Projet de 2014


Un hexacoptère pour le vol FPV en 3D stéréoscopique


C'est la construction perso des lunettes FPV première version qui m'a mis la puce à l'oreille... Avec deux écrans TV indépendants, disposant chacun de son entrée vidéo, il est facile d'imaginer un système en 3D relief...

Une fois n'est pas coutume, j'entame la relation de ce projet à son tout début. Je suivrai donc un ordre chronologique dans la suite...

25 Octobre 2014 - Genèse du projet

 

Le concept est tout simple : sur l'engin volant, deux caméras identiques disposées correctement, deux émetteurs vidéo sur deux fréquences bien choisies, et au sol deux récepteurs qui alimentent chacun un écran d'une paire de lunettes vidéo. Si tout cela fonctionne on doit voir en relief !

Premières idées

- la structure de l'hexacopter testé l'année dernière avec un contrôleur Naza me fait de l'oeil.... De la puissance pour soulever le surcroît de matériel à emmener, la fiabilité des moteurs Roxxy, ok pour un hexa ! Je verrai si je dois concevoir une nouvelle structure ou si je peux réutiliser l’existante, qui était prévue pour emporter une GoPro v2… Le contrôleur de vol par contre sera un multiWii en mode stable, je n’ai plus le Naza, revendu après essais.

- utiliser des liens vidéo sur la plage des 5,8GHz. Pourquoi ? D'abord parce que les canaux ne se chevauchent pas, contrairement au 2,4GHz. Ensuite pour avoir des antennes plus petites, et des récepteurs plus petits eux aussi, qui seront accrochés aux lunettes...

- côté lunettes justement, j'ai envie d'une expérience plus immersive, avec des écrans subjectivement plus grands. Ayant testé le dispositif Google Cardboard, j'ai envie d'utiliser les mêmes lentilles. Celles-ci sont puissantes et me permettront de réduire la distance avec les écrans. Reste à déterminer la taille de ces derniers...

Vérifications préliminaires

- quelle synchro sur deux chaines totalement indépendantes ? Le fait de dupliquer complètement la transmission vidéo laisse craindre des soucis de synchro entre les deux images... Des recherches dans les forums de discussion anglophones laissent penser que ça fonctionne néanmoins… On verra ça rapidement.

- cohabitation de deux émetteurs ? On peut avoir des doutes sur la bonne transmission de deux signaux vidéo indépendants, à partir d’émetteurs forcément proches l’un de l’autre sur l’oiseau.


Un premier essai au sol avec les émetteurs calés sur les canaux 4 et 8 ne montre pas de perturbation ajoutée. Pour comparer je fais un test avec un seul émetteur alimenté puis avec les deux. J’ai aussi glané deux idées pas idiotes sur le web : premièrement, utiliser des antennes à polarisation circulaire et inverser les sens de rotation (une antenne polarisée dans le sens horaire, l’autre dans le sens antihoraire). Deuxièmement, étager les antennes verticalement sur l’engin, pour éviter des phénomènes de masquage selon son orientation par rapport au pilote (une antenne peut être devant l’autre relativement à moi).

- bonne taille d'écran ? Pour déterminer celle-ci, je trace les contours d'un écran de diagonale 2" et 1,5", que je place devant un oeil en intercalant une lentille grossissante.


Les deux tailles sont jouables, et j’ai une préférence pour les écrans de 2 pouces qui me fournissent une image subjective nettement plus grande. La distance entre la lentille et l’écran s’établit à environ 5 cm, ce qui laisse présager un montage compact, qui sera probablement plus confortable une fois sur le nez. J’ai cependant un doute car ces écrans ne sont disponibles qu’en faible résolution 320x200, et je risque de voir nettement les pixels au taux de grossissement employé… Là encore, on verra bien.

Inventaire

Je dispose déjà de la motorisation adéquate avec six moteurs Roxxy 2216/25, qui tournent en 3S ou 4S, et leurs contrôleurs ESCs de 12A (largement surdimensionnés ceux-là).

J’ai également un contrôleur de vol nanoWii de chez Hobby King, et un récepteur disponible côté radiocommande. Pour la vidéo j’ai deux émetteurs Boscam en 200 mW et un récepteur RC305. Les antennes à polarisation circulaire seront fabriquées maison. Je passe donc commande de :

 

31 Octobre 2014 - la bestiole

 

Profitant des éléments déjà en ma possession, j’assemble l’engin volant en repartant de la structure de l’hexa précédemment fabriquée (voir ici).




Il me faut une platine isolée des vibrations pour supporter toute l'électronique embarquée. Je lui adjoins un rebord sur l'avant qui épouse l'angle du châssis et qui recevra les deux caméras, avec un écartement qui correspond à ma morphologie (distance entre mes pupilles).




