Table des matières

AVANT-PROPOS

IX

INTRODUCTION

1

CHAPITRE 1 • AVANT DE COMMENCER

3

Description du robot

3

Outillage requis, matériaux utilisés

5

Connaissances de base, soutien technique

5

Matériaux utilisés

5

Connaissances

6

Soutien technique

6

CHAPITRE 2 • RÉALISATION DE LA MÉCANIQUE

11

Réalisation du châssis

11

Choix de la motorisation

11

Usinage du châssis

12

Équerres de flasques

15

Réalisation des flasques pour moteurs

18

CHAPITRE 3 • RÉALISATION ÉLECTRONIQUE : DESCRIPTION DES SOUS-ENSEMBLES

33

Commande des moteurs de propulsion

34

Réflexions sur les méthodes de commande

34

Commande par relais (MOT)

35

Codage et décodage PPM

38

Modules HF utilisés

38

Codeur PPM

39

Voies tout ou rien avec réglages

41

Décodeur PPM

42

Conversion des signaux

43

Détection du sens d’action du joystick (SAJO)

43

Conversion des signaux (TOR)

46

CHAPITRE 4 • RÉALISATION DES CARTES ÉLECTRONIQUES

49

Réalisation du codeur et du décodeur PPM

50

Codeur 15 voies

50

Réalisation des cartes joystick

53

Réalisation de la carte décodeur

55

Test de l’ensemble codeur et décodeur

57

VI

Construire un drone terrestre avec une caméra embarquée

Réglage préliminaire

58

À propos des switchs

60

Test liaison HF

60

Réalisation de la carte MOT

61

Test de la carte moteurs

63

Réalisation de la carte antiparasite

63

Réalisation de la carte SAJO

66

Test de la carte SAJO

67

Réalisation de la carte TOR

69

Test de la carte TOR

71

CHAPITRE 5 • MISE EN BOÎTE, CÂBLAGE GÉNÉRAL

73

Réalisation du boîtier de l’émetteur

75

Réalisation du boîtier robot

87

Usinage de la face avant du boîtier TP362

87

Usinage du boîtier

89

CHAPITRE 6 • VISION EMBARQUÉE

101

Choix de la caméra et mise en œuvre

101

Réalisation de la potence

102

Motorisation de la caméra

102

Mise en œuvre de l’émetteur AWM655TX

111

Mise en œuvre du récepteur AWM635R

114

Test de la liaison vidéo

117

CHAPITRE 7 • UTILISATION PRATIQUE

119

Réflexions sur le contrôle des appareils embarqués

122

Fonction panoramique pour caméra miniature

125

Applications ludiques

130

Compléments

131

Le décodeur 15 voies

131

Les platines d’extension pour le codeur et pour le décodeur

133

Le pilotage avec fil, le filoguidage

135

Utilisation d’un ensemble de radiocommande commercial

135

Et le son dans tout cela ?

136

CHAPITRE 8 • CONCLUSION

139

GLOSSAIRE

143

LIENS UTILES

145

BIBLIOGRAPHIE

147

INDEX

149

Afin d’aider le lecteur à la construction du drone terrestre, les plans et schémas sont téléchargeables gratuitement sur le site Dunod à l’adresse :

www.dunod.com/contenus-complementaires/9782100742561

Avant-propos

La technologie avance sans cesse et nous la subissons tous les jours, avec ou sans désagrément. Elle est incontournable et est rentrée dans notre quotidien. Le matériel hi-tech est présent partout, même chez nous.

Un bon exemple, ce sont les drones. Réservés jadis aux applications militaires et aux établissements de haute technologie, ils ont débarqué dans notre vie, sont devenus performants, peu chers et contrôlables par un simple téléphone mobile.

En parallèle, les robots ont aussi évolué, peut-être moins « spectaculairement » de prime abord (excepté peut-être pour les robots imitant le vivant), mais ne nous leurrons pas, la science-fiction des années 70 se joue maintenant.

Si l’on devait comparer un robot mobile et un drone (pour grand public), hormis le moyen de se déplacer, on pourrait noter deux points communs : le contrôle par l’humain et la vision embarquée.

J’ai donc trouvé naturel de vous proposer le robot décrit dans cet ouvrage. Il ne tombera pas de quelques mètres en cas de panne ou de batteries épuisées et vous réaliserez tout de A à Z avec des éléments du commerce et de l’huile de coude.

Ce fut une grande première pour moi d’utiliser des modules hautes fréquences (HF) du commerce et de découvrir les joies du « sans-fil ». Rassurez-vous, je n’ai pas écrit ce livre à la machine à écrire...

Je tiens à remercier les éditions Dunod avec qui je collabore depuis quelques années.

Je remercie également ma femme Céline pour sa patience, mes enfants pour leur enthousiasme, mon père pour nos échanges techniques sur le sujet, M. Christophe Bourrier et M. Francis Thobois pour leurs partages des informations techniques dispo-nibles sur leurs sites, Guillaume Tournabien pour son aide sur la partie PPM, Émeric Lasnier (et ses parents) pour le prêt de la caméra sport.

