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Comment monter un drone racer à la maison.

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Comment monter un drone racer à la maison.

Message par JCM31 le Sam 10 Mar - 15:33

Le contexte
 
Quand j'ai voulu me faire mon premier quadricoptère de course indoor, je n'ai eu que l'embarras du choix; aussi bien sur les sites marchands que sur les différents forums Internet où il existe des milliers de configurations possibles.
Cependant si j'ai choisi de partir sur une configuration bien à moi, c'est que je voulais que ce dernier puisse être le plus polyvalent possible; c'est-à-dire aussi bien être capable de voler dans un gymnase, que de voler dans un hangar ou même faire des courses en outdoor dans une forêt.
Il me fallait donc avoir un appareil qui allie puissance, légèreté et maniabilité ce qui est en modélisme trois termes très difficilement compatibles si ce n'est au prix de certains compromis.
Aussi après de nombreuses recherches sur internet et beaucoup de pages de forums parcourues voici ce que j'ai pu faire :
 
Un racer indoor/outdoor de 130 mm raceband, compatible 3S/4S avec 1140g de poussée maximum pour un poids sur balance de 184g sans batterie pour un budget total de 200 euros.
 
Avant de passer au vif du sujet il est important de savoir que les pièces qui ont été choisies pour monter ce quadri ne sont pas forcément les plus performantes du marché, en effet un de mes objectifs lors de cette conception a été aussi de minimiser les coûts au maximum afin que le projet final me revienne à un prix abordable.
 
Enfin il vous faut savoir que cette réalisation n'a été possible que grâce aux très nombreux conseils de passionnés qui m'ont guidé lors de mes choix et aidé à résoudre les problèmes rencontrés.
 
Vous trouverez ci dessous les diverses parties qui composent un quadri de course, avec les critères de choix (les miens bien sur Smile ) suivi de conseils de montage. Et surtout n'oubliez pas, que ce qui va suivre, n'est qu'une configuration et une façon de faire parmi tant d'autres .....
 
 
Le Châssis Carbonne :
 
Je suis parti sur un châssis de 130 mm en X, qui est à l'heure actuelle le format le plus utilisé pour les compétitions indoor.
 
               - Marque : Geprc GEP130X 130mm.
               - Poids : 30 grammes (sans la carte d'alimentation).
               - Prix : 26 euros.
               - Caractéristiques :
                               Epaisseur trame inférieur : 2.5 mm.

                               Epaisseur trame supérieur : 1.5 mm.

                              

 
A gauche la partie supérieure et à droite la base du châssis.
 
Coté montage:
Pour les opérations de montage des divers éléments sur le châssis (excepté les moteurs), je vous conseille d'utiliser les vis, rondelles, boulons et écrous en nylon. En effet en plus d'être un isolant électrique le nylon fait un excellent fusible mécanique en cas de crash.
 
Penser aussi à vous munir de gaine thermo rétractable, du scotch plastique d'électricien, d'une pince coupante, d'une pince à dénuder ainsi qu'un fer à souder avec un peu d'étain.
 
Enfin un dernier conseil, lorsque vous brancherez une batterie sur votre quadri en cours de montage pour faire des réglages ou des essais; prenez une batterie usée ou avec une charge faible. Cela permettra en cas de mauvais branchement ou de court-circuit de limiter les dégâts.
 
 
Les ESC :
 
Pour les ESC, deux choix sont possibles, où partir sur une platine où les quatre ESC sont intégrés, ou alors partir sur un ESC individuel par moteur.
Bien sûr il y a des pour et des contre pour chacune des deux solutions. Si on choisi de prendre une platine où les quatre ESC sont intégrés on peut facilement économiser 50 % du poids par rapport à quatre ESC séparés. En contrepartie sur la platine si un ESC est HS, il faut alors changer la carte en entier. Pour ma part j'ai pris le risque de choisir une platine en espérant que je ne grille pas les ESC dessus trop régulièrement.
Enfin dans tous les cas, quelle que soit la solution que l'on va choisir il est important de dimensionner les ESC afin qu'ils puissent fournir suffisamment de courant aux moteurs (voir la documentation technique des moteurs), dans notre cas on partira sur des ESC 20 ampères oneshot125 fonctionnant avec le logiciel BLHeli.
 
