Dans cette série de tutoriels je vous propose une nouvelle approche de conception et de réalisation d'un quadricoptère de type X. basé sur un Arduino Nano, télécommandé depuis un smartphone Android, et équipé d'une caméra ip ESP32.

Ce projet couvre un vaste champ de technologies de la programmation du contrôleur de vol au décodage des trames vidéo,

Nous allons commencer dans ce chapitre par expliquer ce que c'est qu'un drone, comment il vole, les contraintes et les différentes solutions matérielles et logicielles qui s'offrent pour une réalisation complète from scratch, ce qui nous amènera à fixer notre cahier des charges pour la suite.

Sommaire

1. Un drone mais lequel ?

Le terme drone couvre un large champ d'engins volants qui vont des petits jouets pour enfants

aux drones militaires guidés par satellite avec une autonomie de milliers de kilomètres.

C'est un engin volant télécommandé ou autonome. Il peut avoir un usage civil ou militaire. Il peut donc être un avion, un hélicoptère, un dirigeable, un quadricoptère … le choix est large.

Dans ce projet nous visons un quadricoptère

2. Comment vole un quadricoptère ?

La portance d'un avion est générée par la différence de pression entre le haut et le bas de son aile quand elle avance

Un hélicoptère fait tourner ses 'ailes' appelés pales/hélices sur place pour produire le même phénomène, dans ce dernier cas la 3éme lois de newton fait que l’hélicoptère tourne dans le sens inverse des pales d'où le besoin d'une force inverse assurée par le rotor arrière

Soit par l'utilisation de deux pales qui tournes en sens inverse

Contrairement à ce que l'on peut imaginer ce n'est pas le rotor arrière qui fait avancer l'hélico mais le fait de pencher le rotor vers l'avant, le rotor assurer le contrôle de la rotation sur l'axe Y appelé lacet (Yaw), l'hélico monte ou déscend en jouant sur l'inclinaison des pales de son rotor et peut avancer, reculer aller vers la gaiche ou la droite en penchant son rotor pales dans la direction voulu, c'est à dire sur les axes X et Y appelés Tangage (Pitch) et Rouli (Roll).

Un quadricoptere est un aeronef à 4 rotors qui tournent en sens inverse deux par deux, les pales ne sont pas dirigeables, c'est tout le quadricptere qui penche dans la direction voulu pour bouger.

Pour monter ou décendre il suffit de faire tourner les rotors plus ou mois rapidement.

Pour pencher vers une direction il suffit décélérer la air de rotor correspondant et décélérer les eux autres.

3. Le contrôleur de vol (l'asservissement)

En théorie on peut faire voler le drone en jouant sur les vitesses de ses 4 rotors pour modifier son orientation dans l'espace, mais attention cela est tout simplement impossible en pratique même s'il est le plus symétrique possible et sans aucune perturbation extérieure. En effet les flux d'air générés par les rotors vont perturber sa direction et il aura besoin de la corriger en temps réel.

Pour corriger le mouvement le drone a besoin donc de connaître à tout moment sa position dans l'espace, ainsi que la position voulue qu'on appelle consigne, il doit calculer l'erreur entre les deux et appliquer un coefficient de correction.

Ce dispositif est appelé l’asservissement et est le cœur du contrôleur de vol.

4. Objectif

Dans la suite de cette série nous allons réaliser un drone from scratch, construire le cadre, fixer les moteurs, imprimer la carte PCB, programmer:

Une application android qui envoie les consignes au drone te affiche la vidéo de la caméra.

Une carte esp32 qui récoit les consigner et les transmet à la carte Aruino, et assure la diffucsion du flux vidéo.

Une carte Arduino reçoit les consignes, mesure la position dans l'espace, calcule les erreur et commande les moteurs.