Comment fabriquer un drone – Leçon 1 : Terminologie

Comment fabriquer un drone – Leçon 2 : Le châssis

Comment fabriquer un drone – Leçon 3 : Choisir les bons moteur/ hélice/ ESC/ batterie

Comment fabriquer un drone – Leçon 4 : Choisissez un contrôleur de vol

Comment fabriquer un drone – Leçon 5 : Assemblage*

Comment fabriquer un drone – Leçon 6 : Faites tout travailler ensemble

Comment fabriquer un drone – Leçon 7 : Vol en immersion (FPV) et longue distance

À présent que vous avez décidé de créer votre propre drone multi-rotors personnalisé ou semi-personnalisé, la première étape consiste à choisir le châssis. Vous pouvez soit créer le vôtre, soit fonder le projet sur un kit châssis de drone. Il existe de nombreux types de configurations et châssis différents utilisés pour créer des drones multi-rotors. Ce guide couvre les types de châssis basiques/classiques, les matériaux utilisés pour construire le châssis, ainsi que les aspects de conception. Nous accueillons toutes les informations dont vous disposez dans la section des commentaires ci-dessous.

Les types de châssis de drones

Tricoptère

Tricoptère

Tricoptère

  • Description : Un drône doté de trois bras, chacun d’eux connecté à un moteur. La face avant du drone est généralement placée entre deux des bras (Y3). L’angle entre les bras peut varier mais il est généralement de 120 degrés. Afin d’assurer le déplacement, le moteur arrière doit normalement pouvoir tourner (à l’aide d’un servomoteur RC normal) afin de contrecarrer l’effet gyroscopique du nombre impair de rotors, ainsi que pour modifier l’angle de lacet. Un Y4 est légèrement différent en cela qu’il utilise deux moteurs montés sur le bras arrière, qui gère ainsi tous les effets gyroscopiques (aucun servomoteur n’est donc nécessaire).
  • Avantages : Un « Aspect » différent pour un drone. Vole plus comme un avion, en marche avant. Le prix est théoriquement plus faible, parmi ceux décrits ici, car il utilise le plus petit nombre de moteurs sans balais (et d’ESC).
  • Inconvénients : Puisque l’appareil n’est pas symétrique, la conception utilise un servomoteur RC normal pour faire tourner le moteur arrière et, en tant que tel, la conception est moins évidente que pour beaucoup d’autres multi-rotors. Le bras arrière est plus complexe car un servomoteur doit être monté le long de l’axe. La plupart des contrôleurs de vol, mais pas tous, prennent en charge cette configuration.

Quadricoptère

Quadricoptère

Quadricoptère

  • Description : Un drone « quadricoptère » doté de quatre bras, chacun d’eux connecté à un moteur. La face avant du drone est généralement placée entre deux bras (configuration en x), mais peut aussi se trouver le long d’un bras (configuration en +).
  • Avantages : Conception multi-rotor la plus populaire, construction la plus simple et très polyvalente. Dans la configuration standard, les bras/moteurs sont symétriques autour de deux axes. Tous les contrôleurs de vol du marché peuvent travailler avec cette conception multi-rotors.
  • Inconvénients : Il n’y a aucune redondance, donc, s’il se produit une panne n’importe où dans le système, en particulier sur un moteur ou une hélice, l’engin va probablement s’écraser.

