Comprendre comment votre drone est contrôlé

Par Mark LaFay

Si vous prévoyez de piloter un drone, vous devez comprendre comment il est contrôlé. Pour qu'un objet qui est plus lourd que l'air puisse voler, vous devez créer une portance. Ascenseur est une force qui pousse un objet vers le haut dans l'air et qui est créée en faisant varier la pression de l'air au-dessus et en dessous d'un avion.

Les avions créent une portance en déplaçant l'air au-dessus et au-dessous d'une aile. La façon dont le mouvement aérien est créé est avec le mouvement horizontal de l'avion. Plus l'appareil est gros, plus la piste est longue pour gagner la bonne vitesse pour créer la portance qui poussera finalement l'avion dans les airs.

Une fois en vol, l'avion doit maintenir une dynamique horizontale afin de maintenir la bonne quantité d'air se déplaçant sur les ailes. L'avion se déplace uniquement dans la direction vers laquelle pointe le nez.

Le contrôle directionnel nécessite un mouvement constant vers l'avant. (Crédit: Source: NASA / Tom Tschida)

Crédit: Source: NASA / Tom Tschida

Le contrôle directionnel nécessite un mouvement constant vers l'avant.

Avec les hélicoptères, le contrôle directionnel est obtenu en changeant la direction dans laquelle les hélices se penchent, en changeant le pas des pales. C'est appelé changer l'attaque des hélices. Les hélicoptères n'ont généralement qu'une seule hélice principale, mais plusieurs rotors en ont plus d'une.

Les drones les plus populaires disponibles aujourd'hui sont des multi-rotors avec au moins trois hélices et certains ont plus de huit hélices. Les multi-rotors maintiennent la stabilité en variant les vitesses de chaque hélice. Le contrôle directionnel dans un drone est obtenu en modifiant l'attaque des hélices, de la même manière qu'un hélicoptère, mais ce changement d'attaque est accompli en ralentissant certains des rotors pour que l'angle de l'engin change suffisamment pour le faire bouger.

Les rotocraft sont capables de mouvements tridimensionnels. (Crédit: Crédit: Source: Jorge Stolfi)

Crédit: Crédit: Source: Jorge Stolfi

Les rotocraft sont capables de mouvements tridimensionnels.

Pour un drone multi-rotor, il y a deux capteurs avancés qui sont nécessaires pour pouvoir réaliser un vol stable en 3 dimensions:

  • Accéléromètre: Ces capteurs avancés détectent les mouvements linéaires. Cela signifie un mouvement en ligne droite. Il y a trois axes dans un espace 3D: X, Y et Z. Les accéléromètres détectent et mesurent le mouvement le long de ces axes mais pas autour. Ce mouvement s'appelle mouvement linéaire. Tout autre chose qu'un mouvement linéaire confond un accéléromètre.

  • Gyroscope: Ce capteur est conçu pour détecter les mouvements de rotation. Cela signifie un mouvement autour d'une ligne qui, dans un espace 3D, sont les axes X, Y et Z. Alors qu'un accéléromètre mesure le mouvement le long de l'axe, un gyroscope mesurera le mouvement autour d'un axe.

    Le mouvement 3D est détecté avec des gyroscopes et des accéléromètres. (Crédit: Source: LucasVB / Creative Commons)

    Crédit: Source: LucasVB / Creative Commons

    Le mouvement 3D est détecté avec des gyroscopes et des accéléromètres.

Les gyroscopes, abréviation de «gyroscopes», et les accéléromètres sont nécessaires pour maintenir la stabilité et le contrôle du vol.

Fréquence radio

Pour contrôler un drone à distance, vous devez pouvoir communiquer avec lui sans fil. Les ondes radio sont une forme d'onde invisible sur le spectre électromagnétique. Comme toutes les choses sur le spectre électromagnétique, la radio est mesurée en hertz (Hz). La fréquence extrêmement basse est de 3 Hz à 30 Hz et la fréquence extrêmement élevée est de 300 GHz à 3000 GHz.