Introduction

Le drone-robot décrit dans cet ouvrage nécessitera de votre part la réalisation de pièces mécaniques et de circuits électroniques.

Sans être un spécialiste de ces deux disciplines, il faudra néanmoins bénéficier de connaissances minimales pour mener à bien ce projet.

Pour les plus jeunes, l’aide d’un adulte est fortement recommandée. L’utilisation de l’outillage doit être faite sous un contrôle permanent et bienveillant. Vous pourrez aussi puiser dans la bibliographie donnée à la fin de cet ouvrage pour parfaire vos connaissances.

Pour mener à bien la réalisation du drone-robot, j’ai imaginé la construction en plusieurs phases :

❏ la réalisation du châssis et de la carte de commande des moteurs qui correspondent à la partie mécanique (chapitre 2) ;

❏ la réalisation de la partie contrôle (émetteur et récepteur), soit la partie électronique (chapitres 3 et 4) ;

❏ la mise en œuvre de systèmes embarqués (transmission vidéo, contrôle d’un appareil multimédia) décrite aux chapitres 5 et 6.

De cette manière, vous pouvez vraiment dimensionner votre projet selon votre bud-get et vos besoins et même le destiner à une autre utilisation.

1Avantde

commencer

DESCRIPTION DU ROBOT

L’ensemble est constitué principalement :

❏ d’un émetteur de commande à distance, équipé de joysticks, de commutateurs et de potentiomètres, permettant de commander les déplacements et le contrôle des équipements embarqués, de systèmes HF pour l’émission des ordres de commande et la réception des images de bord et des antennes associées, et qui pourra être équipé d’un petit moniteur vidéo de contrôle ;

❏ du drone proprement dit, décomposé en un châssis avec motorisation, d’une électronique de commande des différents organes (motoréducteurs, servomoteurs), d’une caméra pour le pilotage hors vue, de systèmes HF pour la réception des ordres de commande et l’émission des images de bord avec les antennes associées.

L’émetteur sera alimenté par piles ou accumulateurs de type AA (LR6). Le boîtier de ce dernier sera réalisé par vos soins. Libre à vous de le personnaliser.

La partie mobile embarquera plusieurs sources d’alimentation : la batterie d’accumulateur pour la motorisation et les piles ou les accumulateurs de type AA (LR6) pour l’électronique de commande potentiellement scindée en deux parties : la partie réception contrôle et émission vidéo et les servomoteurs. Nous y reviendrons plus tard. Je recommande néanmoins l’utilisation d’accumulateurs rechargeables, c’est plus cher à l’achat mais plus économique à l’utilisation et aussi écologique.

À noter que, de par la technologie employée pour les signaux de commande, une version filo-guidable pourra être envisagée en cas d’utilisation dans un espace restreint...

Une petite charge utile pourra aussi être embarquée, par exemple un petit caméscope numérique, une caméra de type Go-Pro ou un appareil photo numérique (APN).

J’ai prévu sept voies proportionnelles (ou semi-proportionnelles) pour contrôler le robot :

— deux voies sont réservées pour la motricité (utilisation en tout ou rien) ;

— deux voies sont dédiées à la caméra de pilotage/contrôle ;

— trois voies semi-proportionnelles (destinées à des mouvements limités commu-tables).

Pour les modélistes équipés en système de radiocommande, vous pourrez utiliser votre système, il vous faudra au minimum une six-voies. Seule la liaison vidéo sera à réaliser en termes de liaison HF. Nous y reviendrons le moment voulu...

4

1 • Avant de commencer

Figure 1.1

Aperçu de l’intérieur du boîtier émetteur

Figure 1.2

Vue du prototype en cours d’élaboration

Outillage requis, matériaux utilisés

5

OUTILLAGE REQUIS, MATÉRIAUX UTILISÉS

L’outillage nécessaire sera :

• pour la partie mécanique :

❏ un établi ou une table de travail avec protections,

❏ un jeu de pinces (coupantes, plates),

❏ un jeu de tournevis (plat et cruciforme de diverses tailles),

❏ un compas,

❏ une scie à métaux,

❏ un jeu de limes pour métaux,

❏ un cutter de sécurité,

❏ un réglet métallique de 50 cm,

❏ une perceuse sans fil et un jeu de forêts à métaux,

❏ un petit marteau, un pointeau ;

• pour la partie électronique :

❏ un fer à souder 60 W (station avec fer à basse tension), de la soudure 0,5 ou 1 mm (rouleau de 250 g),

❏ un petit multimètre digital,

❏ une pince à dénuder pour électronique,

❏ du fil de câblage, de la gaine thermo-rétractable (divers diamètres),

❏ une mini-perceuse type Dremel® peut s’avérer nécessaire pour les travaux de précision et pour la partie électronique (il existe des coffrets à bas coût qui peuvent convenir).

Pour chaque étape, je préciserai l’outillage et les fournitures/composants nécessaires. Des gants et des lunettes de protection ne sont pas superflus.

