Τρικόπτερο με 3D εκτύπωση με φωνητικό έλεγχο: 23 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Πρόκειται για ένα πλήρως τρισδιάστατο εκτυπωμένο drone Tricopter που μπορεί να πετάξει και να ελεγχθεί με φωνητικό έλεγχο χρησιμοποιώντας την Alexa του Amazon μέσω ενός επίγειου σταθμού που ελέγχεται από το Raspberry Pi. Αυτό το φωνητικό ελικόπτερο είναι επίσης γνωστό ως Oliver the Tri.

Ένα Tricopter σε αντίθεση με την πιο κοινή διαμόρφωση drone ενός Quadcopter έχει μόνο 3 έλικες. Για να αναπληρώσετε έναν λιγότερο βαθμό ελέγχου, ένας από τους ρότορες γέρνει από έναν σερβοκινητήρα. Ο Oliver the Tri διαθέτει έναν αυτόματο πιλότο Pixhawk, ένα προηγμένο σύστημα αυτόματου πιλότου που χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό στην έρευνα ή στην προηγμένη βιομηχανία drone. Αυτό το σύστημα αυτόματου πιλότου είναι ικανό για μεγάλη ποικιλία τρόπων πτήσης, συμπεριλαμβανομένης της παρακολούθησης, πλοήγησης σημείων και πτήσης με καθοδήγηση.

Η Alexa του Amazon θα χρησιμοποιεί τη λειτουργία πτήσης με οδηγό. Θα επεξεργαστεί τις φωνητικές εντολές και θα τις στείλει στον επίγειο σταθμό, ο οποίος χαρτογραφεί αυτές τις εντολές στο MAVLink (Micro Air Vehicle Communication Protocol) και τις στέλνει στο Pixhawk μέσω τηλεμετρίας.

Αυτό το τρίτροπο αν και μικρό είναι ισχυρό. Έχει μήκος περίπου 30 εκατοστά και ζυγίζει 1,2 κιλά, αλλά με τον συνδυασμό στήριξης και μοτέρ μας μπορεί να σηκώσει έως και 3 κιλά.

Βήμα 1: Υλικά και εξοπλισμός

Τρίκοπτερ

• 3 κινητήρες DC χωρίς ψήκτρες
• 3 άξονες κινητήρα
• 3 Ηλεκτρονικός ελεγκτής ταχύτητας 40Α
• 8x4 Composite Propellers CCW
• Πίνακας διανομής ισχύος
• Σύρματα και συνδετήρες
• Servo Motor TGY-777
• Σύνδεση μπαταρίας και μπαταρίας
• 6x 6-32x1 "Κοχλίες διάτμησης, παξιμάδια*
• 3M διπλή κλειδαριά*
• Φερμουάρ*

Αυτόματος πιλότος

• Κιτ αυτόματου πιλότου Pixhawk
• GPS και εξωτερική πυξίδα
• Τηλεμετρία 900MHz

Ασφάλεια RC Control

• Ζεύγος πομπών και παραληπτών
• Κωδικοποιητής PPM

Φωνητικά ελεγχόμενος σταθμός εδάφους

• Σετ Raspberry Pi Zero W ή Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot ή οποιαδήποτε προϊόντα Amazon Echo

Εξοπλισμός και εργαλεία

• Σταθμός συγκόλλησης
• Τρισδιάστατος εκτυπωτής
• Πένσα μύτης βελόνας*
• Κατσαβίδια*
• Σετ κλειδιών Allen*

* Αγοράστηκε από τοπικό κατάστημα υλικού

Βήμα 2: Οργάνωση περιεχομένου

Δεδομένου ότι πρόκειται για ένα αρκετά περίπλοκο και μακροπρόθεσμο έργο, παρέχω έναν τρόπο οργάνωσης αυτής της κατασκευής σε τρεις κύριες ενότητες που μπορούν να εκτελεστούν ταυτόχρονα:

Υλικό: Το φυσικό πλαίσιο και το σύστημα προώθησης του τρικόπτερου.

Αυτόματος πιλότος: Ο ελεγκτής πτήσης υπολογίζει το σήμα PWM για να παρέχει κάθε έναν από τους 3 κινητήρες χωρίς ψήκτρες και σερβοκινητήρα ανάλογα με την εντολή του χρήστη.

Φωνητικός έλεγχος: Αυτό επιτρέπει στον χρήστη να ελέγχει το drone χρησιμοποιώντας φωνητικές εντολές και επικοινωνεί μέσω του πρωτοκόλλου MAVLINK στην πλακέτα Pixhawk.

