Máy làm ba bánh in 3D được điều khiển bằng giọng nói: 23 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Đây là một chiếc máy bay không người lái Tricopter được in 3D hoàn toàn có thể bay và điều khiển bằng điều khiển bằng giọng nói bằng cách sử dụng Alexa của Amazon thông qua một trạm mặt đất do Raspberry Pi điều khiển. Bộ ba điều khiển bằng giọng nói này còn được gọi là Oliver the Tri.

Một chiếc Tricopter không giống như cấu hình máy bay không người lái phổ biến hơn của Quadcopter chỉ có 3 cánh quạt. Để bù đắp cho một mức độ điều khiển ít hơn, một trong các rôto được nghiêng bởi động cơ servo. Oliver the Tri có tính năng Pixhawk Autopilot, một hệ thống lái tự động tiên tiến chủ yếu được sử dụng trong nghiên cứu hoặc ngành công nghiệp máy bay không người lái tiên tiến. Hệ thống lái tự động này có khả năng thực hiện nhiều chế độ bay khác nhau bao gồm theo dõi tôi, điều hướng điểm tham chiếu và bay có hướng dẫn.

Alexa của Amazon sẽ sử dụng chế độ máy bay có hướng dẫn. Nó sẽ xử lý các lệnh thoại và gửi chúng đến trạm mặt đất, trạm này ánh xạ các lệnh này tới MAVLink (Giao thức liên lạc phương tiện hàng không siêu nhỏ) và gửi chúng đến Pixhawk thông qua máy đo từ xa.

Tricopter này mặc dù nhỏ nhưng mạnh mẽ. Nó dài khoảng 30cm và nặng 1,2 kg nhưng với sự kết hợp chân chống và động cơ của chúng tôi, nó có thể nâng lên đến 3 kg.

Bước 1: Vật liệu và thiết bị

Xe ba bánh

• 3 Động cơ DC không chổi than
• 3 trục động cơ
• 3 Bộ điều khiển tốc độ điện tử 40A
• Cánh quạt tổng hợp 8x4 CCW
• Ban phân phối điện
• Dây và đầu nối
• Động cơ Servo TGY-777
• Pin và đầu nối pin
• 6x 6-32x1 "Bu lông cắt, đai ốc *
• Khóa kép 3M *
• Zip Ties *

Lái tự động

• Bộ công cụ lái tự động Pixhawk
• GPS và La bàn ngoài
• Đo từ xa 900MHz

Kiểm soát RC an toàn

• Cặp máy phát và máy thu
• Bộ mã hóa PPM

Trạm mặt đất điều khiển bằng giọng nói

• Bộ Raspberry Pi Zero W hoặc Raspberry Pi 3
• Amazon Echo Dot hoặc bất kỳ Sản phẩm Amazon Echo nào

Thiết bị và Dụng cụ

• Trạm hàn
• máy in 3D
• Kìm mũi kim *
• Tua vít *
• Bộ chìa khóa Allen *

* Mua từ một cửa hàng phần cứng địa phương

Bước 2: Tổ chức nội dung

Vì đây là một dự án khá phức tạp và dài hạn nên tôi đang cung cấp một cách tổ chức bản dựng này thành ba phần chính có thể được thực hiện đồng thời:

Phần cứng: Khung vật lý và hệ thống đẩy của tricopter.

Autopilot: Bộ điều khiển chuyến bay tính toán tín hiệu PWM để cung cấp cho từng động cơ trong số 3 động cơ không chổi than và động cơ servo tương ứng từ lệnh của người dùng.

Điều khiển bằng giọng nói: Điều này cho phép người dùng điều khiển máy bay không người lái bằng lệnh thoại và giao tiếp thông qua giao thức MAVLINK với bảng Pixhawk.

Bước 3: Tải xuống các bộ phận khung xe ba bánh

Toàn bộ khung của tricopter được in 3D trên Ultimaker 2+. Khung được tách thành 5 thành phần chính để phù hợp với tấm xây dựng của Ultimaker 2+ và giúp dễ dàng in lại và sửa chữa các bộ phận cụ thể trong trường hợp chúng bị hỏng trong một vụ va chạm. Họ đang:

• 2 cánh tay động cơ phía trước (main-arm.stl)
• 1 cánh tay đuôi (tail-arm.stl)
• 1 Đoạn nối giữa đuôi am và hai tay động cơ phía trước (tail-arm-base.stl)
• 1 Giá đỡ động cơ đuôi (motor-platform.stl)

Bước 4: In 3D Khung xe ba bánh

In các bộ phận này với ít nhất 50% mực in và sử dụng các đường kẻ làm mẫu in chìm. Đối với độ dày của vỏ, tôi sử dụng độ dày thành 0,7mm và độ dày trên / dưới là 0,75mm. Thêm độ bám dính của tấm xây dựng và chọn vành 8mm. Khung này được in bằng sợi nhựa PLA, nhưng bạn có thể sử dụng sợi nhựa ABS nếu bạn thích một chiếc tricopter chắc chắn hơn nhưng nặng hơn. Với những cài đặt này, phải mất <20 giờ để in tất cả.