Hexacoptère

Hexacoptère

Hexacoptère

  • Description : Un « hexacoptère » est doté de six bras, chacun d’eux connecté à un moteur. La face avant du drone est généralement placée entre deux bras, mais peut aussi se trouver le long d’un bras.
  • Avantages : Il est facile d’ajouter deux bras et des moteurs supplémentaires à une conception de type quadricoptère ; ceci augmente la poussée totale disponible, ce qui signifie que l’appareil peut soulever plus de charge utile. En outre, si un moteur tombe en panne, il reste encore une chance pour que l’appareil puisse atterrir plutôt que s’écraser. Les hexacoptères utilisent souvent les mêmes moteurs et bras de support, ce qui rend le système « modulaire ». Presque tous les contrôleurs de vol prennent en charge cette configuration.
  • Inconvénients : Cette conception utilise des pièces supplémentaires, c’est pourquoi, par rapport à un quadricoptère qui utilise un nombre minimum de pièces, l’hexacoptère équivalent utilisant les mêmes moteurs et hélices sera plus coûteux et plus grand. Ces moteurs et pièces supplémentaires ajoutent du poids à l’hélicoptère, c’est pourquoi, afin d’obtenir le même temps de vol en tant que quadricoptère, la batterie doit également être plus grande (plus grande capacité).

Y6

Hexacoptère Y6

Hexacoptère Y6

  • Description : Une conception Y6 est un type d’hexacoptère mais au lieu de six bras, il dispose de trois bras de support, dotés d’un moteur connecté de chaque côté du bras (pour un total de six moteurs). Notez que les hélices montées sur la face inférieure projettent encore la poussée vers le bas.
  • Avantages : Une conception de type Y6 élimine réellement un bras support (par rapport à un quadricoptère), pour un total de trois. Cela signifie que l’hélicoptère peut soulever plus de charge utile par rapport à un quadricoptère, avec moins de composants qu’un hexacoptère normal. Un Y6 n’a pas le même problème qu’un Y3, car il supprime l’effet gyroscopique en utilisant des hélices contrarotatives. En outre, si un moteur tombe en panne, il reste encore une chance pour que l’appareil puisse atterrir plutôt que s’écraser.
  • Inconvénients : Il utilise des pièces supplémentaires, donc, par rapport à un quadricoptère qui utilise les mêmes composants, l’hexacoptère équivalent est plus coûteux. Les moteurs et pièces supplémentaires ajoutent du poids à l’hélicoptère, c’est pourquoi, afin d’obtenir le même temps de vol en tant que quadricoptère, la batterie doit également être plus grande (plus grande capacité). Le poussée obtenue avec un Y6 par opposition à un hexacoptère normal est légèrement inférieure (par expérience), probablement parce que la poussée de l’hélice supérieure est affectée par l’hélice inférieure. Tous les contrôleurs de vol ne prennent pas en charge cette configuration.

Octocoptère

Octocoptère

Octocoptère

  • Description : Un « octocoptère » est doté de huit bras, chacun d’eux connecté à un moteur. La face avant du drone est généralement placée entre deux des bras.
  • Avantages : Plus de moteurs = plus de poussée, ainsi qu’un redondance améliorée.
  • Inconvénients : Plus de moteurs = un prix plus élevé et un bloc batterie plus important. Lorsque vous atteignez ce niveau, la plupart des utilisateurs sont à la recherche de charges utiles très importantes telles que des appareils photo reflex numériques et des systèmes à cardans lourds. Compte tenu du prix de ces systèmes, la redondance ajoutée est vraiment importante.

X8

Octocoptère X8

Octocoptère X8

  • Description : Une conception X8 reste un octocoptère, mais est dotée de quatre bras de support, chacun d’eux connecté à un moteur de chaque côté de chaque bras, pour un total de 8 moteurs.
  • Avantages : Plus de moteurs = plus de poussée, ainsi qu’un redondance améliorée. Plutôt que d’utiliser des moteurs plus puissants mais moins nombreux, les octocoptères ajoutent de la redondance en cas de panne de moteur.
  • Inconvénients : Plus de moteurs = un prix plus élevé et un bloc batterie plus important. Lorsque vous atteignez ce niveau, la plupart des utilisateurs sont à la recherche de charges utiles très importantes telles que des appareils photo reflex numériques et des systèmes à cardans lourds.

