Stemmestyrt 3D -trykt trikopter: 23 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Dette er en fullt 3D -trykt Tricopter drone som kan flys og kontrolleres med stemmestyring ved hjelp av Amazons Alexa gjennom en bakkestasjon kontrollert av Raspberry Pi. Denne stemmestyrte trikopteret er også kjent som Oliver the Tri.

Et trikopter i motsetning til den mer vanlige dronekonfigurasjonen til et quadcopter har bare 3 propeller. For å gjøre opp for en mindre grad av kontroll, vippes en av rotorene av en servomotor. Oliver the Tri har en Pixhawk Autopilot, et avansert autopilotsystem som i stor grad brukes i forsknings- eller avansert droneindustri. Dette autopilotsystemet er i stand til et stort utvalg av flymoduser, inkludert følg meg, veipunktnavigasjon og guidet flyging.

Amazons Alexa bruker guidet flymodus. Den vil behandle talekommandoene og sende dem til bakkestasjonen, som kartlegger disse kommandoene til MAVLink (Micro Air Vehicle Communication Protocol) og sender dem til Pixhawk via telemetri.

Denne trikopteret, om enn liten, er kraftig. Den er rundt 30 cm lang og veier 1,2 kg, men med rekvisitt- og motorkombinasjonen kan den løfte opptil 3 kg.

Trinn 1: Materialer og utstyr

Trikopter

• 3 børsteløse DC -motorer
• 3 motoraksler
• 3 40A elektronisk hastighetsregulator
• 8x4 sammensatte propeller CCW
• Power Distribution Board
• Ledninger og kontakter
• TGY-777 servomotor
• Batteri og batterikontakt
• 6x 6-32x1 "skjærbolter, muttere*
• 3M dobbel lås*
• Glidelåser*

Autopilot

• Pixhawk Autopilot -sett
• GPS og eksternt kompass
• 900MHz telemetri

Sikkerhet RC -kontroll

• Sender og mottakerpar
• PPM Encoder

Stemmestyrt bakkestasjon

• Raspberry Pi Zero W -sett eller Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot eller Amazon Echo -produkter

Utstyr og verktøy

• Loddestasjon
• 3D -skriver
• Nåltang*
• Skrutrekkere*
• Unbrakonøkkelsett*

* Kjøpt fra en lokal maskinvarebutikk

Trinn 2: Innholdsorganisasjon

Siden dette er et ganske komplekst og langsiktig prosjekt, tilbyr jeg en måte å organisere denne bygningen på til tre hovedseksjoner som kan utføres samtidig:

Maskinvare: Trikopterets fysiske ramme og fremdriftssystem.

Autopilot: Flykontrolleren beregner PWM -signalet for å gi hver av de tre børsteløse motorene og servomotoren tilsvarende brukerkommandoen.

Stemmekontroll: Dette lar brukeren kontrollere dronen ved hjelp av talekommandoer og kommuniserer via MAVLINK -protokollen til Pixhawk -kortet.

Trinn 3: Last ned Tricopter Frame Parts

Hele rammen til trikopteret er 3D -trykt på Ultimaker 2+. Rammen er delt inn i 5 hovedkomponenter for å passe til byggeplaten til Ultimaker 2+ og for å gjøre det lettere å skrive ut og reparere bestemte deler i tilfelle de blir skadet i en krasj. De er:

• 2 fremre motorarmer (hovedarm.stl)
• 1 halearm (tail-arm.stl)
• 1 Koblingsstykke mellom halen am og de to fremre motorarmene (tail-arm-base.stl)
• 1 Bakmotorfeste (motor-platform.stl)

Trinn 4: 3D -utskrift av trikopterrammen

Skriv ut disse delene med minst 50% utfylling og bruk linjer som utfyllingsmønster. For skalltykkelsen bruker jeg en veggtykkelse på 0,7 mm og topp/bunntykkelse på 0,75 mm. Legg til vedheft til byggeplaten og velg randen på 8 mm. Denne rammen ble trykt med PLA -filament, men du kan bruke ABS -plastfilament hvis du foretrekker et mer robust, men tyngre trikopter. Med disse innstillingene tok det <20 timer å skrive ut alt.

Hvis randen ikke fester seg til utskriftsoverflaten til 3D -skriveren, bruk en limpinne og lim skjørtet til utskriftsoverflaten. På slutten av utskriften fjerner du byggeplaten, vasker av overflødig lim og tørker det tørt før du legger det tilbake i skriveren.

Trinn 5: Fjerne støtter og kant

De 3D -trykte delene skrives ut med støtter overalt og med en ytterkant som må fjernes før montering.

Randen er et enkelt lag PLA og kan lett skrelles av fra delen for hånd. Støttene er derimot mye vanskeligere å fjerne. For dette trenger du en nåletang og en flat skrutrekker. For støtten som ikke er i lukkede rom, bruk nåletangen for å knuse støttene og trekke den av. For støtter inne i hull eller lukkede rom som er vanskelig å nå med nåletang, enten bor gjennom hullet eller bruk en flat skrutrekker for å lirke den av fra siden, og trekk den deretter ut med nåletangen. Når du fjerner støtter, vær forsiktig med den 3D -trykte delen, da den kan løsne hvis du stresser den for mye.

Når støttene er fjernet, sand av de grove overflatene der støttene pleide å være, eller skjær forsiktig den gjenværende støtten med en hobbykniv. Bruk en slip- eller slipebit og en dremel for å glatte ut skruehullene.

Trinn 6: Montering av trikopterrammen

For montering trenger du seks bolter (helst skjærbolter, 6-32 eller tynnere, 1 lange) for å feste rammen.

