Stabilisation du gyroscope du drone, IMU et contrôleurs de vol expliqués

Pour qu'un drone vole à la perfection, la technologie IMU, la stabilisation gyroscopique et les contrôleurs de vol sont essentielles. Les drones utilisent aujourd'hui une technologie de stabilisation des gyroscopes à trois et six axes pour fournir des informations de navigation au contrôleur de vol, ce qui rend les drones plus faciles et plus sûrs.

La technologie de stabilisation gyroscopique est l’un des composants les plus importants, permettant au drone de voler de manière extrêmement fluide, même par vent fort et en rafale. Ces capacités de vol en douceur nous permettent de filmer de superbes vues aériennes de notre belle planète.

Grâce à une stabilisation exceptionnelle du vol et à la navigation par points de repère, les drones peuvent produire des cartes de photogrammétrie 3D et des images lidar de la plus haute qualité. Les derniers drones utilisent des cardans intégrés, qui incluent également une technologie de stabilisation du gyroscope intégrée, qui donne à la caméra ou au capteur embarqué un mouvement pratiquement sans vibrations. Cela nous permet de capturer des photos et des films aériens parfaits.

Dans cet article, nous examinons ce qui est la stabilisation gyroscopique, la fonction des gyroscopes dans les drones, y compris les différences entre la stabilisation gyroscopique à trois et à six axes. Nous répertorions les derniers drones avec les meilleurs modes et systèmes de vol autonomes stabilisés par gyroscope. Il existe également un certain nombre de vidéos très informatives tout au long de cet article.

Stabilisation du gyroscope du drone

La fonction principale de la technologie du gyroscope est d'améliorer les capacités de vol des drones. Le matériel, les logiciels et les algorithmes du drone travaillent ensemble pour améliorer tous les aspects du vol, y compris le vol stationnaire immobile ou les virages serrés. Un drone à cardan à six axes fournit des informations à l'IMU et au contrôleur de vol afin d'améliorer considérablement les capacités de vol.

Le gyroscope doit agir presque instantanément sur les forces agissant contre le drone (gravité, vent, etc.) pour le maintenir stabilisé. Le gyroscope fournit des informations de navigation essentielles aux systèmes de commande de vol centraux.

Technologie du gyroscope au sein de l'IMU

Dans la grande majorité des drones, le gyroscope est englobé ou intégré à l’unité de mesure inertielle (IMU). Le drone IMU, ainsi que le positionnement par satellite (GPS et GLONASS) font également partie du système de contrôleur de vol.

L'IMU du drone essentiel

Une unité de mesure inertielle détecte le taux d'accélération actuel à l'aide d'un ou plusieurs accéléromètres. L'IMU détecte les changements d'attributs de rotation tels que la hauteur, le roulis et le lacet à l'aide d'un ou plusieurs gyroscopes. Certains IMU sur drones incluent un magnétomètre, principalement pour faciliter l’étalonnage contre la dérive d’orientation.

Les processeurs embarqués calculent en permanence la position actuelle des drones. Premièrement, il intègre l’accélération détectée, ainsi qu’une estimation de la gravité, pour calculer la vitesse du courant. Ensuite, il intègre la vitesse pour calculer la position actuelle.

Pour voler dans n'importe quelle direction, le contrôleur de vol rassemble les données IMU sur le positionnement actuel, puis envoie de nouvelles données aux contrôleurs électroniques de vitesse du moteur (ESC). Ces régulateurs électroniques de vitesse signalent aux moteurs le niveau de poussée et la vitesse nécessaires au vol ou au vol stationnaire du quadcoptère.

Comment un décolle et vole est une technologie fascinante. Dans un autre article intitulé «Comment un quadricoptère vole-t-il?», Nous expliquons simplement et simplement comment un drone peut décoller, survoler, voler dans n'importe quelle direction et atterrir en ajustant les directions de son moteur et de son hélice. L'article comprend des vidéos très informatives.

Drone a beaucoup de parties et vous pouvez lire tout sur les différentes parties de drone ici. Cela couvre tous les composants physiques présents dans la plupart des quadcoptères.