Βήμα 3: Λήψη εξαρτημάτων πλαισίου Tricopter

Ολόκληρο το καρέ του τρικοπωμένου είναι 3D εκτυπωμένο στο Ultimaker 2+. Το πλαίσιο χωρίζεται σε 5 κύρια εξαρτήματα για να ταιριάζει στην πλάκα κατασκευής του Ultimaker 2+ και να διευκολύνει την επανεκτύπωση και την επισκευή συγκεκριμένων εξαρτημάτων σε περίπτωση που υποστούν ζημιά σε συντριβή. Αυτοί είναι:

• 2 εμπρός βραχίονες κινητήρα (κύριος βραχίονας.stl)
• 1 βραχίονας ουράς (tail-arm.stl)
• 1 Συνδετικό κομμάτι μεταξύ της ουράς am και των δύο μπροστινών βραχιόνων κινητήρα (ουρά-βραχίονας-βάση.stl)
• 1 Βάση κινητήρα ουράς (μοτέρ-πλατφόρμα.stl)

Βήμα 4: Τρισδιάστατη εκτύπωση του πλαισίου Tricopter

Εκτυπώστε αυτά τα μέρη με τουλάχιστον 50% πλήρωση και χρησιμοποιήστε γραμμές ως μοτίβο πλήρωσης. Για το πάχος του κελύφους χρησιμοποιώ πάχος τοιχώματος 0,7mm και πάχος άνω/κάτω 0,75mm. Προσθέστε την πρόσφυση της πλάκας κατασκευής και επιλέξτε το χείλος στα 8mm. Αυτό το πλαίσιο εκτυπώθηκε με πλαστικό νήμα PLA, αλλά μπορείτε να χρησιμοποιήσετε πλαστικό νήμα ABS εάν προτιμάτε ένα πιο στιβαρό αλλά βαρύτερο τρίκοπτρο. Με αυτές τις ρυθμίσεις, χρειάστηκαν <20 ώρες για να τα εκτυπώσετε όλα.

Εάν το χείλος δεν κολλάει στην επιφάνεια εκτύπωσης του 3D εκτυπωτή, χρησιμοποιήστε μια κόλλα και κολλήστε τη φούστα στην επιφάνεια εκτύπωσης. Στο τέλος της εκτύπωσης, αφαιρέστε την πλάκα κατασκευής, ξεπλύνετε την περίσσεια κόλλας και σκουπίστε την πριν την τοποθετήσετε ξανά στον εκτυπωτή.

Βήμα 5: Αφαίρεση υποστηριγμάτων και περιθωρίου

Τα τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη θα εκτυπωθούν με στηρίγματα παντού και με ένα εξωτερικό χείλος που πρέπει να αφαιρεθεί πριν από τη συναρμολόγηση.

Το χείλος είναι ένα μόνο στρώμα PLA και μπορεί εύκολα να αφαιρεθεί από το μέρος με το χέρι. Τα στηρίγματα από την άλλη πλευρά, είναι πολύ πιο δύσκολο να αφαιρεθούν. Για αυτό θα χρειαστείτε μια πένσα μύτης βελόνας και ένα κατσαβίδι επίπεδης κεφαλής. Για το στήριγμα που δεν βρίσκεται σε κλειστούς χώρους, χρησιμοποιήστε τις πένσες της μύτης της βελόνας για να συνθλίψετε τα στηρίγματα και να τα τραβήξετε. Για στηρίγματα μέσα σε τρύπες ή κλειστούς χώρους που είναι δύσκολο να φτάσετε με πένσα από τη μύτη της βελόνας, είτε τρυπήστε την τρύπα είτε χρησιμοποιήστε ένα κατσαβίδι με επίπεδη κεφαλή για να το ξεκολλήσετε από το πλάι και, στη συνέχεια, τραβήξτε το έξω με την πένσα της βελόνας. Κατά την αφαίρεση των στηριγμάτων να είστε απαλοί με το τρισδιάστατο τμήμα εκτύπωσης καθώς μπορεί να σπάσει αν το αγχώνετε πολύ.

Μόλις αφαιρεθούν τα στηρίγματα, τρίψτε τις τραχιές επιφάνειες όπου υπήρχαν τα στηρίγματα ή χαράξτε προσεκτικά το υπόλοιπο στήριγμα με ένα μαχαίρι χόμπι. Χρησιμοποιήστε ένα κομμάτι λείανσης ή λείανσης και ένα dremel για να εξομαλύνετε τις οπές των βιδών.

Βήμα 6: Συναρμολόγηση του πλαισίου Tricopter

Για τη συναρμολόγηση, θα χρειαστείτε έξι μπουλόνια (κατά προτίμηση κοχλίες διάτμησης, 6-32 ή λεπτότερες, 1 μήκος) για να στερεώσετε το πλαίσιο μαζί.

