De l'utilité des capteurs d'un drone

[lobodol]

Bonjour,

Après avoir lu beaucoup de chose sur les drones, notamment les quadricoptères, je me suis posé la question de l'utilité de certains capteurs.
De ce que j'ai pu lire, voici les trois types de capteurs nécessaires au bon fonctionnement (asservissement) d'un drone :
capteur de type gyroscopique
capteur de type accéléromètre
capteur de distance type télémètre

Il est nécessaire de connaître l'inclinaison du drone afin de la stabiliser (assiette), d'où le capteur gyroscopique.
Il peut être nécessaire de connaitre la hauteur du drone, pour les phases de décollage et atterrissage, mais je ne vois pas trop l'intérêt en plein vol...
Enfin, je ne vois pas à quoi peut servir un accéléromètre... En quoi est-ce nécessaire pour l'asservissement du drone de connaître l'accélération selon les 3 axes X Y et Z ?

Merci.
-----

[nornand]

Bonjour,

Après avoir lu beaucoup de chose sur les drones, notamment les quadricoptères, je me suis posé la question de l'utilité de certains capteurs.
De ce que j'ai pu lire, voici les trois types de capteurs nécessaires au bon fonctionnement (asservissement) d'un drone :
capteur de type gyroscopique
capteur de type accéléromètre
capteur de distance type télémètre

Il est nécessaire de connaître l'inclinaison du drone afin de la stabiliser (assiette), d'où le capteur gyroscopique.
Il peut être nécessaire de connaitre la hauteur du drone, pour les phases de décollage et atterrissage, mais je ne vois pas trop l'intérêt en plein vol...
Enfin, je ne vois pas à quoi peut servir un accéléromètre... En quoi est-ce nécessaire pour l'asservissement du drone de connaître l'accélération selon les 3 axes X Y et Z ?

Merci.

je vais juste reprendre une de tes remarques la deuxième:

Il peut être nécessaire de connaitre la hauteur du drone, pour les phases de décollage et atterrissage, mais je ne vois pas trop l'intérêt en plein vol... ok tu as raison , mais tu fais quoi du capteur tu le largue ! une fois en l'air ....

Tu sais tous les avions ont un accessoire qui ne sert a strictement en rien en vole ! , je te laisse deviner lequel

[minioim]

salut

un avion a bien un altimètre qui ne sert pas qu'au décollage et à l'atterrissage... connaître la hauteur peut être utile à tout moment (je peux descendre ou je vais me planter si je fais un piquet?)

un accéléromètre peut permettre de réagir à des perturbations plus vite qu'un gyroscope. de plus les gyroscopes électroniques sont tout simplement des accéléromètres... (en tout cas ceux que je connais...) c'est assez rare d'embarquer un gyro mécanique ^^

(nornand, si on pense à la même chose, regarde le fonctionnement du Me-163 komet, ils ont résolu le problème ^^ https://www.youtube.com/watch?v=wnwQcr8tnAw)

[calculair]

Bojour

Un machin volant, doit s'orienter dans l'espace; Donc a tout moment il doit se positionner sur les 3 axes X, Y,Z.

Mais cela n'est pas suffisant, il faut maitriser le tangage et le rouli.

Mais le dispositif doit maitriser sa vitesse en direction et valeur.

Enfin pour des phases atterrissages ou autre phase de vol de précision des telemetres peuvent corriger pi préciser les autres capteurs.

Tout cela reste encore approximatif pour des phases de vol longues, ou il est nécessaires de perdre en compte d'autres paramètres qui veulent être redondant comme des accelerometres, gyromètres ou des données GPS.