IMU dans le contrôleur de vol

Contrôleur de vol DJI Naza avec stabilisation IMU et gyroscopeLe contrôleur de vol est composé de nombreux composants. C'est le cerveau central du drone. Nous pouvons donc maintenant voir que le gyroscope est un composant de l’UMI et que l’UMI est un composant essentiel du système de contrôle de vol des drones.

Les contrôleurs de vol ne sont pas que du matériel. Il inclut et est contrôlé par des programmes logiciels sophistiqués et des algorithmes mathématiques. Tous les composants du contrôleur de vol doivent fonctionner ensemble de manière transparente pour que le drone puisse naviguer et voler avec la plus grande stabilité.

Voici quelques-unes des fonctions du contrôleur de vol DJI A2 avec le gyroscope et l’IMU fournissant les fonctions essentielles;

  • Commande d'orientation intelligente (IOC).
  • Mode de vol des points d’intérêt (POI).
  • Signalez aux contrôleurs de moteur la poussée et la direction.
  • Fonction de train d'atterrissage intelligente.
  • Retour automatique à la maison.
  • Protection multi-échec contre les rotors.
  • Module IMU de registre intégré hautement sensible.
  • Récepteur satellite haute précision.
  • Mode virage en banque et fonction régulateur de vitesse.
  • Module Bluetooth intégré et prise en charge des ajustements de paramètres mobiles.

Premiers gyroscopes

Le premier gyroscope a été inventé par John Serson en 1743 avec diverses machines à gyroscope dans les années suivantes. Certains des premiers gyroscopes mécaniques utilisaient deux lourds disques en laiton tournant à grande vitesse pour détecter les changements de lacet. La technologie lourde et consommant beaucoup d'énergie a depuis été remplacée par des alternatives modernes non mécaniques qui peuvent faire beaucoup plus que la correction en lacet.

La petite taille et la faible consommation électrique des gyroscopes modernes ont rendu la technologie indispensable à l'industrie des aéronefs, des appareils mobiles et bien sûr des drones. Cette première vidéo de 5 minutes explique précisément ce qu'est un gyroscope.

Stabilisation gyroscopique dans les drones

Pour comprendre le rôle de la stabilisation gyroscopique, il est important de réaliser que chaque drone est constamment soumis à un certain nombre de forces provenant de différentes directions. Ces forces, telles que le vent, affectent le tangage, le tangage et le roulis du drone, ce qui le rend très difficile à contrôler.

Les gyroscopes intégrés peuvent presque instantanément détecter les changements de position d'un drone et le compenser de telle sorte qu'il ne semble fondamentalement pas affecté, car il ajuste sa position des centaines de fois par seconde ou peut rester stationnaire calmement en place. Les gyroscopes modernes sont fabriqués avec des composants d'une taille comprise entre 1 et 100 micromètres et incluent souvent des capteurs pour plusieurs axes dans un seul boîtier.

Stabilisation gyroscopique à trois axes contre six axes

Les gyroscopes à trois axes mesurent la vitesse de rotation autour, vous l’avez deviné, selon 3 axes: roulis, tangage et lacet.

  • Roll: rotation autour de l'axe avant-arrière.
  • Pas: rotation autour de l’axe latéral.
  • Lacet: rotation autour de l'axe vertical.

Les gyroscopes continuent à donner des lectures non nulles tant que la rotation se poursuit. Cependant, lorsque la rotation est arrêtée, le gyroscope devient silencieux car, en ce qui le concerne, tout est comme il se doit.

Alors, quels sont les 3 axes supplémentaires mesurés par un gyroscope à six axes? Aucun. Il n’ya que 3 axes possibles qu’un gyroscope peut mesurer. Le terme «gyroscope à six axes» fait plutôt référence à un système intégré constitué d’un gyroscope 3D (3 axes) et d’un accéléromètre 3D. Très rarement, l'accéléromètre peut être remplacé par un compas 3D.