Reste à poser les moteurs et leurs contrôleurs, et à raccorder tout ça, avec un circuit imprimé de distribution qui s'avère bien pratique même s'il est plutôt volumineux.

    




Ensuite la platine supérieure est amenée sur l’engin, avec un tapis de pads Moongel pour les vibrations. Un de ces pads est prévu à l’avant, et tout cela est collé à la cyanoacrylate. L'électronique de bord est finalement placée et tous les raccordements qui vont bien sont réalisés. Je termine par la confection d'une petite platine en bois qui recevra l'accu tout en protégeant le circuit imprimé de distribution du jus.

    


Bilan de masse avec un accu LiPo 3S 2200mAh et les deux émetteurs vidéo en place : 578 grammes, donc on peut prévoir environ 620 grammes quand les caméras seront présentes.

1er Novembre 2014 - essais

Premiers tours d'hélice, au ralenti tenu en main les réactions me semblent étranges...

Au sol la machine gigote violemment, il y a un problème ! Je suspecte un ordre de branchement des Escs sur les pins de la carte, puis rapidement j'incrimine la config : en effet, j'ai sélectionné l'option HEX6 et non pas le HEX6X !

Nouveau test avec la bonne config : c'est nettement mieux, mais le yaw est ultra chatouilleux. N'ayant pas encore reçu l'écran OLED, je ne peux pas facilement paramétrer la carte multiWii, donc patience...

4 novembre 2014

Reçu au courrier l'écran OLED et les écrans TFT en provenance d'Adafruit !

L'écran OLED est muni de quatre fils : une alimentation 5V (+ et -) qu'il est facile de raccorder sur la carte nanoWii, n'importe quels points feront l'affaire ; et deux fils de contrôle avec des broches notées SCL et SDA. Les pins équivalentes existent sur la carte, branchement simple là encore. Attention, cet écran est très fragile.... Je le fixe sur le modèle à l'aide d'un pad autocollant...


Côté logiciel il faut activer l'option LCD et déclarer le modèle d'écran, recompiler tout ça et le télécharger dans la carte...

Maintenant je peux régler les PIDs ! J'attaque par ce problème de yaw qui est tellement sensible... Ah mais en plus la commande est inversée !? Petit tour dans la config du soft multiWii, où je désélectionne le Yaw inversé, reste d'une config tricopter antérieure.... Nouveau test, ça semble correct, mais la météo ne me permet pas d'aller essayer dehors....

7 novembre 2014

Du vent, du vent, de la flotte, du vent....

9 novembre 2014

Enfin un peu de ciel calme, qui me permet de faire les premiers vols. Je règle sans problème les PIDs mais de temps à autre l'hexa part en rotation lente, comme si j'actionnais la commande de lacet à gauche. Bizarre... Un tour des forums en ligne laisse penser que c'est un problème hardware, par exemple un moteur qui perd des tours de façon aléatoire... D'autant plus bizarre que tous les composants ont déjà volé sans problème...

Je n'ai pas avancé sur la partie lunettes 3D, ni reçu les caméras de chez Banggood... Par contre j'ai inversé les sens de rotation des antennes 5,8GHz, il me reste maintenant à fabriquer des antennes 4 lobes pour les récepteurs...

Le comportement en vol de l'oiseau est stable, posé, tranquille, ce qui augure bien de la suite pour se promener en 3D... Avec un accu 3S 2200mAh, l'autonomie s'établit à 11'30 ce qui est très très bien. Evidemment avec les caméras la masse sera augmentée et fatalement l'autonomie chutera...

14 novembre 2014


Les écrans 2 pouces sont testés et fonctionnent, qualité satisfaisante à première vue, avec des pixels tous fins.

16 novembre 2014

Les antennes sont prêtes ! Voici en photo le déroulement de la séance de bricolage...



    


    


    



Au final, j'ai confectionné deux jeux d'antennes Tx / Rx, avec une antenne 3 lobes en émission et une 4 lobes en réception, calculées sur les canaux 4 et 8, et avec des polarisations inversées. Les canaux 4 (5645 MHz) et 8 (5945 MHz) permettent un écart en fréquence maximum. N'étant pas outillé pour tester au banc ces antennes, je verrai bien sur pièce leur efficacité ! Mon record est de plus de 500 mètres au sol avec un émetteur de 25mW... Si ces antennes sont du même acabit je devrais avoir quelques kilomètres avec des émetteurs 200mW !

27 février 2015


Honte à moi car je n'ai pas alimenté cette page au fur et à mesure comme promis... Il faut dire qu'il y a eu quelques pauses inopinées... Où en est le projet ? Eh bien le premier vol avec FPV en relief vient d'être fait, et c'est un succès ! La vidéo est stable et l'effet relief bien présent, cela aide pas mal en vol près du sol, les obstacles tels que les arbres ou les clôtures sont bien appréhendés en profondeur... Je ne serais pas étonné que le relief se généralise auprès des furieux qui font du FPV racing, à fond les ballons en rase-motte... Reprenons les étapes qui se sont enchaînées.

