Tricopter พิมพ์ 3 มิติที่ควบคุมด้วยเสียง: 23 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

นี่คือโดรน Tricopter ที่พิมพ์ 3 มิติอย่างสมบูรณ์ซึ่งสามารถบินและควบคุมด้วยการควบคุมด้วยเสียงโดยใช้ Alexa ของ Amazon ผ่านสถานีภาคพื้นดินที่ควบคุมโดย Raspberry Pi Tricopter ที่ควบคุมด้วยเสียงนี้เรียกอีกอย่างว่า Oliver the Tri

Tricopter ซึ่งแตกต่างจากการกำหนดค่าเสียงพึมพำทั่วไปของ Quadcopter มีเพียง 3 ใบพัดเท่านั้น เพื่อชดเชยการควบคุมที่น้อยลง โรเตอร์ตัวใดตัวหนึ่งเอียงด้วยเซอร์โวมอเตอร์ Oliver the Tri นำเสนอ Pixhawk Autopilot ซึ่งเป็นระบบออโตไพลอตขั้นสูงที่ใช้ส่วนใหญ่ในการวิจัยหรืออุตสาหกรรมโดรนขั้นสูง ระบบออโตไพลอตนี้มีความสามารถในโหมดการบินได้หลากหลาย รวมถึงการติดตามฉัน การนำทางเวย์พอยท์ และการบินแบบมีไกด์

Alexa ของ Amazon จะใช้โหมดเครื่องบินพร้อมไกด์ มันจะประมวลผลคำสั่งเสียงและส่งไปยังสถานีภาคพื้นดิน ซึ่งจับคู่คำสั่งเหล่านี้กับ MAVLink (Micro Air Vehicle Communication Protocol) และส่งไปยัง Pixhawk ผ่านการวัดทางไกล

รถสามล้อถีบคันนี้ถึงแม้จะตัวเล็กแต่ทรงพลัง มันยาวประมาณ 30 ซม. และหนัก 1.2 กก. แต่ด้วยพร็อพและมอเตอร์คอมโบของเรา มันสามารถยกได้ถึง 3 กก.

ขั้นตอนที่ 1: วัสดุและอุปกรณ์

ไทรคอปเตอร์

• 3 มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน
• 3 เพลามอเตอร์
• 3 40A ตัวควบคุมความเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์
• ใบพัดคอมโพสิต 8x4 CCW
• คณะกรรมการจำหน่ายไฟฟ้า
• สายไฟและขั้วต่อ
• เซอร์โวมอเตอร์ TGY-777
• ขั้วต่อแบตเตอรี่และแบตเตอรี่
• 6x 6-32x1" สลักเกลียว ถั่ว*
• 3M ล็อคคู่*
• ซิปผูก*

ออโตไพลอต

• Pixhawk Autopilot Kit
• GPS และเข็มทิศภายนอก
• 900MHz Telemetry

ระบบควบคุมความปลอดภัย RC

• คู่ตัวส่งและตัวรับ
• ตัวเข้ารหัส PPM

สถานีภาคพื้นดินควบคุมด้วยเสียง

• ชุด Raspberry Pi Zero W หรือ Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot หรือผลิตภัณฑ์ Amazon Echo ใดๆ

อุปกรณ์และเครื่องมือ

• สถานีบัดกรี
• เครื่องพิมพ์ 3 มิติ
• คีมจมูกเข็ม*
• ไขควง*
• ชุดกุญแจอัลเลน*

* ซื้อจากร้านฮาร์ดแวร์ในพื้นที่

ขั้นตอนที่ 2: การจัดระเบียบเนื้อหา

เนื่องจากเป็นโครงการที่ค่อนข้างซับซ้อนและใช้เวลานาน ฉันกำลังจัดเตรียมวิธีการจัดระเบียบงานสร้างนี้ให้เป็นสามส่วนหลัก ซึ่งอาจดำเนินการพร้อมกันได้:

ฮาร์ดแวร์: กรอบกายภาพและระบบขับเคลื่อนของไตรคอปเตอร์

Autopilot: ตัวควบคุมการบินคำนวณสัญญาณ PWM เพื่อให้มอเตอร์แบบไม่มีแปรง 3 ตัวและเซอร์โวมอเตอร์แต่ละตัวตามลำดับจากคำสั่งของผู้ใช้

การควบคุมด้วยเสียง: อนุญาตให้ผู้ใช้ควบคุมโดรนโดยใช้คำสั่งเสียงและสื่อสารผ่านโปรโตคอล MAVLINK ไปยังบอร์ด Pixhawk

