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Les outils de pilotage d'un drone
Posté le lundi 18 octobre 2021 à 22:48:06
Contrôler en permanence les trois axes de rotation du drone, ainsi que la puissance nécessite de transmettre en permanence des informations entre le pilote qui par définition est au niveau du sol et l...
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. Il existe actuellement deux méthodes : l'approche analogique qui a été la première a être mise en oeuvre, et l'approche numérique, récente, qui existe pour quelques appareils, comme les drones de la marque DJI.<br><br>
Il n'existe pas de méthode parfaite actuellement, et la communauté est partagée entre les fans des liaisons analogiques et ceux qui ne jurent que par le numérique. L'avantage premier du numérique est la qualité des liaisons, exemptes de bruit puisque l'échange de données est numérisé en une suite binaire de 0 et de 1. Mais lorsque le niveau du signal devient trop bas (passage près d'une crête montagneuse, couvert végétal devenant trop épais, la méthode numérique peut décrocher brutalement, alors que l'approche analogique envoie malgré tout un signal, même s'il peut être très dégradé, informant alors le télépilote qu'il faut vite retrouver un bon niveau de signal au risque de perdre la liaison, et donc l'appareil. C'est un danger réel pour l'objet mais aussi pour les personnes et biens environnants, car un appareil en perdition a une trajectoire imprévisible par définition et peut s'écraser n'importe où.<br><br>
Il en résulte une règle que tout télépilote doit appliquer avec rigueur : <b>on ne vole que dans un environnement dégagé.</b> Les vols en forêt ou en intérieur ne peuvent être effectués en général que sur de très courtes distances, presque à vue, pour éviter une rupture de liaison, qu'elle touche le pilotage ou la vidéo. La tolérance est plus ou moins étendue selon la puissance du signal, ce qui amène à considérer les normes selon chaque pays. Ainsi, la puissance d'un émetteur RF privé ne peut légalement dépasser 25 mW en France, alors qu'elle peut être bien supérieure aux Etats-Unis. Ce point sera discuté ultérieurement.<br><br>
<center><a data-lightbox='Actus' data-title='Position des trois axes de rotation d'un drone' href='data/drones/tutorial/Pilotage.jpeg' target='_blank'><img src='data/drones/tutorial/Pilotage.jpeg' style='height:300px;width:auto;max-width:500px;'></a></center> <br><br>
Comme indiqué sur l'image ci-dessus, on visualise bien les échanges radio uni-directionnels qui partent de la radio-commande (RC) vers le contrôleur de vol (FC) qui est la carte maitresse à bord du drone, et ceux partant de la caméra de pilotage mais aussi de la FC et allant vers les lunettes ou l'écran, suivant qu'on est en mode FPV ou non. La perte d'une des liaisons peu poser de graves problèmes. Avec les appareils dotés d'un GPS connecté au contrôleur de vol (FC), en cas de perte de liaison, le drone est en mesure de revenir seul au point de décollage qu'il aura enregistré (mode Return To Home ou RTH chez DJI par exemple), où pour les drones non-stabilisés volant sur de très longues distances, le mode <i>failsafe</i> mis au point par la compagnie BetaFlight qui arrête les moteurs ou lance d'autres actions programmées, évitant ainsi qu'en cas de coupure de connexion entre le drone et la radio, celui-ci garde le dernier ordre et file droit vers l'inconnu. Mais même dans ce cas, le drone peut être perdu s'il tombe dans un endroit inaccessible... et seule les dernières coordonnées GPS enregistrées sur l'écran ou les lunettes permettent d'avoir une chance de le retrouver. Pas simple !<br><br>