Πάρτε τα τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη που ονομάζονται main-arm. STL και tail-arm-base. STL. Αυτά τα εξαρτήματα αλληλοσυνδέονται σαν παζλ, με τη βάση της ουράς-βραχίονα να είναι στριμωγμένη στη μέση των δύο κύριων βραχιόνων. Ευθυγραμμίστε τις τέσσερις οπές βιδών και στη συνέχεια εισάγετε τα μπουλόνια από πάνω. Εάν τα μέρη δεν ταιριάζουν εύκολα μεταξύ τους, μην τα πιέζετε. Τρίψτε την ουρά-τον βραχίονα-βάση μέχρι να το κάνουν.

Στη συνέχεια, σύρετε τον ουραίο βραχίονα στο προεξέχον άκρο της βάσης του βραχίονα μέχρι να ευθυγραμμιστούν οι οπές των βιδών. Και πάλι, μπορεί να χρειαστεί να τρίψετε πριν εφαρμόσει. Βιδώστε το από την κορυφή.

Για να συναρμολογήσετε την πλατφόρμα του κινητήρα, πρέπει πρώτα να εισάγετε το σερβο στο άνοιγμα του βραχίονα της ουράς, δείχνοντας προς τα πίσω. Οι δύο οριζόντιες οπές πρέπει να ευθυγραμμίζονται με τις οπές βίδας στο σερβο. Εάν η προσαρμογή τριβής δεν είναι επαρκής, μπορείτε να τη βιδώσετε στη θέση της μέσω αυτών των οπών. Στη συνέχεια, βάλτε την κόρνα ελέγχου στο σερβο, αλλά μην την βιδώσετε. Αυτό έρχεται σε μια στιγμή.

Περάστε τον άξονα της πλατφόρμας του κινητήρα στην τρύπα στο άκρο του ουραίου βραχίονα και στην άλλη πλευρά πάνω από το κέρατο. Το κέρατο πρέπει να ταιριάζει όμορφα στο ένθετο στην πλατφόρμα. Τέλος, βάλτε τη βίδα κόρνας τόσο από την τρύπα στην πλατφόρμα όσο και από την κόρνα όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα.

Βήμα 7: Εγκατάσταση των κινητήρων

Οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες δεν θα συνοδεύονται από τους άξονες προπέλας και τη σταυρωτή πλάκα στερέωσης που έχουν προ-στερεωθεί, οπότε βιδώστε τους πρώτα. Στη συνέχεια, τα βιδώνετε πάνω στην πλατφόρμα του κινητήρα και τους κύριους βραχίονες του τρίπορτου χρησιμοποιώντας είτε τις βίδες που συνοδεύουν είτε βίδες και παξιμάδια μηχανής M3. Μπορείτε να συνδέσετε τις προπέλες σε αυτό το βήμα για να διασφαλίσετε την απόσταση και να θαυμάσετε το χειροποίητο έργο σας, αλλά να τις αφαιρέσετε πριν από τις δοκιμές πριν από την πτήση.

Βήμα 8: Καλωδίωση του πίνακα αυτόματου πιλότου

Συνδέστε τους αισθητήρες στον πίνακα αυτόματου πιλότου Pixhawk, όπως φαίνεται στο παραπάνω διάγραμμα. Αυτά επισημαίνονται επίσης στην ίδια την πλακέτα αυτόματου πιλότου και είναι αρκετά απλό να συνδεθούν, δηλαδή ο βομβητής συνδέεται στη θύρα Buzzer, ο διακόπτης συνδέεται στη θύρα του διακόπτη, η μονάδα τροφοδοσίας συνδέεται στη θύρα της μονάδας ισχύος και η τηλεμετρία συνδέεται στη θύρα telem1. Το GPS και η εξωτερική πυξίδα θα έχουν δύο σετ συνδετήρων. Συνδέστε αυτόν με περισσότερους πείρους στη θύρα GPS και τον μικρότερο στο I2C.

Αυτοί οι σύνδεσμοι DF13 που μπαίνουν στον πίνακα αυτόματου πιλότου Pixhawk είναι πολύ εύθραυστοι, οπότε μην τραβάτε τα καλώδια και πιέστε και τραβήξτε απευθείας στο πλαστικό περίβλημα.

Βήμα 9: Καλωδίωση του συστήματος ραδιοεπικοινωνίας

Το σύστημα επικοινωνίας ραδιοελέγχου θα χρησιμοποιηθεί ως αντίγραφο ασφαλείας για τον έλεγχο του τετραπλάνου σε περίπτωση που ο επίγειος σταθμός ή η Alexa δυσλειτουργούν ή κάνουν λάθος μια εντολή για κάποιον άλλο.

