Guide d’achat et vente de drones

Quels sont-ils et qui les utilise? Certains les appellent des drones, d’autres appliquent le terme «quadcoptères» comme terme générique – bien qu’ils puissent avoir n’importe quel nombre de rotors ou même être des avions – la FAA les appelle «systèmes aériens sans pilote» (UAS). Je préfère les appeler «véhicules aériens sans pilote» (UAV), un terme neutre assez large pour inclure en toute sécurité à peu près toute la gamme, des nano drones Hubsan aux avions commerciaux et militaires pesant des centaines de livres et essentiellement de la taille de petits avions habités .

Quadricoptère DJI Phantom 4

Les drones sont et ne sont pas nouveaux. À partir de 2013, une nouvelle tendance est apparue sur le marché des jouets technologiques et de l’imagerie aérienne – une explosion de popularité des avions RC multi-rotors compacts, peut-être plus particulièrement le DJI Phantom 4 , un quadcopter compact doté d’une caméra aérienne stabilisée par cardan. Les amateurs de RC vont, bien sûr, crier au scandale. Ils souligneront que les avions radiocommandés (sans pilote) existent depuis des décennies – voire plus longtemps * – sans oublier que les pilotes les équipent de caméras pour FPV depuis que les caméras sont petites et que les émetteurs vidéo sont bon marché. Bien que cela soit vrai, le marché a toujours été une niche, le domaine exclusif des modélistes dédiés (une poignée d’utilisateurs professionnels à part) auxquels peu de personnes à l’extérieur accordaient beaucoup d’attention ou dont ils étaient même conscients.

S’il y a une percée écrasante qui a mis les drones grand public et prosommateur sur la carte, ce sont les systèmes de contrôle de vol informatisés et la technologie multi-rotor, cette dernière n’étant pas possible sans la première. Les avions RC traditionnels nécessitent des compétences pour voler et beaucoup deviennent assez chers (vous devrez peut-être réhypothéquer votre maison pour en payer). Beaucoup sont propulsés par de minuscules moteurs à gaz, certains même des turbines, et volent à des vitesses réduites compétitives par rapport aux avions pilotés. Les drones multi-rotors, qui se distinguent des hélicoptères en raison de la complexité de leurs systèmes de contrôle, nécessitent un ordinateur pour réguler les entrées de contrôle. Contrairement aux avions, il n’y a pas de gouvernail, pas d’ailerons; juste des hélices. La seule façon de moduler le vol est de faire tourner les rotors à des vitesses différentes, et il n’y a tout simplement aucun moyen de le faire manuellement. Un effet secondaire de cette mise en œuvre fly-by-wire est qu’ils peuvent essentiellement se piloter eux-mêmes, en particulier lorsqu’ils sont équipés de GPS, de flux optique et d’autres systèmes de guidage. Cela signifie que presque tout le monde peut voler; bien que je suppose que c’est une question ouverte si n’importe quidevrait voler.

Parce qu’ils peuvent suivre des modèles de vol très précis, ainsi que planer dans une position fixe (en supposant un GPS ou un flux optique), il était inévitable que l’un des cas d’utilisation les plus populaires pour les multi-rotors soit l’imagerie. Et, par chance, dans le même temps, les caméras HD et 4K sont devenues vraiment compactes et vraiment bon marché (par rapport à la qualité qu’elles pompent), ce qui fait de l’attachement à un UAV une évidence.

Comment ils travaillent

Les UVA se décomposent, avec quelques variations, en ces composants:

Contrôleur principal (MC)

DJI ESC Center Board et MC V2 pour Phantom 3 Professional / Advanced Quadcopter

Le cœur du système de contrôle de vol, cela peut être considéré comme le «cerveau» de l’UAV. Il s’agit d’un ordinateur embarqué (dont beaucoup fonctionnent sous Linux) qui dispose d’un logiciel personnalisé pour contrôler l’avion, parfois reprogrammable par l’utilisateur via un kit de développement logiciel (SDK). Dans certaines conceptions, le MC est un module séparé avec des ports de connexion. Sur d’autres, en particulier les produits de consommation, il peut y avoir une seule carte de circuit imprimé (PCB) qui comprend le MC, des gyroscopes / capteurs, des contrôleurs de vitesse électroniques (ESC) et d’autres composants électroniques de vol de base.

