišroubujte. Poté je přišroubujte k motorové platformě a hlavním ramenům trikoptéry buď pomocí šroubů, které byly dodány s ním, nebo pomocí šroubů a matic M3. V tomto kroku můžete připevnit vrtule, abyste zajistili vůli a obdivovali svou ruční práci, ale před předletovým testem je odstraňte.

Krok 8: Zapojení desky autopilota

Připojte senzory k desce Pixhawk Autopilot podle obrázku výše. Ty jsou také označeny na samotné desce autopilota a jejich připojení je velmi jednoduché, tj. Bzučák se připojuje k portu bzučáku, přepínač se připojuje k portu přepínače, napájecí modul se připojuje k portu napájecího modulu a telemetrie se připojuje k portu telem1. GPS a externí kompas budou mít dvě sady konektorů. Připojte ten s více piny k portu GPS a menší k I2C.

Tyto konektory DF13, které jdou do desky Pixhawk Autopilot, jsou velmi křehké, takže netahejte za dráty a tlačte a táhněte přímo za plastové pouzdro.

Krok 9: Zapojení rádiového komunikačního systému

Komunikační systém rádiového ovládání bude použit jako bezpečnostní záloha pro ovládání kvadrokoptéry pro případ, že by pozemní stanice nebo Alexa nefungovaly správně nebo chybně zadaly příkaz jinému.

Připojte kodér PPM k rádiovému přijímači, jak je znázorněno na obrázku výše. Kodér i přijímač PPM jsou označeny, takže připojte S1 k S6 k pinům signálu 1 až 6 vašeho přijímače. S1 bude mít také uzemňovací a napěťové vodiče, které budou napájet přijímač prostřednictvím kodéru PPM.

Krok 10: Pájení desky pro distribuci energie

PDB bude přijímat vstup z lithium -polymerové baterie (LiPo) s napětím a proudem 11,1 V a 125 A, distribuovat ji do tří ESC a napájet desku autopilota Pixhawk prostřednictvím napájecího modulu.

Tento napájecí modul byl znovu použit z předchozího projektu vyrobeného ve spolupráci s přítelem.

Před pájením vodičů ustřihněte tepelný smršťovač tak, aby odpovídal každému z vodičů, aby jej bylo možné později nasunout na odkrytý pájený konec, aby se zabránilo zkratu. Nejprve připájejte samčí konektor XT90 k polštářkům PDB, potom 16 vodičů AWG k ESC a poté konektory XT60 na tyto vodiče.

Chcete -li pájet vodiče na podložky PDB, musíte je pájet ve svislé poloze, aby tepelný smršťovač mohl procházet a izolovat svorky. Zjistil jsem, že je nejjednodušší použít pomocné ruce k tomu, aby držely vodiče ve svislé poloze (zejména velký kabel XT90) a položily je na horní část PDB položenou na stole. Poté připájejte vodič kolem podložky PDB. Poté posuňte tepelný smršťovač dolů a zahřejte jej, abyste izolovali obvody. Opakujte to pro zbytek vodičů ESC. Chcete -li pájet XT60, postupujte podle předchozího kroku, jak byl terminál baterie ESC nahrazen XT60s.

Krok 11: Zapojení motorů a elektronických regulátorů rychlosti

Protože používáme střídavé stejnosměrné motory, budou dodávány se třemi vodiči, které se připojí ke třem vodičovým svorkám elektronického regulátoru rychlosti (ESC). Na pořadí kabelového připojení v tomto kroku nezáleží. Zkontrolujeme to při prvním zapnutí trikoptéry.

Otáčení všech tří motorů by mělo být proti směru hodinových ručiček. Pokud se motor netočí proti směru hodinových ručiček, přepněte libovolné dva ze tří vodičů mezi ESC a motorem, aby se otáčení obrátilo.

Připojte všechny ESC k rozvodné desce, abyste zajistili napájení každého z nich. Poté připojte přední pravý ESC k hlavnímu výstupu pixhawku 1. Připojte přední levý ESC k hlavnímu výstupu 2 pixhawku, servu k hlavnímu výstupu 7 a zbývající ocasní ESC k hlavnímu výstupu 4.

Krok 12: Nastavení firmwaru autopilota

Firmware zvolený pro tuto sestavu trikoptéry je Arducopter Ardupilot s konfigurací Tricopter. Postupujte podle pokynů v průvodci a vyberte konfiguraci trikoptéry ve firmwaru.

Krok 13: Kalibrace interních senzorů

Druhé místo v hlasem aktivované výzvě