Accéléromètre 3D

L’accéléromètre 3D a pour fonction de mesurer l’orientation d’un drone par rapport à la surface de la Terre. Il fonctionne en détectant l’accélération de la gravité en utilisant la même technologie, qui est également derrière les gyroscopes, les systèmes MEMS (Micro Electro-Mechanical Systems). Ces minuscules structures électro-mécaniques peuvent s’interfacer avec l’électronique, permettant ainsi aux ingénieurs de construire des objets assez étonnants sur un espace extrêmement petit.

Maintenant, voici une superbe vidéo qui vous montre exactement comment fonctionne un accéléromètre. Ceci utilise un téléphone portable mais le principe est le même pour les drones.

Avantages de la stabilisation gyroscopique à six axes

La combinaison du gyroscope 3D et de l'accéléromètre 3D permet à un gyroscope à six axes de mesurer l'ampleur de l'accélération statique due à la gravité ainsi que celle de l'accélération dynamique. Ces deux mesures nous aident à déterminer l'angle d'inclinaison de l'appareil et à déterminer son déplacement.

En conséquence, les drones équipés de ce type de gyroscope sont beaucoup plus stables et plus tolérants, ce qui est particulièrement utile pour les débutants qui apprennent à voler. Ils réagissent également plus rapidement à toute force inattendue affectant le mouvement du drone, telle que des rafales de vent, empêchant ainsi potentiellement le drone de s'écraser.

Un gyroscope à trois axes régulier n’aide pas beaucoup lors de virages serrés, comparé à un gyroscope à six axes, ce qui facilite les manœuvres avancées.

Dans l’ensemble, la stabilisation gyroscopique à six axes est très utile pour presque tous les utilisateurs, des débutants aux professionnels chevronnés, qui souhaitent pousser leur drone au maximum. L'utilisation d'un drone pour des applications avancées telles que l'imagerie 3D, la stabilisation sur gyroscope à 6 axes est essentielle.

Exemple d'accéléromètre et de gyroscope

Ci-dessous, une excellente vidéo qui montre comment un drone utilise l'accéléromètre 3 axes, le gyroscope, le capteur de distance ToF (Teraranger One) et une caméra pour se stabiliser après avoir été projeté en l'air.

L'accéléromètre détecte qu'il a été projeté en l'air et retombe sur le sol. Le gyroscope stabilisera alors son orientation en une fraction de seconde. Ensuite, le capteur de distance stabilise le drone à une hauteur particulière préprogrammée par rapport au sol. Ensuite, le drone se verrouille à sa position actuelle. C'est une vidéo formidable et bien expliquée.

Meilleures pratiques en matière de stabilité de vol

Maintenant, vous pouvez avoir la meilleure technologie de gyroscope à 6 axes, mais si le matériel de votre drone (hélices, moteurs, paliers, arbres, etc.) n’est pas droit, propre ou ne fonctionne pas correctement, alors le drone volera toujours de manière erratique et pourrait même tomber en panne.

C’est toujours une bonne idée d’examiner les composants du drone avant et après chaque vol. Avoir des pièces de rechange au cas où quelque chose serait fissuré ou plié est une excellente idée. Garder le drone propre est une autre bonne pratique. Pour vérifier si les hélices sont droites, il est bon d’avoir un équilibreur d’hélices. Si toutes les composantes semblent bonnes et que le drone vole de manière irrégulière, ramenez-le immédiatement.

Si le drone vole de manière erratique, réétalonnez l'IMU sur une surface plane. Parfois, l'IMU doit être recalibré plus d'une fois. Le site Web du fabricant de drones devrait également être vérifié pour une mise à jour du firmware afin de résoudre tout problème au sein du contrôleur de vol. En cas de problème supplémentaire, le drone aurait probablement une défaillance matérielle dans l'IMU ou le contrôleur de vol.

Derniers drones avec la meilleure stabilisation en vol

Phantom 4 avec stabilisation de drone à six axesVoici quelques-uns des derniers drones dotés du meilleur GPS intégré, de la stabilisation gyroscopique, de la technologie IMU et des systèmes de vol autonomes. Ceux-ci ont également stabilisé des cardans et des caméras vidéo 4k. Ces drones ont des fonctions de sécurité telles que le verrouillage à domicile et le retour à la maison. Ce sont tous des drones fantastiques.