[A voir en vidéo sur Futura]

[nornand]

c'est exactement celà !!!

avec un A380 c'est plus comliqué

salut

un avion a bien un altimètre qui ne sert pas qu'au décollage et à l'atterrissage... connaître la hauteur peut être utile à tout moment (je peux descendre ou je vais me planter si je fais un piquet?)

un accéléromètre peut permettre de réagir à des perturbations plus vite qu'un gyroscope. de plus les gyroscopes électroniques sont tout simplement des accéléromètres... (en tout cas ceux que je connais...) c'est assez rare d'embarquer un gyro mécanique ^^

(nornand, si on pense à la même chose, regarde le fonctionnement du Me-163 komet, ils ont résolu le problème ^^ https://www.youtube.com/watch?v=wnwQcr8tnAw)

[lobodol]

Merci pour vos réponses.
Donc on est d'accord, le capteur télémétrique ne sert qu'aux phases de décollage/atterrissage mais pas en plein vol ? Après tout, la hauteur en plein vol sera définie et asservie par le pilote et sa télécommande.

un accéléromètre peut permettre de réagir à des perturbations plus vite qu'un gyroscope. de plus les gyroscopes électroniques sont tout simplement des accéléromètres... (en tout cas ceux que je connais...) c'est assez rare d'embarquer un gyro mécanique ^^

Donc l'accéléromètre ne serait pas indispensable si je comprend bien ? Il ne serait qu'un complément du gyroscope ?
Et comme tu l'as dit, les gyroscopes électroniques sont des accéléromètres donc à la limite on peut se contenter uniquement de ceux-ci, non ?

[calculair]

Bonjour

Un gyroscope donne des angles

un accelerometres donne une accélération ; Par intégration de l'accélération tu as la vitesse, et par intégration de la vitesse tu as la position

Il faut faire le calcul dans les 3 directions de l'espace

Il faut recaler les gyroscopes du fait de la précession et des erreurs cumulées par les intégrations

Il faut donc faire plusieurs mesures avec des capteurs différents pour corriger au mieux les erreurs, ou les annuler périodiquement.

[lobodol]

Bonjour

Un gyroscope donne des angles

un accelerometres donne une accélération ; Par intégration de l'accélération tu as la vitesse, et par intégration de la vitesse tu as la position

Il faut faire le calcul dans les 3 directions de l'espace

Il faut recaler les gyroscopes du fait de la précession et des erreurs cumulées par les intégrations

Il faut donc faire plusieurs mesures avec des capteurs différents pour corriger au mieux les erreurs, ou les annuler périodiquement.

D'accord. Donc pour résumer, dans le cas d'un drone piloté par humain via une télécommande :
-Capteur télémétrique non indispensable car hauteur gérée manuellement par le pilote. Peut être utile en cas de décollage/atterrissage automatisé.
-Capteurs gyroscopique et accélérométrique sont complémentaires afin d'assurer la stabilité (en terme d'assiette) du drone.

J'ai bon ?

[nornand]

voir les réactions du "drone " a l'inclinaison -> https://www.youtube.com/watch?v=j0qJIsMsu3c il s'auto stabilise grâce au gyro.

[calculair]

Bobjour,

Si ton machin est piloté, tu n'as besoin que de la telecommande et du savoir faire du pilote.

Un vrai drone, se pilote tout seul. Tu lui dits sa mission, sa trajectoire, et il se débrouille tout seul.

Le pilote au sol n'intervient pas, sauf cas très particulier. Par exemple modification de la mission de vol

[minioim]

au détail près que le gyro, si ce n'est "qu'un" gyro, même basé sur des accéléro te délivre une information angulaire. pas une information sur les translations.

prenons le cas d'une rafale de vent du coté. ton drone va se déplacer latéralement sans forcément tanguer (enfin il y a de bonnes chances qu'il tangue aussi mais pour aller repérer que c'est du à la rafale et pas à autre chose, bon courage)
donc sans accéléromètre tu n'est pas en mesure de détecter un déplacement latéral, ou avant arrière brusque. donc pas en mesure de corriger rapidement la trajectoire.

en résumé t'as besoin de connaître les déplacements selon 3 directions: X,Y,Z et les 3 angles associés. sans ça tu ne peux pas caractériser totalement les déplacements de ton drone, et donc pas le piloter correctement. de fait tu as besoin d'un gyro et d'un accéléro pour chaque axe.

si ils sont présents sur les drones, c'est pas pour le plaisir de payer plus cher

[lobodol]

Bobjour,

Si ton machin est piloté, tu n'as besoin que de la telecommande et du savoir faire du pilote.