Dimensions des drones

Les drones sont disponibles dans un grand nombre de tailles différentes, des « nano » qui sont plus petits que la paume de votre main, aux « méga », qui ne peuvent être transportés sur le plancher d’un camion. Bien que les très grands comme les très petits drones méritent un peu d’attention, ils ne sont pas nécessairement les plus pratiques pour les amateurs. Pour la plupart des utilisateurs qui débutent dans ce domaine, la bonne gamme de dimensions qui offre le plus de polyvalence et de valeur est comprise entre 350 et 700 mm. Cette mesure représente le diamètre du plus grand cercle qui passe par tous les moteurs. Non seulement les pièces pour les drones dans cette gamme de dimensions sont disponibles dans un grand choix de prix différents, mais c’est de loin le plus grand choix de produits disponibles.

Dimensions du drone

Dimensions du drone

Les plus petits drones ne sont pas nécessairement moins chers que ceux de taille moyenne. Ceci est largement dû au fait que la technologie et le temps nécessaires pour produire de petits moteurs sans balais ou des contrôleurs de moteur sans balais sont les mêmes, que les pièces soient grandes ou petites. Les prix de l’électronique supplémentaire telle que le contrôleur de vol, la télécommande, la caméra, etc. sont souvent identiques. Le châssis est normalement l’une des parties les moins chères d’un drone, donc bien que le châssis pour un petit drone puisse être la moitié du prix d’un plus grand, le prix global, avec toutes les pièces nécessaires, peut s’avérer être encore très proche.

Construction/matériau d’un drone

Voici, ci-dessous, les matériaux les plus communs trouvés dans les drones multi-rotors. Cette liste ne comprend pas tous les matériaux possibles pouvant être utilisés et doit être considérée comme une ligne directrice/opinion quant à l’utilisation de chaque matériau pour réaliser le châssis d’un drone. Idéalement, le châssis doit être rigide avec une transmission des vibrations aussi minime que possible.

Bois

Si vous voulez que votre châssis soit aussi peu coûteux que possible, le bois est une excellente option, et permettra de réduire considérablement le temps de construction et les pièces supplémentaires nécessaires. Le bois est suffisamment rigide et est un matériau qui a maintes fois fait ses preuves. Bien que l’esthétique puisse en souffrir, le remplacement d’un bras cassé après un accident est relativement facile et « ne coûte pas cher ». Peindre le bras aide à cacher le fait qu’il s’agisse de bois. Assurez-vous d’utiliser du bois bien droit (pas de torsion ou de déformation).

bois

Mousse

La mousse est rarement utilisée comme seule matériau pour le châssis et elle sert généralement pour certaines formes de squelettes internes ou de structures de renfort. La mousse peut également être utilisée de manière stratégique ; en tant que protections d’hélices, train d’atterrissage ou même comme amortisseur. Il existe également beaucoup de différents types de mousse, et certaines variations sont nettement plus importantes que d’autres. Des tests sont nécessaires.

mousse

Plastique

La plupart des utilisateurs ne peuvent qu’utiliser et travailler avec des feuilles de plastique (plutôt que des formes ou des objets en plastique 3D). Le plastique tend à fléchir et n’est donc pas idéal. Utilisé de façon stratégique (comme pour un capot ou un train d’atterrissage), le plastique peut être une bonne option. Si vous envisagez l’impression en 3D du châssis, tenez compte du temps nécessaire pour imprimer la pièce (contre l’achat d’un kit de châssis en plastique), et quelle sera la rigidité de la pièce en vol. Les pièces d’impression 3D (ou le châssis complet) ont jusqu’ici eu plus de succès avec les petites quadricoptères. L’utilisation d’extrusions de plastique peut également être une option pour les drones de petite et moyenne tailles.

plastique

Aluminium

L’aluminium est disponible en plusieurs formes et tailles ; vous pouvez utiliser une feuille d’aluminium pour les plaques du corps, ou de l’aluminium extrudé pour les bras de support. L’aluminium peut ne pas être aussi léger que la fibre de carbone ou le G10, mais le prix et la durabilité peuvent être tout à fait attractifs. Plutôt que de se fissurer l’aluminium a tendance à fléchir. Travailler avec de l’aluminium ne nécessite réellement qu’une scie et une perceuse ; prenez le temps de trouver la section droite (légère et solide), et essayez de couper tout matériau non-essentiel.