ขั้นตอนที่ 3: ดาวน์โหลด Tricopter Frame Parts

เฟรมทั้งหมดของกล้องไตรคอปเตอร์เป็นแบบ 3 มิติบนเครื่อง Ultimaker 2+ เฟรมถูกแยกออกเป็น 5 ส่วนหลักเพื่อให้พอดีกับฐานรองของ Ultimaker 2+ และเพื่อให้สามารถพิมพ์ซ้ำและซ่อมแซมชิ้นส่วนบางชิ้นได้ง่ายขึ้นในกรณีที่ชิ้นส่วนเสียหายจากการชน พวกเขาคือ:

• 2 แขนมอเตอร์ด้านหน้า (main-arm.stl)
• 1 แขนหาง (tail-arm.stl)
• 1 ชิ้นต่อระหว่างหาง am และแขนมอเตอร์ด้านหน้าทั้งสอง (tail-arm-base.stl)
• 1 ที่ยึดมอเตอร์ท้าย (motor-platform.stl)

ขั้นตอนที่ 4: การพิมพ์ 3 มิติของ Tricopter Frame

พิมพ์ชิ้นส่วนเหล่านี้ด้วย infill อย่างน้อย 50% และใช้เส้นเป็นรูปแบบ infill สำหรับความหนาของเปลือก ฉันใช้ความหนาของผนัง 0.7 มม. และความหนาบน/ล่าง 0.75 มม. เพิ่มการยึดเกาะของจานรองและเลือกขอบที่ 8 มม. กรอบนี้พิมพ์ด้วยเส้นใยพลาสติก PLA แต่คุณสามารถใช้เส้นใยพลาสติก ABS ได้หากต้องการใช้กล้องไตรคอปเตอร์ที่ทนทานกว่าแต่หนักกว่า ด้วยการตั้งค่าเหล่านี้ การพิมพ์ทั้งหมดจะใช้เวลา < 20 ชั่วโมง

หากขอบปีกไม่เกาะติดกับพื้นผิวการพิมพ์ของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ให้ใช้แท่งกาวและกาวขอบกระโปรงกับพื้นผิวการพิมพ์ เมื่อสิ้นสุดการพิมพ์ ให้ถอดฐานรองพิมพ์ ล้างกาวส่วนเกินออก แล้วเช็ดให้แห้งก่อนใส่กลับเข้าไปในเครื่องพิมพ์

ขั้นตอนที่ 5: การถอดส่วนรองรับและ Brim

ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติจะถูกพิมพ์ด้วยส่วนรองรับทุกที่และต้องถอดปีกด้านนอกออกก่อนประกอบ

ปีกเป็นชั้นเดียวของ PLA และสามารถลอกออกจากชิ้นส่วนได้ง่ายด้วยมือ ส่วนรองรับนั้นถอดยากกว่ามาก สำหรับสิ่งนี้ คุณจะต้องใช้คีมปากแหลมและไขควงปากแบน สำหรับการรองรับที่ไม่อยู่ในพื้นที่ปิด ให้ใช้คีมปากแหลมเพื่อขยี้ที่รองรับแล้วดึงออก สำหรับการรองรับภายในรูหรือพื้นที่ปิดซึ่งยากต่อการเข้าถึงด้วยคีมจมูกเข็ม ให้เจาะผ่านรูหรือใช้ไขควงปากแบนเพื่องัดออกจากด้านข้าง จากนั้นดึงออกมาด้วยคีมจมูกเข็ม เมื่อถอดส่วนรองรับออก ให้อ่อนโยนกับส่วนที่พิมพ์ 3 มิติ เนื่องจากอาจหลุดออกมาได้หากคุณเครียดมากเกินไป

เมื่อถอดส่วนรองรับออกแล้ว ให้ทรายออกจากพื้นผิวขรุขระที่ส่วนรองรับเคยเป็นหรือแกะสลักส่วนรองรับที่เหลืออย่างระมัดระวังด้วยมีดงานอดิเรก ใช้ดอกสว่านหรือดอกเจียรและดอกเดรเมลเพื่อขันรูสกรูให้เรียบ

ขั้นตอนที่ 6: การประกอบ Tricopter Frame

สำหรับการประกอบ คุณจะต้องใช้สลักเกลียวหกตัว (ควรเป็นสลักเกลียวขนาด 6-32 หรือทินเนอร์ ยาว 1 นิ้ว) เพื่อยึดโครงเข้าด้วยกัน