Ta 3D-trykte deler kalt main-arm. STL og tail-arm-base. STL. Disse komponentene henger sammen som et puslespill, med halearmbasen som er klemt i midten av de to hovedarmene. Juster de fire skruehullene, og sett deretter inn boltene fra toppen. Hvis delene ikke passer lett sammen, ikke tving dem. Sand hale-arm-basen til de gjør det.

Skyv deretter halearmen på den utstående enden av halearmbasen til skruehullene er på linje. Igjen, du må kanskje pusse før det passer. Bolt den fra toppen.

For å montere motorplattformen må du først sette servoen inn i åpningen på halearmen og peke bakover. De to horisontale hullene skal stå på linje med skruehullene på servoen. Hvis friksjonspassingen ikke er tilstrekkelig, kan du skru den på plass gjennom disse hullene. Sett deretter kontrollhornet på servoen, men ikke skru det inn. Det kommer om et øyeblikk.

Sett motorplattformens aksel inn i hullet helt i enden av halearmen og den andre siden over hornet. Hornet skal passe fint inn i innsatsen på plattformen. Sett til slutt hornskruen gjennom både hullet i plattformen og hornet som vist på bildet ovenfor.

Trinn 7: Installere motorene

De børsteløse motorene kommer ikke med drivakslene og montert tverrplate forhåndsfestet, så skru dem på først. Deretter bolter du dem på motorplattformen og hovedarmene til trikopteret ved å bruke enten skruene som fulgte med eller M3 -maskinens skruer og muttere. Du kan feste propellene på dette trinnet for å sikre klaring og beundre håndarbeidet ditt, men fjern dem før testing før flyging.

Trinn 8: Koble til autopilotkortet

Koble sensorene til Pixhawk Autopilot -kortet som vist i diagrammet ovenfor. Disse er også merket i selve autopilotkortet og er ganske enkle å koble til, det vil si at summer kobles til summer -porten, bryteren kobles til bryterporten, strømmodulen kobles til strømmodulporten og telemetri kobles til telem1 -porten. GPS og eksternt kompass vil ha to sett med kontakter. Koble den med flere pinner til GPS -porten og den mindre til I2C.

Disse DF13 -kontaktene som går inn i Pixhawk Autopilot Board er veldig skjøre, så ikke ta i ledningene, og skyv og trekk direkte på plasthuset.

Trinn 9: Koble til radiokommunikasjonssystemet

Radiostyringskommunikasjonssystemet vil bli brukt som en sikkerhetskopi for å kontrollere quadcopter i tilfelle bakkestasjonen eller Alexa fungerer feil eller feil en kommando for en annen.

Koble PPM -koderen til radiomottakeren som vist på bildet ovenfor. Både PPM -koderen og mottakeren er merket, så koble S1 til S6 til signalpinnene 1 til 6 på mottakeren. S1 vil også ha jord- og spenningskabler med seg, som driver mottakeren gjennom PPM -koderen.

Trinn 10: Lodding av strømfordelingsbordet

PDB tar inn inngang fra litiumpolymerbatteriet (LiPo) med en spenning og strøm på 11,1V og 125A, og distribuerer det til de tre ESC -ene og driver Pixhawk Autopilot -kortet gjennom strømmodulen.

Denne kraftmodulen ble gjenbrukt fra et tidligere prosjekt laget i samarbeid med en venn.

Før du lodder ledningene, må du kutte varmekrympingen slik at den passer til hver av ledningene, slik at den kan skli på den eksponerte loddede enden senere for å forhindre kortslutning. Lodd den mannlige XT90 -kontakten først til PDB -putene, deretter de 16 AWG -ledningene til ESC -ene, etterfulgt av XT60 -kontaktene på disse ledningene.

For å lodde ledningene på PDB -putene må du lodde det oppreist slik at varmekrympingen kan passe gjennom og isolere terminalene. Jeg fant det lettest å bruke de hjelpende hendene til å holde ledningene oppreist (spesielt den store XT90 -kabelen) og plassere den på toppen av PDB -en som hviler på bordet. Deretter loddes ledningen rundt PDB -puten. Skyv deretter varmekrympingen ned og varm den for å isolere kretsen. Gjenta dette for resten av ESC -ledningene. For å lodde XT60, følg forrige trinn om hvordan ESC -batteripolen ble byttet ut med XT60s.

Trinn 11: Kobling av motorer og elektroniske hastighetskontrollere

Siden vi bruker børsteløse likestrømsmotorer, kommer de med tre ledninger som kobles til de tre ledningsterminalene til den elektroniske hastighetskontrolleren (ESC). Rekkefølgen på kabeltilkoblingen spiller ingen rolle for dette trinnet. Vi vil sjekke om dette når vi først slår på trikopteret.

Rotasjonen til alle tre motorene skal være mot klokken. Hvis en motor ikke roterer mot klokken, bytter du to av de tre ledningene mellom ESC og motoren for å snu rotasjonen.

Koble alle ESC -ene til strømfordelingsbordet for å gi strøm til hver av dem. Koble deretter den fremre høyre ESC til pixhawks hovedutgang 1. Koble den fremre venstre ESC til pixhawkens hovedutgang 2, servoen til hovedutgangen 7, og den gjenværende halen ESC til hovedutgangen 4.

Trinn 12: Sette opp autopilot -fastvare

Fastvaren som er valgt for denne trikopterbyggingen er Ardupilots Arducopter med en trikopterkonfigurasjon. Følg trinnene i veiviseren og velg trikopterkonfigurasjonen i fastvaren.

Trinn 13: Kalibrering av interne sensorer

Runner Up in the Voice Activated Challenge