Aluminium

G10

Le G10 (variante de la fibre de verre) est utilisé comme une option moins chère que la fibre de carbone, bien que l’aspect et les propriétés de base soient presque identiques. Le G10 est le plus souvent disponible sous forme de feuilles, et est largement utilisé pour les plaques supérieures et inférieures, tandis que les tubes en fibre de carbone (comparativement au G10) ne sont généralement pas beaucoup plus chers et souvent utilisés pour les bras. Contrairement à la fibre de carbone, le G10 ne bloque pas les signaux RF.

g10

Carte de circuit imprimé (PCB)

Les cartes de circuit imprimé sont essentiellement identiques à de la fibre de verre mais, à sa différence, les PCB sont toujours plates. Les châssis <600 mm utilisent parfois du matériau PCB pour les plaques supérieures et inférieures, puisque les connexions électriques intégrées dans les PCB peuvent minimiser les pièces (par exemple, la carte de distribution d'énergie est souvent intégrée dans la plaque de fond). De petits châssis de quadricoptère peuvent être entièrement réalisés avec une seule PCB et intégrer toute l'électronique.

pcb

Fibre de carbone

La fibre de carbone est toujours le n° 1 des matériaux convoités pour la construction en raison de son poids léger et de sa haute résistance. Le processus pour la fabrication de la fibre de carbone est encore souvent manuel, ce qui signifie normalement que des formes simples telles que des feuilles plates et des tubes sont produits en masse, alors que des formes 3D plus complexes sont normalement « à l’unité ». La fibre de carbone bloque les signaux RF, alors assurez-vous de prendre cela en considération lors du montage de l’électronique (en particulier des antennes).

Fibre de carbone

Autres considérations

Cardan

Cardan

Cardan

Un cardan est souvent utilisé pour stabiliser une caméra (pour du vol en immersion ou de la vidéo). Raccorder une caméra directement à un châssis du drone signifie qu’elle pointe toujours dans la même direction, tout comme le châssis lui-même, ce qui ne procure pas la meilleur expérience vidéo possible. La plupart des cardans sont montés sous le châssis, en ligne avec le centre de gravité du drone. Les cardans sont soit reliés directement à la partie inférieure d’un drone, soit à un système de rail. Le système de cardan signifie donc que le drone nécessite un train d’atterrissage plus haut, de sorte qu’il ne touche pas le sol. On peut également monter le cardan ou une caméra à l’avant du drone, et le poids peut être compensé en plaçant la batterie principale loin vers l’arrière de l’aéronef.

Charge utile

Charge utile

Charge utile

L’ajout d’une charge utile « transportable » sur un drone est encore un peu du luxe, puisque tout poids ajouté réduit le temps de vol et réduit les autres éléments que vous souhaitez ajouter dans le cadre des principales caractéristiques. Si vous prévoyez réellement de disposer d’une charge utile, assurez-vous que le montage soit aussi léger que possible (tout en étant sécurisé) et que la charge elle-même ne se déplace pas en vol.

Train d’atterrissage

Train d'atterrissage d'un drone

Train d’atterrissage

Un train d’atterrissage pour un drone aide en différentes occasions, et bien que certains drones atterrissent directement sur leur plaque de fond (normalement pour gagner du poids), utiliser un train d’atterrissage en canne est bénéfique à bien des égards :
  • En fournissant une garde au sol entre le bas du drone et une surface non plane, comme de l’herbe (ou de petits rochers)
  • En fournissant une garde au sol entre le bloc-batterie/cardan et le sol
  • Dans le cas d’un atterrissage brutal, c’est idéalement le train d’atterrissage qui cassera (et devra être remplacé) plutôt que le châssis
  • Un train d’atterrissage droit peut également servir de flotteur (câbles de piscine légers etc.)