ใช้ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติที่เรียกว่า main-arm. STL และ tail-arm-base. STL ส่วนประกอบเหล่านี้ประสานกันราวกับตัวต่อ โดยฐานแขน-หางถูกประกบอยู่ตรงกลางแขนหลักทั้งสอง จัดตำแหน่งรูสกรูสี่รูแล้วใส่สลักเกลียวจากด้านบน ถ้าชิ้นส่วนไม่เข้ากันง่ายๆ ก็อย่าบังคับ ทรายฐานหางแขนจนทำ

ถัดไป เลื่อนแขนหางไปที่ปลายที่ยื่นออกมาของฐานแขนหางจนรูสกรูอยู่ในแนวเดียวกัน คุณอาจต้องขัดก่อนจึงจะพอดี สลักจากด้านบน

ในการประกอบแท่นมอเตอร์ ก่อนอื่นคุณต้องใส่เซอร์โวเข้าไปในช่องบนแขนส่วนท้าย โดยหันกลับไปด้านหลัง รูแนวนอนสองรูควรอยู่ในแนวเดียวกับรูสกรูบนเซอร์โว หากความเสียดทานพอดีไม่เพียงพอ คุณสามารถขันให้เข้าที่ผ่านรูเหล่านี้ได้ จากนั้นใส่ฮอร์นควบคุมบนเซอร์โว แต่อย่าขันเข้าไป มันมาในทันที

สอดเพลาของแท่นมอเตอร์เข้าไปในรูที่ปลายสุดของปลายแขนและอีกด้านหนึ่งเหนือแตร แตรควรพอดีกับสิ่งที่ใส่เข้าไปบนแท่น สุดท้าย ใส่สกรูฮอร์นผ่านทั้งรูในแท่นและฮอร์นตามที่แสดงในภาพด้านบน

ขั้นตอนที่ 7: การติดตั้งมอเตอร์

มอเตอร์ไร้แปรงถ่านจะไม่มาพร้อมกับเพลาใบพัดและการติดตั้งแบบ cross-plate ไว้ล่วงหน้า ดังนั้นให้ขันสกรูเข้าที่ก่อน ถัดไป คุณขันมันเข้ากับแท่นมอเตอร์และแขนหลักของรถไตรคอปเตอร์โดยใช้สกรูที่มากับมันหรือสกรูและน็อตเครื่อง M3 คุณสามารถแนบใบพัดในขั้นตอนนี้เพื่อให้แน่ใจว่ามีการกวาดล้างและชื่นชมฝีมือของคุณ แต่ให้ถอดออกก่อนการทดสอบก่อนบิน

ขั้นตอนที่ 8: การเดินสายบอร์ด Autopilot

เชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับบอร์ด Pixhawk Autopilot ดังแสดงในแผนภาพด้านบน สิ่งเหล่านี้ยังมีป้ายกำกับในบอร์ดออโตไพลอตด้วยและค่อนข้างตรงไปตรงมาในการเชื่อมต่อ เช่น ออดเชื่อมต่อกับพอร์ต Buzzer สวิตช์เชื่อมต่อกับพอร์ตสวิตช์ โมดูลพลังงานเชื่อมต่อกับพอร์ตโมดูลพลังงาน และ telemetry เชื่อมต่อกับพอร์ต telem1 GPS และเข็มทิศภายนอกจะมีขั้วต่อสองชุด เชื่อมต่ออันที่มีพินมากขึ้นกับพอร์ต GPS และอันที่เล็กกว่าเข้ากับ I2C

ขั้วต่อ DF13 เหล่านี้ที่เชื่อมต่อกับ Pixhawk Autopilot Board นั้นบอบบางมาก ดังนั้นอย่าดึงสายไฟ แล้วดันและดึงโดยตรงบนปลอกพลาสติก

ขั้นตอนที่ 9: การเดินสายไฟระบบวิทยุสื่อสาร

ระบบควบคุมการสื่อสารด้วยวิทยุจะใช้เป็นข้อมูลสำรองด้านความปลอดภัยในการควบคุมควอดคอปเตอร์ในกรณีที่สถานีภาคพื้นดินหรือ Alexa ทำงานผิดปกติหรือเกิดข้อผิดพลาดในคำสั่งสำหรับเครื่องอื่น