Le mode RTH de DJI est très pratique et fonctionne parfaitement. Je l'ai expérimenté avec le modèle Air 2S avec succès, à la fois pour donner l'ordre au drone de revenir au point de départ sans se soucier de la trajectoire, ou même en cas de réel problème. C'est très rassurant, mais il existe des situations où les drone, malgré le RTH pourra ne pas revenir. Notamment si la batterie est trop déchargée. Dans ce cas, c'est le mode <i>failsafe</i> qui prédomine, l'appareil cherchant à atterrir au plus vite. Dans ce cas encore, seule la dernière position GPS permettra d'avoir une chance de le retrouver<br><br>
Ces expériences vécues, qui génèrent beaucoup de stress, montre à quel point il faut soigner particulièrement son vol, et préparer celui-ci en amont avant le décollage. Avec toujours la règle de n'avoir aucun obstacle le longe du chemin entre l'aéronef et le télépilote. Une règle d'or !! <br><br>
La multiplicité des liaisons radio, leurs complexités font la richesse des drones. Surtout pour les non-stabilisés. C'est un environnement complexe qui fonctionne extraordinairement bien. Il faut choisir les options qui minimisent la latence, c'est-à-dire l'intervalle de temps mis entre le moment où l'ordre est donné et exécuté. Quand le drone va vite, cela compte énormément. A titre indicatif, une latence de 28ms pour le drone FPV de DJI donne une distance de 0.5 mètre d'incertitude quand celui-ci se déplace à 60 km/h ! C'est largement suffisant pour heurter un obstacle lorsque le vol est proche de reliefs ou d'arbres... Ne jamais l'oublier dans la manière de piloter. <br><br>
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Le principe de fonctionnement d'un drone
Posté le lundi 18 octobre 2021 à 22:10:22
Un drone comme tout aéronef navigue dans un espace à trois dimensions. Il y a donc trois axes de rotation comme indiqué sur la figure : le yaw (axe vertical de lacet), le pitch (axe de t...
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, le <i>pitch</i> (axe de tangage) et le <i>roll</i> (axe de roulis). Imaginons le drone parfaitement stabilisé, c'est-à-dire totalement immobile dans l'espace. C'est possible avec les drones stabilisés en lâchant toutes les commandes, c'est bien plus difficile avec un drone non-stabilisé mais néanmoins possible, car ce point existe et est dénommé <i>hover point</i> en anglais ou le point de navigation. Il doit être maintenu manuellement avec les commandes, et ceci en permanence ! Mais sa connaissance est essentielle. Ces trois axes passent par le centre de gravité de l'appareil.<br<br>
<center><a data-lightbox='Actus' data-title='Position des trois axes de rotation d'un drone' href='data/drones/tutorial/pitch-roll-yaw.jpg' target='_blank'><img src='data/drones/tutorial/pitch-roll-yaw.jpg' style='height:300px;width:auto;max-width:500px;'></a></center> <br><br>
En donnant du <i>yaw</i>, on fait tourner l'appareil autour de l'axe vertical. Il ne prend pas d'altitude et n'avance pas. En mettant les ''gaz'' ou en donnant du <i>throttle</i>, c'est-à-dire en augmentant la vitesse de rotation des moteurs, le drone va monter le longe de l'axe vertical sans avancer et sans tourner. En baissant le <i>throttle</i>, l'appareil va inversement descendre.<br><br>
En donnant du <i>pitch</i>, le drone va avancer. En fait, les moteurs avant et arrière ne tournent plus à la même vitesse, et il en résulte une force qui pousse l'appareil vers l'avant. On peut aussi reculer avec la même méthode. Avec un drone stabilisé, en donnant du <i>pitch</i>, celui-ci avance ou recule mais conserve son altitude. C'est l'avantage de ce type d'appareil. Avec un drone non-stabilisé, en avançant ou en reculant, l'inclinaison du drone fait qu'il y a une composante de la force vers le bas ou le haut. Dans ce cas, donner du <i>pitch</i> fait changer l'altitude, et si on n'ajuste pas manuellement le <i>throttle</i>, le drone va soit descendre soit monter. C'est là que le télépilote va devoir intervenir pour réguler manuellement l'altitude, si celui-ci veut qu'elle soit constante.<br><br>