Avec des conceptions modulaires, une certaine forme de connectivité – analogue aux ports SATA à l’intérieur d’un ordinateur – est fournie, permettant l’installation de périphériques et de mises à niveau utilisateur. Le bus CAN est largement utilisé. Il s’agit d’une technologie d’interface série automobile développée dans les années 1980 qui a été réutilisée dans une gamme diversifiée de véhicules à commande par câble, y compris, entre autres, des moissonneuses-batteuses. 

Les systèmes modulaires ont l’avantage de pouvoir généralement être remplacés ou mis à niveau. Au début, une partie importante du modèle commercial de DJI consistait à vendre ses contrôleurs de vol Naza-M et A3 Pro à triple redondance à des fabricants de drones tiers et à des constructeurs individuels de plusieurs rotors.

Gyros / Capteurs

Carte de contrôle Heli Max TAGS-FX pour quadricoptère 230Si

Pour que l’autonomie fonctionne, le MC doit suivre la façon dont l’avion vole. Pour ce faire, une certaine forme de réseau de capteurs est fournie. Généralement, il comprendra des accéléromètres, des unités de mesure inertielle (IMU) et des gyroscopes, et peut également fonctionner en conjonction avec des données de position d’un système de flux optique ou d’un GPS / boussole. Fondamentalement, ces capteurs indiquent à l’UAV à quelle vitesse son accélération change, dans quelle direction et s’il est à l’endroit. Ceux qui sont familiers avec les stabilisateurs de caméra à cardan motorisés peuvent reconnaître la même technologie de capteur utilisée ici que dans les cardans.

Contrôleurs de vitesse électroniques (ESC)

ESC HUBSAN pour Quadricoptère FPV H501S X4

Chaque moteur a un ESC (bien que certains modèles mettent tout sur une seule carte). Dans sa forme la plus élémentaire, un ESC régule la puissance allant au moteur avec lequel il est couplé. Des systèmes plus sophistiqués peuvent également relayer des données vers le contrôleur de gestion, telles que des informations vitales sur les performances des moteurs. Avec six rotors ou plus, la rétroaction active permet de continuer à voler (suffisamment pour atterrir en sécurité) en cas de panne d’un moteur.

Destinataire

Récepteur d’avion RC Spektrum AR400 4 canaux DSMX

Ce récepteur est destiné au système de radiocommande. Il s’apparie («lie») avec le contrôleur que le pilote ou l’opérateur tient, ce qui, logiquement, si cela prête à confusion, est appelé «émetteur». Les récepteurs modernes fonctionnent généralement dans la gamme 2,4 GHz (comme d’autres systèmes radio sans licence, tels que le Wi-Fi) et disposent de quatre canaux ou plus, des canaux supplémentaires permettant de relayer les fonctionnalités personnalisées via le signal de commande, en plus des entrées de pilotage de base . Dans le monde des loisirs, ces canaux supplémentaires peuvent être utilisés pour tout, de la rétraction / extension du train d’atterrissage à la mise à feu d’un générateur de fumée. Dans les applications d’imagerie aérienne, les canaux supplémentaires peuvent parfois être dédiés au contrôle de la nacelle ou de la caméra.

Moteurs

Pod moteur 3DR pour quadricoptère solo

Dans la plupart des cas, il s’agit de moteurs électriques sans balais. Les moteurs sont généralement appariés, chaque paire étant un ensemble contenant un moteur dans le sens horaire (CW) associé à un moteur rotatif dans le sens antihoraire (CCW), bien qu’ils puissent être vendus individuellement. Lors de leur remplacement ou de la construction de votre propre système, il est important d’utiliser le bon sens de rotation dans la bonne position. Cela peut prêter à confusion, car les hélices sont souvent désignées CW ou CCW en fonction de la manière dont elles se vissent, et non de la direction dans laquelle elles tournent – ce qui est probablement la direction opposée!

Hélices

Pales d’hélice auto-serrantes veho pour drone Muvi

Les drones légers utilisent des hélices en plastique, qui résistent à la rupture à l’impact parce qu’elles sont flexibles et qu’elles sont plus sûres. Les modèles plus lourds utilisent de la fibre de carbone ou d’autres matériaux plus rigides (les avions utilisent fréquemment du bois ou du nylon / verre). Les hélices en fibre de carbone sont dangereuses, voire mortelles, et ne doivent être utilisées que par des pilotes expérimentés et loin des personnes. À moins que les performances extrêmes ne soient un problème, les avantages de la fibre de carbone par rapport au plastique sont marginaux sur les multi-rotors.