Si vous avez accès à un petit atelier, un étau, une perceuse à colonne et une scie sauteuse vous seront très utiles.

Pour ce qui est des circuits imprimés, si vous n’êtes pas équipés et que vous ne voulez pas vous équiper, vous pourrez sous-traiter cette étape, je vous donne les informations élit.d

dans la section « Liens utiles ».

nu

Je vous engage à parcourir intégralement cet ouvrage, ou du moins un chapitre est

entier, pour connaître vos divers besoins et ainsi pourvoir acheter le matériel en une fois. Je détaillerai le type de visserie utilisée pour chaque étape.

utorisée

En fin d’ouvrage, je vous listerai à titre indicatif les références de certains outillages a

afin de faciliter vos achats. Si vous avez un voisin ou un ami modéliste, c’est le moment non

de vous rapprocher de lui. (Pensez également aux fab lab qui pourront vous être très utiles.)

reproduction

CONNAISSANCES DE BASE, SOUTIEN TECHNIQUE

Toute–

Matériaux utilisés

Il est possible d’utiliser une multitude de matières pour réaliser les pièces mécaniques du Dunod© châssis.J’aiunepréférencepourl’aluminiumoulesmatériauxcomposites(polyéthylène

6

1 • Avant de commencer

entre deux couches d’aluminium, type Dibond® utilisé pour les panneaux d’affichage, entre autres). Il est possible que ce matériau soit commercialisé sous d’autres noms...

Il vous faudra une plaque de 50 cm sur 50 cm pour réaliser votre robot, il restera de la matière à la fin, mais elle peut servir.

Récemment, il est apparu dans les magasins de bricolage des panneaux « fibre »

composés de composites et de matière végétale (Xyltech®, marque Sedpa). Ces panneaux sont imputrescibles, s’usinent comme du bois et respectent l’environnement.

Renseignez-vous chez votre fournisseur habituel.

Connaissances

Pour la réalisation mécanique, vous devrez savoir utiliser l’outillage requis et vous faire aider le cas échéant. Si vous êtes en appartement mais que vous connaissez quelqu’un dans votre entourage qui possède un atelier ou un peu d’équipement (un modéliste par exemple), il ne faut pas hésiter à le solliciter.

Pour la réalisation des circuits électroniques, n’hésitez pas non plus à vous faire aider par quelqu’un qui peut vous apprendre à souder, à identifier les composants.

Vous pouvez également consulter les nombreuses vidéos et pages sur le web qui vous donneront toutes les explications nécessaires.

Soutien technique

En fin d’ouvrage, vous trouverez mon adresse e-mail et les coordonnées d’un site pour faire réaliser vos circuits imprimés.

Vous pourrez me contacter pour tout problème rencontré lors de la réalisation du robot, mais aussi pour toute difficulté d’approvisionnement des matériaux et composants. Il est courant que certains revendeurs modifient leur catalogue régulièrement en fonction des ventes des produits et même que certains fabricants retirent des produits de leur catalogue, faute de ventes. Dans le cas inverse, de nouveaux produits apparaissent et peuvent être très intéressants...

Je tiens à préciser que je ne peux pas fournir de composant ni de matériau, mais je peux vous aider en cas de doute ou de difficulté.

De même, si certains d’entre vous ont des connaissances sur certains points à partager, je veux bien faire l’intermédiaire et poster des documents apportant des informations supplémentaires.

Le maître mot, c’est « si on a un doute, on demande un complément d’explication ».

La règle élémentaire est de lire complètement la section décrivant l’ensemble en cours de réalisation pour avoir une idée globale des fournitures nécessaires, de l’outillage à utiliser et une bonne vue d’ensemble de la tâche à réaliser... Quoi de plus rageant que d’être obligé de s’arrêter sur sa lancée par manque de matériel ou d’outillage. Prenez votre temps.

Connaissances de base, soutien technique

7

Composants électroniques

Nom

Nom

Photo

Photo

Désignation

Désignation

Ajustable

Ajustable

multitours

monotour

vertical

vertical

: existe

:

avec broches

modèle

alignées ou en

avec

triangle. J’ai

broches en

prévu la double

triangle.

implantation

En règle générale, je ne conseille pas d’acheter juste les composants pour tel ou tel circuit : n’hésitez pas à prendre des quantités plus importantes, le prix à l’unité baissera.

Connectique utilisée dans l’ouvrage

Pour réaliser ce projet, j’ai utilisé différents types de connecteurs, par choix ou imposi-tion.

Vous trouverez des images de ceux-ci dans le tableau ci-après : Nom

Nom

Photo

Photo

Désignation

Désignation

HE-14 mâle :

permet de

réaliser des

systèmes

élit.d

SMA (socle

enficheables avec

nu

femelle) :

la partie

est

utilisé en

complémentaire

HF

femelle, de

(antenne)

réaliser une

utoriséea

fonction jumper

ou un connecteur

pas : 2.54

non

pour

servomoteur.

reproduction

Toute–

Dunod©