               - Marque : Favourite little bee pro 20A.
               - Poids : 17 grammes.
               - Prix : 46 euros.
               - Caractéristiques :
                               - Tension d'entrée: lipo 2-4s.
                               - Tension de sortie bec: 5v / 1a.
                               - Taille partie inférieur : 36 * 36.
                               - Taille partie supérieur : 30.5*30.5mm.
 
Coté montage:
Il suffit de fixer la platine sur le châssis avec des vis et entretoises nylon et d'y souder le cordon d'alimentation pour la batterie.
 
 
Les Moteurs :
 
Pour les moteurs, mon critère de base était qu'ils puissent accepter une tension de fonctionnement en 3S ou 4S tout en étant les plus petits et légers possible. De plus sur conseil j'ai choisi des moteurs avec un KV important (tour par volt) afin de gagner en vitesse.
 
               - Marque : Moteur Emax 1306 3300 KV.
               - Poids : 12 grammes le moteur.
               - Prix : 41 euros les 4.
               - Caractéristiques :
                               - Tension d'entrée: lipo 3-4S.
 
Coté montage:
Rien de bien compliqué, il suffit de les relier à l'ESC et de les fixer à la trame!
A noter cependant, que si vous partez sur ces moteurs, ils ont un sens de rotation, ce qui définira leurs places sur le quadricoptère.
 
 
Le Contrôleur de Vol :
 
Le choix du contrôleur de vol est la partie la plus importante et le plus difficile dans votre conception. En effet c'est lui qui va déterminer les performances de votre petit quadricoptère au niveau de sa stabilité en vol, de sa réactivité, de ces contrôles et de bien d'autres choses.
Et là encore une fois le budget qu'on peut y allouer fera la différence, pour ma part afin de ne pas faire trop mal à mon portefeuille j'ai choisi le contrôleur de vol suivant :
 
               - Marque : MotoLab Cyclone STM32F3 Flight Controller.
               - Poids : 5  grammes.
               - Prix : 35 euros.
               - Caractéristiques :
                               - Taille : 38x38mm.
                               - Alimentation : 2S à 4S.
 
 
Voici quelques-uns de ses avantages, il peut se régler sous cleanflight, il peut contrôler jusqu'à huit moteurs, comporte trois ports séries dont un mini USB pour la connexion au PC.
De plus il génère une alimentation 5 volts pour alimenter par exemple votre récepteur ou votre caméra. Enfin il peut recevoir un récepteur satellite, un buzzer, un ruban de LEDs, etc. ..... Bref vous l'avez compris, il n'en reste pas moins performant malgré son prix.
 
 
 
Le contrôleur de vol est relié au ESC (le récepteur est déjà en place,
mais pas de panique on va en parler juste après).
 
 
Coté montage:
Pour les branchements c'est assez simple: il est capable d'accepter une tension d'alimentation comprise entre 2S et 4S, il suffit de le souder directement sur l'alimentation principale (batterie). Reliez vos quatre sorties de commande (signaux PWM provenant de la Motolab) aux emplacements prévus à cet effet sur la carte des ESC, ainsi que la masse (inutile de relier l'alimentation,  pour rappel les deux cartes sont alimentées par la batterie).
 
 
 
Le récepteur radio et les protections moteurs :
 
Pour le récepteur il faut simplement en choisir un qui soit compatible avec votre radio. Quelque soit sa marque, inutile, à mon avis, de prendre un modèle  spécialement designer pour la course. Appairez le à votre radio, puis enlevez le boîtier de protection et dessoudez les cosses et le tour est joué (grâce à cela mon récepteur ne fait que 1.5 grammes), il n'y a plus qu'a le souder sur le contrôleur de vol.
 