Nếu vành mũ không dính vào bề mặt in của máy in 3D, hãy dùng keo dính và dán váy vào bề mặt in. Khi kết thúc quá trình in, hãy tháo tấm dựng, rửa sạch phần keo thừa và lau khô trước khi đặt lại vào máy in.

Bước 5: Loại bỏ Hỗ trợ và Brim

Các bộ phận được in 3D sẽ được in với các giá đỡ ở khắp mọi nơi và với một vành bên ngoài cần được tháo ra trước khi lắp ráp.

Vành mũ là một lớp PLA duy nhất và có thể dễ dàng bóc ra khỏi bộ phận bằng tay. Mặt khác, các hỗ trợ khó tháo hơn nhiều. Đối với điều này, bạn sẽ cần một cặp kìm mũi kim và một tuốc nơ vít đầu dẹt. Đối với giá đỡ không ở trong không gian kín, hãy sử dụng kìm mũi kim để nghiền các giá đỡ và kéo nó ra. Đối với các giá đỡ bên trong lỗ hoặc không gian kín mà kìm mũi kim khó chạm tới, hãy khoan qua lỗ hoặc dùng tuốc nơ vít đầu dẹt để cạy ra từ bên cạnh, sau đó dùng kìm mũi kim kéo ra. Khi tháo giá đỡ, hãy nhẹ nhàng với phần được in 3D vì nó có thể bị bung ra nếu bạn nhấn quá mạnh.

Sau khi các giá đỡ được tháo ra, hãy chà nhám các bề mặt gồ ghề nơi các giá đỡ đã từng là hoặc cẩn thận khắc các giá đỡ còn lại bằng một con dao theo sở thích. Sử dụng chà nhám hoặc mài và dremel để làm phẳng các lỗ vít.

Bước 6: Lắp ráp khung xe ba bánh

Để lắp ráp, bạn sẽ cần sáu bu lông (tốt nhất là bu lông cắt, 6-32 hoặc mỏng hơn, dài 1 ) để cố định khung với nhau.

Lấy các bộ phận được in 3D được gọi là main-arm. STL và tail-arm-base. STL. Các thành phần này liên kết với nhau giống như một trò chơi ghép hình, với chân đế-cánh tay đòn được kẹp ở giữa hai cánh tay chính. Căn chỉnh bốn lỗ vít sau đó lắp bu lông từ trên xuống. Nếu các bộ phận không khớp với nhau một cách dễ dàng, đừng ép chúng. Đánh nhám phần đuôi-cánh tay-nền cho đến khi chúng làm được.

Tiếp theo, trượt cánh tay đòn vào phần cuối nhô ra của đế tay đòn cho đến khi các lỗ bắt vít thẳng hàng. Một lần nữa, bạn có thể cần phải chà nhám trước khi nó phù hợp. Chốt nó từ trên xuống.

Để lắp ráp nền động cơ, trước tiên bạn cần lắp servo vào lỗ trên cánh tay đòn, hướng về phía sau. Hai lỗ ngang phải thẳng hàng với các lỗ vít trên servo. Nếu không đủ ma sát, bạn có thể bắt vít vào vị trí thông qua các lỗ này. Sau đó, đặt còi điều khiển vào servo nhưng không vặn vào. Điều đó sẽ xảy ra trong giây lát.

Trượt trục của bệ động cơ vào lỗ ở cuối cánh tay đòn và phía bên kia của còi. Còi phải vừa khít với miếng đệm trên bệ. Cuối cùng, vặn ốc còi qua cả lỗ trên bệ và còi như trong hình trên.

Bước 7: Cài đặt động cơ

Các động cơ không chổi than sẽ không đi kèm với trục động cơ đẩy và gắn tấm chữ thập được gắn sẵn, vì vậy hãy vặn chúng vào trước. Tiếp theo, bạn bắt vít chúng vào bệ động cơ và tay đòn chính của tricopter bằng cách sử dụng vít đi kèm với nó hoặc vít và đai ốc của máy M3. Bạn có thể gắn các cánh quạt ở bước này để đảm bảo độ thoáng và chiêm ngưỡng công việc thủ công của mình, nhưng hãy tháo chúng ra trước khi kiểm tra trước chuyến bay.