Pour que la radio fonctionne, vous devez avoir un émetteur pour envoyer les messages et un récepteur pour les recevoir. À un niveau rudimentaire, c'est ainsi que le contrôle à distance d'un avion est accompli. Plus précisément, votre émetteur et votre récepteur doivent être réglés sur la même fréquence.

La radiofréquence n'est qu'une méthode de communication. Il existe des milliards d'appareils dans le monde qui communiquent par communication sans fil dans le segment RF du spectre électromagnétique. Ces transmissions radio sont toujours présentes partout où vous allez dans le monde. Il vous suffit d'avoir un récepteur capable de régler avec précision la fréquence correcte pour la recevoir.

Pour éviter que des situations telles que votre drone soient contrôlées par la télécommande de quelqu'un d'autre, les appareils utilisent un code d'identification unique pour identifier une transmission sur une fréquence radio particulière comme la transmission qu'il souhaite recevoir. Pour ce faire, les émetteurs et les récepteurs sont jumelés à l'aide d'une RFID ou d'une «identification par radiofréquence». Toutes les informations diffusées sur RFID sont préfixées par une RFID afin que le récepteur sache que les informations qu'il recueille lui sont destinées.

Les fréquences plus basses ont tendance à avoir une plage beaucoup plus grande à faible puissance que les appareils à fréquence plus élevée. Les basses fréquences ont également une plus grande capacité à pénétrer des objets denses, ce qui est une autre raison pour laquelle ils sont parfaits pour contrôler à distance un drone. Cependant, plus la fréquence est basse, plus l'antenne doit être grande pour recevoir la fréquence. La plupart des drones télécommandés utilisent 900 MHz pour la transmission. Des fréquences plus élevées dans la plage de 2,4 GHz sont principalement utilisées pour le Wi-Fi.

La télécommande DJI Phantom 2 utilise RF. (Crédit: Source: Vicki Burton / Creative Commons)

Crédit: Source: Vicki Burton / Creative Commons

La télécommande DJI Phantom 2 utilise RF.

Commandes Wi-Fi

Le Wi-Fi n'était auparavant disponible que sur les ordinateurs, mais à mesure que la technologie évoluait, se rétrécissait et devenait plus intelligente, elle était intégrée dans des appareils portables tels que les téléphones et les tablettes. Il existe maintenant plusieurs millions de produits dans le monde qui sont compatibles avec le Wi-Fi afin qu'ils puissent être accessibles à distance.

Aujourd'hui, la plupart des drones sont compatibles Wi-Fi afin de pouvoir diffuser des vidéos sur un ordinateur, une tablette ou un smartphone. Certains drones utilisent également le Wi-Fi pour le contrôle à distance via une tablette ou une application mobile. Le Parrot AR Drone 2.0 propose des commandes interactives haut de gamme avec leur application mobile qui s'exécute sur un iPhone ou un iPad.

Contrôlez à distance le Parrot AR Drone 2.0 à l'aide du Wi-Fi et d'une application mobile. (Crédit: Gracieuseté d'Andrew

Crédit: Gracieuseté d'Andrew Amato

Contrôlez à distance le Parrot AR Drone 2.0 à l'aide du Wi-Fi et d'une application mobile.

Bien que l'utilisation du Wi-Fi avec votre drone présente des avantages évidents, le Wi-Fi fonctionne sur une fréquence radio ultra-haute, ce qui signifie que sa portée est limitée à environ 600 mètres.

GPS

La technologie de positionnement mondial a suffisamment diminué pour qu'il soit possible d'envoyer une requête ping aux satellites pour les données de localisation à partir d'appareils aussi petits qu'un smartphone et votre drone. Le GPS est principalement utilisé uniquement pour communiquer la position à une application mobile. Le GPS est également utilisé pour la préprogrammation des itinéraires. Une fois programmé, le drone peut être détaché et il volera en séquence vers chacun des emplacements GPS identifiés.

Tracez un itinéraire avec GPS, puis définissez-le et oubliez-le! (Crédit: Gracieuseté d'Andrew Amato)

Crédit: Gracieuseté d'Andrew Amato

Tracez un itinéraire avec GPS, puis définissez-le et oubliez-le!

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