 
Les moteurs et leurs protections sont mis en place sur le châssis
 
Au passage j'en ai profité pour monter deux autres éléments: les moteurs et leurs protections.
Un rapide petit mot sur les protections moteurs, qui font aussi train d'atterrissage.
 
               - Marque : Diatone Universal Motor Protect Landing Gear.
               - Poids : 7  grammes (une paire).
               - Prix : 1.80 euros (une paire).
               - Caractéristiques :
                               - Pour moteur de taille 1106 à 1306
 
Coté montage:
Bien que très lourdes, les protections moteurs offrent une bonne protection en cas de crash, de plus elles sont livrées avec des vis de montage pour fixer les moteurs, pratique non ? Enfin pas si pratique (fallait bien un "mais"), il vous faudra y aménager une petite fente sur le coté pour qu'il s'adapte parfaitement sur le châssis.
 
C'est la bonne occasion pour relier les moteurs à la carte des ESC, soit en les soudant directement ou via des cosses. Dans tous les cas, pas de problèmes avec le réglages du sens de rotation des moteurs, cela pourra se faire via BLHeli (cf. les tutos internet à ce sujet).
 
Astuce: pour vérifier le sens de rotation des moteurs, débranchez le quadri de votre PC  et mettez une hélice sur un moteur. Puis mettez en marche les moteurs tout doucement. Mettez votre main à cinq centimètres au dessus de l'hélice, si vous sentez de l'air souffler sur celle-ci, c'est que votre moteur tourne dans le mauvais sens (ou ce n'est pas la bonne hélice). Une fois que le sens de rotation est correct, enlevez l'hélice et recommencez l'opération pour les moteurs restant.
 
Note importante, il ne faut jamais laisser des fils se balader, ils doivent tous être impérativement fixés. Aussi j'ai attaché les fils des moteurs avec des serres câble au châssis, si vous avez de la gaine thermo rétractable suffisamment grande c'est encore mieux. Idem si vous avez choisi d'utiliser quatre ESC.
 
Enfin vous remarquerez qu'il n'y a pas encore les hélices, pourquoi me direz vous ? On ne paramètre jamais un quadricoptère sous CleanFlight avec les hélices sur le moteur, on ne sait jamais une erreur de manipulation et les moteurs démarrent ...... Vous verrez que si vous ne suivez pas ce conseil, un quadri peut devenir un excellent hachoir !!!!!
 
 
La caméra :
 
Pour le choix de la caméra on tombe sur le trio classique, à savoir le bon compromis entre le prix, la qualité et le poids, là ça sera encore une fois c'est à vous de choisir. En premier tenez compte de l'encombrement de la caméra, compte tenu la taille du châssis.
Pour ma part je n'ai rien pris d'exceptionnel je suis surtout parti sur une caméra de petite taille, technologie CMOS de 700 lignes.
 
               - Marque : Inconnu.
               - Poids : 3  grammes.
               - Prix : 10.50 euros
               - Caractéristiques :
                               - Technologie capteur CMOS.
                               - Caméra 700 lignes.
                               - 150°.
                               - NTSC / PAL.
 
 
 
Mise en place de la caméra sur le support pivotant. Le contrôleur
de vol est placé au dessus des ESC, via des entretoises nylon.
 
Au niveau du rendu, l'image n'est pas trop mauvaise; cependant comme toutes les caméra CMOS sa réponse aux variations d'intensité lumineuse n'est pas top. Pour un meilleur rendu il vous faudra passer sur une caméra à technologie CCD, mais là ce n'est plus le même budget.
 
Coté montage:
Installer la caméra à l'emplacement prévu à cet effet sur le châssis, et relier son alimentation à la sortie 5V du contrôleur de vol (ou à votre émetteur FPV, si celui ci possède une sortie 5V).
 
 
L'OSD :
 
Alors l'OSD c'est ce petit gadget qui pour certains a une utilité et pour d'autres n'en a pas du tout. En gros il va vous afficher sur l'écran de vos lunettes, par exemple, la tension de la batterie, le temps de vol, l'angle d'inclinaison et plein d'autres choses selon le modèle que vous choisirez.
 