Montage

considérations sur le montage

Considérations sur le montage

Bien qu’un drone soit beaucoup plus simple à concevoir et à construire qu’un hélicoptère normal, il existe encore suffisamment de pièces sur lesquelles réfléchir, et comment les monter devrait être pris en considération dès le début du processus de conception. Certains points généraux à prendre en considération en ce qui concerne le montage, basés en grande partie sur l’expérience, comprennent :
  • Si vous envisagez de créer un châssis personnalisé, une des zones de montage les plus difficiles est située entre les moteurs et le châssis, car les quatre trous de fixation doivent être placés/forés avec précision. La plupart des moteurs pour cadres de 400 à 600 mm ont le même modèle de trous de montage, ce qui permet d’utiliser le châssis d’un fabricant, et les moteurs d’un autre.
  • Le placement de tous les composants supplémentaires doit idéalement être symétrique autour d’un axe, ce qui contribue à faciliter la localisation et l’ajustement du centre de gravité de l’aéronef.
  • Le contrôleur de vol doit idéalement être situé au centre du cercle reliant tous les moteurs (et en tant que tel au centre de gravité).
  • Le contrôleur de vol est normalement fixé au châssis au moyen d’entretoises, amortisseurs en caoutchouc ou de ruban adhésif double-face. De nombreuses entreprises semblent utiliser des emplacements similaires pour les trous de montage du contrôleur de vol (ex : un carré de 35 ou 45 mm), mais il n’existe pas de « norme industrielle ».
  • La batterie est assez lourde, ainsi si votre centre de gravité se déplace un peu, vous pouvez déplacer légèrement la batterie pour l’ajuster. Assurez-vous que la fixation de la batterie dispose d’un peu de « jeu », mais veillez cependant à ce qu’elle maintienne fermement la batterie. Des bandes Velcro sont souvent utilisées pour fixer la batterie, et envisagez d’ajouter également du velcro avec une face adhésive contre la batterie et le châssis.

Instructions

1ère étape : Voyez quels matériaux et procédés d’usinage vous avez à votre disposition.

  • Si vous n’en avez pas beaucoup de même que les capacités d’usinage, vous n’êtes pas à l’aise avec les outils, ou que vous souhaitez tout simplement un châssis plus professionnel, envisagez alors l’achat d’un kit châssis
  • Un châssis convenable peut être réalisé avec des outils et des matériaux basiques, mais la détermination des zones où il peut être structurellement faible, résonner (en raison de vibrations) ou peut-être mal aligné demande un regard pointu et de l’expérience
  • Si vous envisagez de créer un châssis personnalisé, tenez compte de tout le montage devant être effectué : moteurs, électronique etc. et planifiez en conséquence.

2ème étape : Listez toutes les pièces complémentaires (non essentielles) que vous prévoyez d’ajouter

  • Les éléments supplémentaires peuvent inclure : des cardans de caméra à un, deux ou trois axes, un parachute, un mini ordinateur intégré, une charge utile, de l’électronique longue portée (devient généralement plus grand et plus lourd), un système de flottaison etc.
  • Cette liste de pièces complémentaires/non essentielles vous donnera une idée de la taille du drone dont vous allez avoir besoin, et à ajouter au calcul de poids total (à faire plus tard)

3ème étape : Ayez une idée approximative de la taille du châssis que vous souhaitez

  • Un châssis plus large ne rend pas nécessairement le drone plus capable, et un châssis plus petit ne signifie pas que le drone sera moins cher
  • Un drone entre 400 et 600 mm est conseillé aux débutants

4ème étape : Concevez, construisez et testez le châssis

  • Si vous avez choisi d’acheter un kit châssis, vous ne devriez pas avoir à beaucoup vous inquiéter en ce qui concerne la durabilité/ rigidité/ l’assemblage
  • Si vous avez choisi au contraire de concevoir et construire votre propre châssis, il est important de tester sa durabilité, de vérifier le poids et de voir s’il peut résister aux vibrations (la flexibilité minimale)
  • Pensez à utiliser un logiciel de CAO (beaucoup sont gratuits, comme Google Sketchup) pour concevoir le châssis et veillez à ce que les dimensions soient correctes