Lunettes FPV relief


Fort de l'expérience de la première paire, j'ai souhaité améliorer le design sur les points suivants :

 

Allez c'est parti pour la construction pas à pas :

Principe: un système téléscopique avec une partie fixe, collée aux lunettes de sécurité Bollé, et une partie coulissante qui porte les écrans. Des cales d'arrêt permettront de positionner la partie mobile à l'exacte focale qui permet de bien voir nettement les écrans. Tout ça est fabriqué en balsa 40/10ème, avec un voile de peinture noire sur toutes les faces internes. A l'intérieur du masque Bollé, une simple platine découpée portera les lentilles. Pour le côté amovible, les divers éléments seront assemblés à l'aide de scotch, ça tient suffisamment bien sur le balsa pour empêcher tout mouvement intempestif.

On commence par mesurer la courbure de la face avant du masque Bollé, pour la découpe des éléments de la partie fixe :

    



Après peinture et assemblage :

    



Il faut ensuite confectionner la platine des lentilles et déboucher les yeux dans la visière (l'écart entre les pupilles est mesuré directement sur le pilote ! Ce qu'on appelle avoir les yeux en face des trous :D) :



    

Pour la partie mobile, je commence par une platine qui reçoit les écrans. Le positionnement des écrans doit être précis pour garantir une géométrie correcte :

    



    



Puis une boîte qui enserre cette platine à l'avant et qui coulisse sur l'élément fixe :

    



Câblage et premier test, ça marche !

    



Reste à coller la partie fixe à la Sugru, et à positionner des cales qui garantissent la focale du bazar. J'ai opté pour un collage minimum, sur les côtés (Sugru bleue), en laissant ouvert le pourtour de la partie fixe, avec l'espoir que cela ventile mon problème de buée.

    



Collage des lentilles à la Sugru, et confection d'une façade à l'avant pour protéger l'électronique et les câbles :

    



L'assemblage final se fait au scotch et aux élastiques, ça permet le démontage pour nettoyer ultérieurement :

    



Côté câblage, j'ai utilisé des fiches type servo pour amener les signaux des récepteurs vers les écrans et pour les alimenter. Un petit cordon en Y me permet alors de passer en 2D, sur un seul récepteur, tandis que deux cordons indépendants assurent les liaisons pour la 3D relief.

    


Et voilà le travail !

Si vous souhaitez les dimensions précises de ce montage, n'hésitez pas à me contacter...






Montage des caméras

Les deux caméras sont simplement collées sur la platine avant de l'hexa au moyen de pads double-face - j'ai pris soin de choisir des pads "hélico" collant fortement (il est impossible de les décoller sans arracher la mousse). Le positionnement est délicat pour un bon rendu de l'image. J'ai placé une première caméra le plus droit possible, et collé la seconde sous "contrôle vidéo", en regardant dans les lunettes, et en orientant finement la caméra jusqu'à faire coïncider les images. Malgré cela, un petit décalage vertical subsistait, qui a nécessité une fine cale de balsa. Ceci me donne l'idée d'une fixation réglable, par exemple au moyen de supports caméra en croix avec quatre vis pour un réglage fin et robuste. Modif à faire ultérieurement !

Premier vol

 

Il s'est déroulé "en local" dans le jardin, pas de test d'éloignement donc. Ce vol a permis de valider la platine caméra, exempte de vibration, et le principe du FPV en relief : l'image - certes très pixellisée, à cause de la faible résolution - est lisible, et le rendu de profondeur tout-à-fait utile quand on se balade entre les haies et les arbustes. Le rendu est très naturel, ce que j'attribue au montage "sur mesure", respectant l'écartement de mes yeux aussi bien côté caméra que restitution sur les écrans. Une différence avec le FPV en 2D est un petit sentiment de vertige, dû au décalage entre la vision et les perceptions corporelles, accentué par le relief probablement. J'ai préféré m'assoir ! Atterrissage fait en FPV sur la terrasse, à quelques dizaines de centimètres de moi en arrivant de face, sans souci car les distances sont bien perceptibles. Bref c'est une réussite qui valide l'approche "double chaîne vidéo analogique". Côté qualité des liens vidéos, en éloignement de quelques dizaines de mètres, je n'ai noté strictement aucun parasite, ce qui est de bon augure concernant la cohabitation des deux émetteurs embarqués...

Côté confort d'utilisation, les lunettes "V2" sont plus légères que la première version, et comme le porte-à-faux est moins important cela améliore pas mal les choses. Reste un soupçon de buée qui s'est formée au pourtour d'une lentille, peut-être le stress du pilote qui suait à grosses gouttes sous son masque de torture !