               - Marque : SD W/ KV Team MOD For Racing F3 Naze32 Flight Controller
               - Poids : 5  grammes.
               - Prix : 8.50 euros.
               - Caractéristiques :
                               -  Taille 16 x 16mm.
                               -  ATmega328P avec Arduino bootloader.
 
 
Il vous faudra cependant avant de l'utiliser, le programmer et faire quelques réglages en utilisant ce petit module pour le relier l'OSD au PC : USB to TTL Converter Module for FT232 FTDI MWC Multiwii Arduino with 6P DuPont Line.
Encore une fois internet viendra à votre secours, les tutos fait à son sujet sont d'une qualité exceptionnelle, il ne vous restera plus qu'ensuite à le souder sur votre machine.
 
.
 
L'OSD est relié au contrôleur de vol et à la caméra.


Les fils pour le branchement de l'émetteur PFV sont placé sur l'OSD



Et en vol avec un OSD
 
Coté montage:
 
Pour son alimentation utiliser le 5 V généré par le contrôleur de vol, brancher votre caméra sur les pins indiqués prévu à cet effet.
Reliez une des liaisons séries du contrôleur de vol (UART) à votre OSD, seul les signaux RX, TX et masse vous seront utiles pour cette liaison. En effet le contrôleur de vol communique très bien avec l'OSD après quelques réglages sous CleanFlight.
Vous pouvez en profiter pour souder les fils de l'émetteur FPV sur l'OSD.
 
Si vous choisissez de ne pas utiliser d'OSD pas de soucis, il vous suffira simplement de relier votre caméra directement à votre émetteur FPV.
 
Quand vous mettrez l'OSD en place, pensez à l'isoler avec du scotch plastique d'électricien afin d'éviter les court-circuit entre l'OSD et le contrôleur de vol par exemple.
 
 
Les hélices :
 
Pour le choix de la taille et le pas des hélices, il vous faudra vous reporter à la documentation de vos moteurs.
Pour ma part je suis parti sur les hélices tri pales suivante :
 
               - Marque : Dalprop.
               - Poids : 3  grammes par hélice.
               - Prix : 2.70 euros les deux paires.
               - Caractéristiques :
                               -  Hélice tri pales 3045.
 
Concernant le nombres de pales par hélices, deux, trois, quatre .... C'est à vous de voir. Sachez seulement que au plus il y a de pales, au plus vos hélices vont consommer (couple plus important). En contre partie de cette consommation, vous gagnerez en nervosité et en portance; votre quadri sera donc plus stable en particulier dans les virages.
Enfin niveau matériaux pour vos hélices, choisissez des PC (Poly Carbonate) c'est résistant tout en étant souple.
                              
 
L'émetteur FPV et l'antenne:
 
Pour l'émetteur FPV, là encore, il en existe de nombreuse marques différentes proposant chacune de nombreux modèles. Les critères pour vous aider dans votre choix sont les suivants, si toutefois vous envisagez de faire de la compétition prenez un émetteur capable d'émettre en RaceBand ce sont des fréquences spécialement dédiée et reconnues pour les compétitions. De plus, en France les normes d'émission radio limitent les émetteurs FPV à 25 mW. Enfin n'oubliez pas de prendre un émetteur compatible avec la tension des batteries, jusqu'à 4S dans notre cas.
Il vous faudra donc tenir compte de ces paramètres, après c'est comme d'habitude, c'est une question de poids et de prix. Voici celui que j'ai choisi :
 
               - Marque : Skyzone FPV TS5813S 5.8G 25mW.
               - Poids : 7.5  grammes.
               - Prix : 11.40 euros.
               - Caractéristiques :
                               -  40 fréquences d'émissions dont RaceBand.
                               - Entrée Audio et vidéo.
                               - Tension d'entrée 7 - 24V.
 