Un vrai drone, se pilote tout seul. Tu lui dits sa mission, sa trajectoire, et il se débrouille tout seul.

Le pilote au sol n'intervient pas, sauf cas très particulier. Par exemple modification de la mission de vol

On ne va quand même pas demander au pilote de contrôler manuellement la vitesse des 4 moteurs... Si je prend l'exemple des quadri que l'on trouve dans le commerce, le drone s'équilibre automatiquement et le pilote fourni les consignes de direction/hauteur. C'est à sa que je pensais.

@minioim : merci pour l'illustration, je comprend bien maintenant l'intérêt de l'accéléromètre

[lobodol]

Dernière question : n'est-il pas nécessaire de connaitre la vitesse de rotation des moteurs ?

[Amo-LED]

Hello !

Je suis en plein dedans donc je vous fais un petit résumé de tout :



Les multirotors sont contrôlés par un enchaînement de différents dispositifs ayant chacun un rôle bien précis :

- un récepteur qui reçoit les informations de la télécommande sur quatre axes : tangage, roulis, lacet, puissance des gaz
- des moteurs (brushless (à trois fils) pour la plupart), dont la vitesse est contrôlée rapidement par :
- les ESC (Contrôleur de vitesse électronique) qui convertissent le courant stable de la batterie en un courant alternatif de tension variable : ils règlent la vitesse des moteurs de manière très précise. Ils sont eux même contrôlés par le cerveau de la bête :
- la carte électronique, sur laquelle nous allons nous attarder.

Le signal venant du récepteur n'est pas exploitable par les moteurs directement : la carte fait un ensemble de mixages avec ces entrées. Un signal d'augmentation du tangage (vers l'avant donc) va être traduit par l'accélération des deux moteurs arrières et décélération de ceux à l'avant ; une augmentation des gaz fera accélérer tous les moteurs : vous voyez le principe.



Il se trouve cependant que les multirotors ne sont pas stables et ne peuvent pas, seuls, garder leur attitude : ils dérivent et ont besoin de capteurs pour les stabiliser :

-Le capteur indispensable est le gyroscope électronique (composé d'un dispositif piezzo qui se déforme en cas de changement angulaire (google m'a très bien expliqué le fonctionnement)). Celui ci capte les variations angulaires et les rectifie très rapidement : c'est le capteur le plus réactif. Si le multirotor dérive de 5 degrés en pivotant vers la gauche, le gyroscope va rectifier la position de 5 degrés vers la droite. Cependant, le gyroscope capte une vitesse angulaire et non une position : le gyroscope tend à dériver sur le long terme, ce qui justifie l'ajout possible d'un second capteur :
-L'accéléromètre capte les accélérations. La gravité étant une accélération de 1G, l'accéléromètre permet de déterminer si le multirotor est à plat ou pas. Il est cependant moins précis et réactif que le gyroscope.

Illustrons. J'ai utilisé pour ce qui suit une sensibilité équivalente de 4 chiffres significatifs.
Si le multirotor est stable, le gyroscope reçoit une information de 000,0°/seconde et l'accéléromètre une information de 1,000G.
Pour une variation de 2,3 degrés en une seconde, le gyroscope passera à 002,3°/sec alors que l'accéléromètre recevra une donnée de 0,999G ! Je vous laisse déterminer lequel est le plus précis !

L'accéléromètre a donc pour but de calibrer le gyroscope sur une position 0 sur le long terme, lui évitant de dériver. On ne s'en sert qu'en mode "vol stabilisé" (par opposition à "vol acrobatique" ou "libre"), c'est à dire rarement.


D'autres capteurs peuvent prendre place sur la carte :
-Un baromètre pour l'altitude
-Un capteur à ultrasons pour la même chose
-Un magnétomètre (boussole) qui joue le même rôle que l'accéléromètre mais sur l'axe de lacet : il empêche la dérive du gyroscope.
-Un GPS .....