Συνδέστε τον κωδικοποιητή PPM στον δέκτη ραδιοφώνου όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα. Τόσο ο κωδικοποιητής PPM όσο και ο δέκτης είναι επισημασμένοι, οπότε συνδέστε το S1 με το S6 στις ακίδες σήματος 1 έως 6 του δέκτη σας. Το S1 θα διαθέτει επίσης καλώδια γείωσης και τάσης, τα οποία θα τροφοδοτούν τον δέκτη μέσω του κωδικοποιητή PPM.

Βήμα 10: Συγκόλληση του πίνακα διανομής ενέργειας

Το PDB θα εισάγει την μπαταρία πολυμερούς λιθίου (LiPo) με τάση και ρεύμα 11,1V και 125A και θα το διανείμει στα τρία ESC και θα τροφοδοτεί τον πίνακα αυτόματου πιλότου Pixhawk μέσω της μονάδας ισχύος.

Αυτή η μονάδα ισχύος επαναχρησιμοποιήθηκε από ένα προηγούμενο έργο που έγινε σε συνεργασία με έναν φίλο.

Πριν από τη συγκόλληση των καλωδίων, κόψτε τη θερμική συρρίκνωση για να ταιριάζει σε κάθε ένα από τα σύρματα, ώστε να μπορεί να γλιστρήσει στο εκτεθειμένο συγκολλημένο άκρο αργότερα για να αποφύγετε βραχυκύκλωμα. Συγκολλήστε τον αρσενικό σύνδεσμο XT90 πρώτα στα μαξιλάρια PDB, στη συνέχεια τα 16 καλώδια AWG στα ESC, ακολουθούμενα από τους συνδέσμους XT60 σε αυτά τα καλώδια.

Για να κολλήσετε τα καλώδια στα μαξιλάρια PDB, πρέπει να τα κολλήσετε όρθια, έτσι ώστε η θερμοσυρρίκνωση να χωρέσει και να μονώσει τους ακροδέκτες. Το βρήκα πιο εύκολο να χρησιμοποιήσω τα χέρια βοήθειας για να κρατήσω τα καλώδια όρθια (ειδικά το μεγάλο καλώδιο XT90) και να το τοποθετήσω πάνω από το PDB που στηρίζεται στο τραπέζι. Στη συνέχεια, συγκολλήστε το σύρμα γύρω από το μαξιλάρι PDB. Στη συνέχεια, σύρετε τη θερμότητα συρρικνωθεί προς τα κάτω και θερμάνστε την για να μονώσει το κύκλωμα. Επαναλάβετε αυτό για τα υπόλοιπα καλώδια ESC. Για να κολλήσετε το XT60, ακολουθήστε το προηγούμενο βήμα σχετικά με τον τρόπο αντικατάστασης του τερματικού μπαταρίας ESC με XT60.

Βήμα 11: Καλωδίωση των κινητήρων και των ηλεκτρονικών ελεγκτών ταχύτητας

Δεδομένου ότι χρησιμοποιούμε κινητήρες DC χωρίς ψήκτρες, θα έρχονται με τρία καλώδια που θα συνδέονται με τους τρεις ακροδέκτες καλωδίων του ηλεκτρονικού ελεγκτή ταχύτητας (ESC). Η σειρά της σύνδεσης καλωδίου δεν έχει σημασία για αυτό το βήμα. Αυτό θα το ελέγξουμε όταν ενεργοποιήσουμε για πρώτη φορά το τρίτροπο.

Η περιστροφή και των τριών κινητήρων πρέπει να γίνεται αριστερόστροφα. Εάν ένας κινητήρας δεν περιστρέφεται αριστερόστροφα, τότε αλλάξτε οποιοδήποτε από τα τρία καλώδια μεταξύ του ESC και του κινητήρα για να αντιστρέψετε την περιστροφή.

Συνδέστε όλα τα ESC στην πλακέτα διανομής ενέργειας για να παρέχετε ισχύ σε καθένα από αυτά. Στη συνέχεια, συνδέστε το μπροστινό δεξί ESC με το κεντρικό εξόδου του pixhawk 1. Συνδέστε το μπροστινό αριστερό ESC με το κεντρικό out 2 του pixhawk, το σερβο με το main out 7 και το υπόλοιπο ESC ουράς στο main 4.

Βήμα 12: Ρύθμιση υλικολογισμικού αυτόματου πιλότου

Το υλικολογισμικό που επιλέχθηκε για αυτήν την κατασκευή τρικλοπτέρων είναι το Arduopter του Ardupilot's with a Tricopter Configuration. Ακολουθήστε τα βήματα του οδηγού και επιλέξτε τη ρύθμιση παραμέτρων του τρικλοπτέρου στο υλικολογισμικό.

Βήμα 13: Βαθμονόμηση των εσωτερικών αισθητήρων

Δεύτερος στην πρόκληση ενεργοποιημένης φωνής