DJI Mavic 2 Pro et Mavic 2 Zoom – Les 2 nouveaux quadcoptères commercialisés en août 2018 sont dotés des dernières technologies en matière de navigation, de contrôle de vol, de stabilisation et de caméras de pointe. Ce sont des améliorations massives du Mavic Pro de l’année dernière.

Les modèles Mavic 2 Pro et Mavic 2 Zoom sont équipés de systèmes de vision avant, arrière, descendante et latérale comprenant des systèmes de détection infrarouge vers le haut et vers le bas.

Les principaux composants des systèmes de vision avant, arrière et descendante sont six capteurs de caméra situés sur le nez, l'arrière et le dessous du quadcoptère Mavic 2. Le système de vision latérale consiste en 2 caméras avec une caméra de chaque côté du quadcoptère Mavic 2.

Les composants principaux des systèmes de détection infrarouge vers le haut et vers le bas sont 2 modules infrarouges 3D situés sur le dessus et le dessous du quadcoptère Mavic 2.

Les contrôleurs de vol, l'IMU ainsi que le système de vision et le système de détection infrarouge aident le Mavic 2 à voler de manière extrêmement fluide et précise. En vol stationnaire, ces systèmes aident le Mavic 2 à conserver sa position actuelle et à survoler très précisément. Les systèmes Vision et Infrared Sensing permettent également au Mavic 2 de voler à l'intérieur ou dans d'autres zones où le signal GPS n'est pas disponible.

DJI Mavic Air – Ce mini drone lancé en janvier 2018 utilise la toute dernière technologie Gyro IMU. Le Mavic Air se lance depuis le sol ou depuis votre main. Il utilise donc la technologie de la vidéo ci-dessus, mais il est beaucoup plus avancé et stable. Dans les zones où il y a de l'herbe longue ou dans la neige, la possibilité de décoller de votre main est excellente.

Lorsque vous lancez le ballon de votre main, le Mavic Air se soulève sans à-coups et reste parfaitement stable en une fraction de seconde. Vous pouvez également piloter le Mavic Air en utilisant des gestes de la main ou en utilisant votre téléphone portable.

Le Mavic Air a également une reconnaissance faciale. Il utilise des capteurs de vision et des algorithmes pour détecter et se focaliser sur les personnes ou les objets se trouvant devant.

Le Mavic Air utilise également des capteurs de vision et des algorithmes très sophistiqués d’apprentissage par la machine de repérage visuel pour la détection des obstacles et l’évitement des collisions. Le Mavic Air peut survoler les obstacles et si l'obstacle est trop grand, il volera devant lui. C'est une technologie de pointe incroyable et voici un article formidable sur la détection des obstacles et la prévention des collisions dans les drones.

Maintenant, le Mavic Air dispose de nombreux modes de vol intelligents tels que Rocket, Dronie, Circle, Helix et Asteroid. Ces modes de vol intelligents facilitent énormément le vol et le tournage. Si vous souhaitez en savoir plus sur ce haut drone, alors lisez notre article complet sur DJI Mavic Air. Il comprend toutes les fonctionnalités, les spécifications, la foire aux questions, y compris de superbes vidéos.

Des offres exceptionnelles sont disponibles et vous pouvez les visualiser sur notre page de lots DJI Mavic Air.

DJI Mavic Pro – Ce drone repliable vole et plane parfaitement. La technologie s'appelle «FlightAutonomy» et comprend 7 composants, dont 5 caméras (capteurs de vision vers l'avant et vers le bas et la caméra principale), le positionnement par satellite bibande (GPS et GLONASS), 2 télémètres à ultrasons, des capteurs redondants et un groupe de 24 cœurs informatiques puissants et spécialisés.

Les caméras situées à gauche et à droite à l'avant du Mavic sont fixées à l'aide d'un support en aluminium afin de garantir l'alignement optimal des lentilles du capteur de vision.

Lorsque le Mavic vole, deux capteurs de vision avant et vers le bas mesurent la distance qui le sépare des obstacles en prenant des photos avec les quatre caméras et en utilisant les informations pour créer une carte 3D qui indique exactement où se trouvent les obstacles.