เชื่อมต่อเครื่องเข้ารหัส PPM กับเครื่องรับวิทยุดังแสดงในภาพด้านบน ทั้งตัวเข้ารหัสและตัวรับ PPM มีป้ายกำกับ ดังนั้นให้เชื่อมต่อ S1 กับ S6 กับพินสัญญาณ 1 ถึง 6 ของเครื่องรับของคุณ S1 จะมีสายกราวด์และสายแรงดันไฟฟ้าด้วย ซึ่งจะจ่ายไฟให้กับเครื่องรับผ่านตัวเข้ารหัส PPM

ขั้นตอนที่ 10: การบัดกรีบอร์ดจ่ายไฟ

PDB จะรับอินพุตจากแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ (LiPo) ที่มีแรงดันและกระแสไฟ 11.1V และ 125A และแจกจ่ายไปยัง ESC สามตัวและจ่ายไฟให้กับบอร์ด Pixhawk Autopilot ผ่านโมดูลพลังงาน

โมดูลพลังงานนี้ถูกนำมาใช้ซ้ำจากโครงการก่อนหน้านี้ที่ทำร่วมกับเพื่อน

ก่อนบัดกรีสายไฟ ตัดความร้อนหดให้พอดีกับสายไฟแต่ละเส้น เพื่อให้สามารถเสียบปลายบัดกรีที่สัมผัสได้ในภายหลัง เพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร บัดกรีขั้วต่อ XT90 ตัวผู้จะนำไปสู่แผ่น PDB ก่อน จากนั้นจึงต่อสาย AWG จำนวน 16 เส้นเข้ากับ ESC ตามด้วยขั้วต่อ XT60 เข้ากับสายไฟเหล่านี้

ในการบัดกรีสายไฟบนแผ่น PDB คุณต้องบัดกรีให้ตั้งตรงเพื่อให้ความร้อนหดตัวพอดีและป้องกันขั้ว ฉันพบว่ามันง่ายที่สุดที่จะใช้มือช่วยจับสายไฟให้ตั้งตรง (โดยเฉพาะสาย XT90 ขนาดใหญ่) แล้ววางไว้บน PDB ที่วางอยู่บนโต๊ะ จากนั้นประสานลวดรอบแผ่น PDB จากนั้นเลื่อนแผ่นลดความร้อนลงและให้ความร้อนเพื่อป้องกันวงจร ทำซ้ำสำหรับส่วนที่เหลือของสาย ESC ในการบัดกรี XT60 ให้ทำตามขั้นตอนก่อนหน้าเกี่ยวกับวิธีการเปลี่ยนขั้วแบตเตอรี่ ESC ด้วย XT60

ขั้นตอนที่ 11: การเดินสายไฟมอเตอร์และตัวควบคุมความเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์

เนื่องจากเราใช้มอเตอร์กระแสตรงแบบไม่มีแปรงถ่าน จึงมาพร้อมกับสายไฟสามเส้น ซึ่งจะเชื่อมต่อกับขั้วต่อสายไฟสามเส้นของตัวควบคุมความเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์ (ESC) ลำดับของการเชื่อมต่อสายเคเบิลไม่สำคัญสำหรับขั้นตอนนี้ เราจะตรวจสอบสิ่งนี้เมื่อเราเปิดเครื่องไตรคอปเตอร์เป็นครั้งแรก

การหมุนของมอเตอร์ทั้งสามควรทวนเข็มนาฬิกา หากมอเตอร์ไม่หมุนทวนเข็มนาฬิกา ให้สลับสายไฟสองในสามสายระหว่าง ESC และมอเตอร์เพื่อย้อนกลับการหมุน

เชื่อมต่อ ESC ทั้งหมดเข้ากับบอร์ดจ่ายไฟเพื่อจ่ายไฟให้กับแต่ละตัว จากนั้นเชื่อมต่อ ESC ด้านหน้าขวาเข้ากับช่องหลักของ pixhawk 1. เชื่อมต่อ ESC ด้านหน้าซ้ายกับตัวหลักออก 2 ของ pixhawk, เซอร์โวไปยัง main out 7 และ ESC ส่วนท้ายที่เหลือกับ main out 4

ขั้นตอนที่ 12: การตั้งค่าเฟิร์มแวร์ Autopilot

เฟิร์มแวร์ที่เลือกสำหรับรุ่น Tricopter นี้คือ Arducopter ของ Ardupilot พร้อมการกำหนดค่า Tricopter ทำตามขั้นตอนในตัวช่วยสร้างและเลือกการกำหนดค่า Tricopter ในเฟิร์มแวร์

ขั้นตอนที่ 13: การปรับเทียบเซ็นเซอร์ภายใน

วิ่งขึ้นในการท้าทายที่เปิดใช้งานด้วยเสียง