Bước 8: Đấu dây cho Bảng lái tự động

Kết nối các cảm biến với bảng Pixhawk Autopilot như trong sơ đồ trên. Chúng cũng được gắn nhãn trong bảng điều khiển tự động và kết nối khá đơn giản, tức là buzzer kết nối với cổng Buzzer, công tắc kết nối với cổng chuyển đổi, mô-đun nguồn kết nối với cổng mô-đun nguồn và đo từ xa kết nối với cổng telem1. GPS và la bàn bên ngoài sẽ có hai bộ kết nối. Kết nối cái có nhiều chân hơn với cổng GPS và cái nhỏ hơn với I2C.

Các đầu nối DF13 này đi vào Bảng điều khiển tự động Pixhawk rất mỏng manh, vì vậy không được kéo mạnh dây và đẩy và kéo trực tiếp trên vỏ nhựa.

Bước 9: Đấu dây Hệ thống Liên lạc Vô tuyến

Hệ thống liên lạc điều khiển vô tuyến sẽ được sử dụng như một phương tiện dự phòng an toàn để điều khiển quadcopter trong trường hợp trạm mặt đất hoặc Alexa bị trục trặc hoặc nhầm lệnh cho một thiết bị khác.

Kết nối bộ mã hóa PPM với bộ thu radio như trong hình trên. Cả bộ mã hóa PPM và bộ thu đều được gắn nhãn, vì vậy hãy kết nối S1 đến S6 với các chân tín hiệu từ 1 đến 6 của bộ thu của bạn. S1 cũng sẽ có dây nối đất và dây điện áp, sẽ cấp nguồn cho bộ thu thông qua bộ mã hóa PPM.

Bước 10: Hàn bảng phân phối điện

PDB sẽ nhận đầu vào từ pin Lithium Polymer (LiPo) với điện áp và dòng điện là 11,1V và 125A, phân phối nó đến ba ESC và cấp nguồn cho bảng Pixhawk Autopilot thông qua mô-đun nguồn.

Mô-đun nguồn này đã được sử dụng lại từ một dự án trước đó được thực hiện với sự cộng tác của một người bạn.

Trước khi hàn dây, cắt co nhiệt để vừa khít từng dây, để sau này có thể luồn vào đầu hàn tiếp xúc để tránh hiện tượng đoản mạch. Hàn đầu nối XT90 đực trước tiên dẫn đến miếng đệm PDB, sau đó là 16 dây AWG tới ESC, tiếp theo là đầu nối XT60 vào các dây này.

Để hàn các dây dẫn vào miếng đệm PDB, bạn cần hàn nó thẳng đứng để nhiệt co lại có thể xuyên qua và cách điện các đầu nối. Tôi thấy dễ dàng nhất là sử dụng tay trợ giúp để giữ dây thẳng đứng (đặc biệt là cáp XT90 lớn) và đặt nó lên trên PDB đặt trên bàn. Sau đó hàn dây xung quanh miếng đệm PDB. Sau đó, trượt nhiệt co xuống và đốt nóng để cách nhiệt mạch điện. Lặp lại điều này cho phần còn lại của các dây ESC. Để hàn XT60, hãy làm theo bước trước về cách thay thế cực pin ESC bằng XT60.

Bước 11: Đấu dây động cơ và bộ điều khiển tốc độ điện tử

Vì chúng tôi đang sử dụng động cơ DC không chổi than, chúng sẽ đi kèm với ba dây dẫn sẽ kết nối với ba đầu dây của bộ điều khiển tốc độ điện tử (ESC). Thứ tự của kết nối cáp không quan trọng đối với bước này. Chúng tôi sẽ kiểm tra điều này khi chúng tôi bật nguồn tricopter lần đầu tiên.

Chuyển động quay của cả ba động cơ phải ngược chiều kim đồng hồ. Nếu một động cơ không quay ngược chiều kim đồng hồ, thì chuyển hai trong ba dây bất kỳ giữa ESC và động cơ để đảo ngược chiều quay.

Kết nối tất cả các ESC với bảng phân phối điện để cung cấp điện cho từng ESC. Sau đó kết nối ESC phía trước bên phải với đầu ra chính của pixhawk 1. Kết nối ESC phía trước bên trái với đầu ra chính 2 của pixhawk, servo với đầu ra chính 7 và ESC đuôi còn lại với đầu ra chính 4.

Bước 12: Thiết lập Firmware Autopilot

Phần sụn được chọn cho bản dựng tricopter này là Arducopter của Ardupilot với Cấu hình Tricopter. Làm theo các bước trong trình hướng dẫn và chọn cấu hình tricopter trong phần sụn.

Bước 13: Hiệu chỉnh các cảm biến bên trong

Về nhì trong Thử thách kích hoạt bằng giọng nói