 
 

L'OSD est fixé au contrôleur de vol, les hélices sont mises en place
ainsi que l'émetteur FPV.
Le récepteur est fixé au châssis derrière le contrôleur de vol.
 
 
Coté montage:
Reliez l'entrée vidéo de votre émetteur à la sortie de l'OSD prévu à cet effet ou à la caméra si vous n'avez pas mis d'OSD (dans les deux cas n'oubliez pas la masse). Pour son alimentation branchez vous directement sur la batterie, si bien sûr votre émetteur est compatible avec la tension de cette dernière.
 
Au niveau de l'antenne, Bâton ou Circulaire a vous de voir, n'oubliez pas de penser à la contrainte poids. Je vous conseillerais seulement de ne pas en prendre une trop souple afin qu'elle ne se coince pas dans les hélices. Voici la mienne :
 
               - Marque : Eachine Wizard X220.
               - Poids : 5  grammes.
               - Prix : 4 euros.
               - Caractéristiques :
                               -  Connecteur rp-sma mâle.
 
 
Les batteries :
 
Pour les batteries je me suis bien évidemment orienté vers des batteries soit en 3S ou en 4S.
Pour la capacité il vaut mieux choisir une batterie de capacité plus faible mais plus légère qu'une batterie avec plus de capacité mais plus lourde. Car au final la capacité que vous aurez en plus ne sera pas utilisée dans le temps de vol mais pour supporter la surcharge de poids, de plus votre quadri sera beaucoup moins maniable.
Pour le choix de la marque, j'ai choisit celle qui avait le meilleur rapport capacité / poids et livrable en France.
 
               - Marque : EPS 3S 630 mAh 75C - TOP RACING EDITION
               - Poids : 59  grammes.
               - Prix : 16.50 euros.
               - Caractéristiques :
                               - 3S (11.1V).
                               - ConnecteurXT30.
                               - Capacité 630 mAh.
                               - Taux de décharge 75C.
 
Pour les 4S, j'ai pris les même que les 3S, mis à part le nombre de S, bien sûr.             
 
Attention aussi au taux de décharge, pour un racer prenez au minimum 60C à 75C, sans cela vous risquez de manquer de puissance lors de certaines manoeuvres.
 
 
C'est fini :
 
Voilà c'est fini tous les éléments sont en places, il ne manque plus qu'à faire les premiers essais en vol.

 
La partie supérieure du châssis est en place. L'émetteur FPV est fixé
sous ce dernier.
 
 
Une petite photo du quadri avec sa batterie. Notez que les câbles
de la batterie sont eux aussi attachés.
 
 
Et encore une autre photo de notre quadri terminé.
 
 
Les premiers essais :
 
Ca y est le moment est venu, j'arme les moteurs, ces derniers se mettent à tourner. Je commence à pousser les gaz et .... décollage !!!!
Comme je m'y attendais les moteurs sont présents et on sent la puissance à disposition. Malheureusement hors de question d'y aller à fond, les murs se rapprochent trop vite. De plus il faudra quelques réglages supplémentaires sous CleanFlight.
Bref vous l'avez compris ce racer est vif et rapide je le trouve même un peu trop violent pour commencer en 4S en salle; il va falloir aller dehors ....
Même avec un peu de vent, c'est super !!!! Le quadricoptère répond bien et reste malgré tout très stable et sain à piloter.
Par contre je constate, et cela n'a rien de surprenant, que malgré la motorisation on ressent le poids de notre machine et celui-ci lui confère une inertie qu'il faut penser à compenser en particulier dans les virages.
En conclusion je dois avouer que je suis très content de mon petit racer car malgré son petit surpoids; il s'acquitte parfaitement des objectifs que je lui avais fixé à savoir être maniable et rapide et à l'aise à l'intérieur comme à l'extérieur.
De plus je peux dire fièrement : C'EST MOI QUI L'AI FAIT !!!!!!
 
 
MILLET Jean-Charles.
Membre du club Bruguières Mini Mod'Ailes.

JCM31

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