Vous en savez autant que moi ! Posez vos questions si vous avez besoin ou que ce n'est pas clair






(Pas besoin de connaître la vitesse de rotation des hélices car tout se joue sur un système qui les accélère ou décélère : c'est plus du genre "plus 20%" ou "moins 4%" de vitesse)

[lobodol]

Merci de partagez avec nous ta connaissance, la magie du drone se démystifie petit à petit pour moi
Tu parles d'un capteur magnétomètrique pour le lacet : un gyroscope à 3 axes ne pourrait-il pas remplir ce rôle ?

[arsene de gallium]

Contrairement à ce qu'on pense, un quadrirotor est instable par nature en extérieur. C'est dû au vent, il y a toujours du vent.
Les engins achetés dans le commerce en kit, comprennent de base un microprocesseur programmé pour justement le stabilisé.
De plus, ou j'ai mal compris la question, il ne s'agit pas d'un drone militaire ou professionnel autrement plus compliqué et en effet capable de faire une "mission".
Les drones grand public, ne nécessite pas de GPS. Les GPS ne sont utiles que pour donner une position au drone pour lui dire où aller sans notions d'altitude.
Tous les autres capteurs sont indispensable pour pouvoir le piloter à vu avec la stabilité indispensable pour un amateur:
- gyroscope
- accéléromètre
- altimètre
Comme bien expliqué par amo-led.
Lorsqu'on pilote ce genre d'engin, il est difficile, voir impossible à vue, de déterminer:
- l'altitude, du moins à plusieurs dizaines de mètre.
- les réactions de l'engin: inclinaison, lacet
Un avion radiocommandé est en ce sens plus facile car ce sont les ailes, et les lois aérodynamique, qui compense les défauts de stabilité, du moins en partie. (Ca dépend de l'habileté du pilote. )
De plus les réactions du pilote au sol sont trop lentes et on part inévitablement au crash.
L'objectif est donc de pouvoir conserver la stabilité de l'engin et de ne se concentrer que sur son cap et sur l'altitude désirée (avec les réserves d'appréciation quand on est au sol)
La vitesse des hélices n'ont aucun intérêt, comme sur un avion radio-commandé. Elle se règle automatiquement en fonction de la vitesse de déplacement de l'engin demandée et sont en permanence modifiée pour compenser justement la stabilité de l'engin.
J'ajouterais que ces engins ne sont pas autorisés, pour un amateur, en Europe, sans autorisation, qu'il soit équipé de caméra ou non.

[f6bes]

J'ajouterais que ces engins ne sont pas autorisés, pour un amateur, en Europe, sans autorisation, qu'il soit équipé de caméra ou non.

Bonjour,
Apparemment c'est pas aussi tranché que cela:
http://www.google.fr/url?sa=t&rct=j&...,d.d2k&cad=rja
Bon WE

[arsene de gallium]

J'ai volontairement été restrictif pour attirer l'attention.
Pour connaitre la réglementation en France, le plus simple est ici:
http://www.developpement-durable.gou...modelisme.html

Pour résumer:
si l'utilisation est en aéromodélisme, comme les autres engins de cette catégorie, pas de problème.
Ca comporte quand même quelques restrictions:
- Vol à vue
- altitude maxi de 150m
- survol: extrait de la réglementation:

Le survol des agglomérations ou des rassemblements de personnes n’est possible que dans le cadre d’une autorisation préfectorale délivrée après avis du service de la défense et de la direction régionale de l’aviation civile.

- masse inférieure à 25kg (bon c'est déjà énorme et certainement pas à la portée d'un utilisateur lambda)

Je ne faisais qu'attirer l'attention car comme en électronique, on trouve des inconscients qui au vu des vidéos sur "you tu m'as vu" sont prêts à se lancer dans la construction ou l'achat d'un engin hors norme et dont l'utilisation reste interdite sur le sol français.

[Cram 64]

Bonjour,

Un exemple de ce qu'l ne faut pas faire et les conséquences ici.

Cordialement,

Cram 64.