Il en est de même pour le <i>roll</i> qui entraine un déplacement vers la gauche ou la droite du drone par rapport à sa direction avant, déplacement à altitude constante pour un drone stabilisé, ou qui doit être compensée manuellement pour un drone non-stabilisé. On constate ainsi qu'il n'ya pas de différences dans les termes entre les deux types de drone, juste la question de l'auto-stabilisation ou non. <br><br>
Il y a différentes techniques de vol avec un drone, indépendamment de son type. On parle de vol <i>cinématique</i> lorsque les courbes sont souples, et le déplacement progressif. Dans ce cas, il faut une combinaison harmonieuse du <i>roll</i> et du <i>yaw</i> tandis que le drone avance, avec un contrôle permanent du <i>throttle</i> pour maintenir l'altitude pour un drone non-stabilisé. A altitude fixe, un drone stabilisé se déplace dans un plan à deux dimensions, alors que pour maintenir un drone non-stabilisé, il faut en plus jouer sur le <i>throttle</i>. C'est donc bien plus difficile.<br>br>
Comment agit-on sur les axes de rotation ? Avec les manettes de la radio-commande (ou RC) comme indiqué sur la figure ci-dessous :
<center><a data-lightbox='Actus' data-title='Radio-Commande (RC) X-Lite Pro de Taranis, avec les sticks de commandes en mode 2' href='data/drones/tutorial/RC_XLitePro.jpg' target='_blank'><img src='data/drones/tutorial/RC_XLitePro.jpg' style='height:300px;width:auto;max-width:500px;'></a></center> <br><br>
On ne considérera que le mode 2, où le <i>throttle</i> et le <i>yaw</i> sont à gauche, tandis que le <i>pitch</i> et le <i>roll</i> sont à droite. Les points d'équilibres pour un drone stabilisé sont au milieu en lâchant les sticks. Pour un drone non-stabilisé, ce n'est pas le cas, sauf en mode dit <i>Angle</i>, qui assure l'horizontalité du drone. En mode <i>Accro</i> ou totalement libre, il n'y a pas de point d'équilibre au milieu, et le télépilote doit en permanence ajuster la position du drone avec les sticks, et compenser les possibles dérives par rapport à une direction choisie. <br><br>
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Les hélices
Posté le lundi 18 octobre 2021 à 16:03:34
Dans cette section, on va introduire les principales caractéristiques des drones, qu'ils soient stabilisés ou non. Celles-ci seront ensuite utilisées dans les autres sections.
Les drones c...
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. L'intérêt est de ne pas ramener d'air vers la caméra qui est entre les deux hélices avant.<br><br>
Il y a deux catégories d'hélices, celles à rotation horaire (1 et 4) et anti-horaire (2 et 3). Elles vont donc deux par deux. Dans tous les cas, le bord d'attaque (côté où l'hélice est plus épaisse et plus haute, le bord de fuite étant plus bas) doit être tourné dans le sens de la rotation indiquée sur la figure.<br><br>
<center><a data-lightbox='Actus' data-title='Sens de rotation des hélices' href='data/drones/tutorial/sens_rotation_helices.jpg' target='_blank'><img src='data/drones/tutorial/sens_rotation_helices.jpg' style='height:300px;width:auto;max-width:500px;'></a></center> <br><br>
Selon ce qui est indiqué sur la figure, les deux hélices du dessus correspondent aux hélices 1 et 4 du drone, et les deux du dessous aux hélices 2 et 3.<br><br>
Sur les drones stabilisés comme le modèle Air 2S de DJI, c'est le même principe, mais pour ne pas se tromper, le constructeur a donné des couleurs aux hélices qui sont appariées aux marques sur les moteurs. On ne peut donc pas se tromper. Ce n'est pas le cas des drones non-stabilisés. Petite feinte : si on n'a rien compris ou tout oublié, il suffit juste de regarder une image de drone trouvée sur Google pour avoir la bonne configuration. <br><br>
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