Les deux capteurs de vision avant et vers le bas nécessitent une lumière visible pour fonctionner, et en lumière vive, une visibilité maximale de 15 mètres se fait de l'avant. Ce système d'évitement d'obstacles est activé dans chaque mode de vol intelligent, y compris tous les modes ActiveTrack, TapFly et Terrain Suivez. Il est également disponible pendant le retour automatique à la maison, de sorte que le Mavic puisse facilement revenir en arrière sans heurter quoi que ce soit sur son passage.

DJI Phantom 4 Pro – Publié uniquement en novembre 2016, ce quadricoptère possède des modes de vol autonomes stabilisés par gyroscope, notamment une prévention des collisions et une détection visuelle. Les modes de vol stabilisés par gyroscope programmable sont Draw Waypoints, TapFly, ActiveTrack Follow Me, Suivi de terrain, Mode gesture, Mode sport et bien d’autres.

Le drone Phantom 4 est intégré à un cardan stabilisé et peut capturer de superbes vidéos 4k et prendre des photos de 12 mégapixels. Vous pouvez lire plus loin et regarder de superbes vidéos vous montrant le Phantom 4 Pro ici. L'article comprend des informations et des vidéos sur ses modes de vol intelligents et sa technologie de prévention des collisions.

Yuneec Typhoon H – Le dernier multirotor de Yuneec présenté au CES 2016 contient tout ce que vous pouvez rechercher dans un drone. Il possède des modes de vol autonomes intégrés stabilisés par gyroscope tels que Orbite, Points d’intérêt, Parcours, Caméra courbe de câble, Suivez-moi / Regardez-moi. Il peut enregistrer des vidéos en 4K et capturer des images fixes de 12 mégapixels avec son cardan intégré à 3 axes stabilisés.

Avantages de la stabilisation gyroscopique à six axes

Il existe des zones en dehors de la photographie aérienne et de la prise de vue, qui bénéficient des technologies de stabilisation par gyroscope à drones à six axes.

Drone Acrobaties Et Courses

Beaucoup de gens aiment les drones rien que pour le pur plaisir des acrobaties et des courses. Voler à des angles abrupts et surtout renverser un drone sans s'écraser est difficile sans stabilisation gyroscopique à six axes.

La course de drones est un sport en pleine croissance qui repose sur des systèmes de contrôle de vol très rapides car les parcours sont pleins d'obstacles. Ces drones de course sont rapides et la vidéo en direct vers le pilote doit être transmise avec une latence exceptionnellement faible. Vous pouvez lire plus loin dans cet article sur la vidéo en direct sur FPV.

Cartographie 3D et photogrammétrie

Cette prochaine vidéo sur les drones provient d'un projet où Pix4D, en collaboration avec le fabricant canadien de drones Aeryon Labs Inc et l'Université PUC de Rio de Janeiro, a créé la première carte 3D de la statue du Christ Rédempteur à Rio.

Les conditions météorologiques et les conditions changeantes, avec des rafales de vent allant jusqu'à 50 km / h (30 mi / h), ont rendu ce projet particulièrement difficile. Ce projet n'aurait pas été possible de piloter un drone manuellement. Avec des rafales de vent, le drone dériverait facilement de quelques mètres en une fraction de seconde avant que le pilote puisse réagir.

Pix4D est l’un des leaders du marché de la création de cartes et de modèles 3D à l’aide du logiciel de photogrammétrie. Vous pouvez lire les commentaires sur d'autres éditeurs de logiciels de cartographie 3D parmi les meilleurs ici.

Le système de contrôle de vol du drone, avec sa stabilité gyroscopique à 6 axes et son GPS, navigation par points de cheminement, a rendu ce projet possible. D'autres projets et secteurs bénéficient de cette technologie inventée pour la première fois il y a des centaines d'années.

Dans cette dernière vidéo, nous apprenons comment fonctionnent les accéléromètres, les gyroscopes et les magnétomètres MEMS et comment les utiliser avec la carte Arduino.

Nous serions ravis de connaître votre avis

      Laisser un commentaire