Émetteur

Émetteur 3DR 2,4 GHz, 9 canaux pour quadricoptère IRIS

Ceci est le contrôleur radio. Pour un nombre croissant de jouets technologiques et de drones d’entrée de gamme, le «transmetteur» est simplement la combinaison d’une application mobile et d’une tablette ou d’un smartphone Wi-Fi ( Parrot utilise le contrôle Wi-Fi pour tous ses quadricoptères). UAV équipés de récepteurs, tels que Spektrum et Futaba, peut fonctionner avec une gamme d’émetteurs. Cela permet à l’utilisateur de sélectionner le meilleur ajustement, en fonction des fonctionnalités qu’il recherche et de son budget. Il convient de noter: ceux-ci ont tendance à être propriétaires, donc avec un récepteur de marque X, vous aurez probablement besoin d’un émetteur de marque X ou, à tout le moins, d’un émetteur compatible avec la marque X. Les systèmes qui incluent un émetteur (ainsi que d’autres accessoires de base nécessaires pour voler) sont surnommés «prêts à voler» et sont les plus simples pour relancer le débutant.

Lors de l’investissement dans un émetteur, la compatibilité peut généralement être déterminée en se référant aux spécifications du récepteur. Il devra prendre en charge le même protocole que le récepteur et prendre en charge au moins autant de canaux que le récepteur le requiert. Ainsi, par exemple, un récepteur DSMX 4 canaux fonctionnera parfaitement avec un émetteur DSMX 6 canaux. Pour les configurations avancées, il faut également prendre en compte les systèmes secondaires qui devront interagir avec l’émetteur, comme une radio de télémétrie .

Les émetteurs peuvent aller du simple travail à deux manettes pour les jouets télécommandés à des composants électroniques hautement sophistiqués avec une programmation avancée pour prendre en charge une myriade de configurations d’avion, une mémoire de modèle extensible, des affichages de télémétrie, un retour sonore et des ports d’entraînement. À bien des égards, les émetteurs haut de gamme sont plus complexes que les avions qu’ils pilotent.

D’autres systèmes matériels qui ne sont pas essentiels à l’archétype du drone mais qui sont néanmoins courants, comprennent:

• GPS

• Flux optique

• Évitement d’obstacle

• Télémétrie / OSD

• Station au sol

GPS

Carte GPS Parrot pour Drone BeBop 2

Une fois que vous avez transcendé la catégorie des jouets, le GPS – souvent appelé de manière générique GNSS pour inclure GLONASS et d’autres systèmes – est assez standard sur les multi-rotors. En fournissant des données de position (relativement) précises, le GPS permet des modes de vol, y compris le vol stationnaire fixe, le retour automatique à la maison, le contrôle de l’orientation et les «bulles» de sécurité qui limitent la distance entre l’UAV et le pilote. Le GPS offre également un niveau supplémentaire de granularité pour améliorer encore la stabilité du vol. Les drones équipés d’un GPS peuvent généralement voler sans lui, mais perdront une partie de leur autonomie. Ainsi, ils dépendent davantage des compétences du pilote pour rester en vol. Pour que le GPS fonctionne, une boussole est également nécessaire pour fournir le relèvement, et l’étalonnage de la boussole peut impliquer une routine avant-vol baroque mais essentielle.

Flux optique

Module de positionnement DJI Vision pour Quadricoptère Inspire 1

Le flux optique, connu sous le nom de Vision Positioning sur les systèmes DJI, est conçu pour faire à l’intérieur près du sol ce que le GPS fait à l’extérieur à des altitudes plus élevées. Dans la mise en œuvre classique, il existe une caméra prenant des images fixes haute fréquence pour garder une trace de sa position relative, en utilisant une technique appelée «estimation de mouvement». Étant donné que le flux optique actuel ne peut fournir des données de position relatives que dans des limites limitées, il ne vous donnera pas des fonctions autonomes complètes, telles que le retour à la maison, mais permet un survol fixe. En plus du flux optique, certains systèmes, comme les DJI, disposent également d’un émetteur ultrasonique et d’un microphone pour augmenter les données de vision à la sonar.

Bien que conçu pour favoriser le vol en intérieur, le flux optique ne permet pas un fonctionnement sûr à proximité, ou surtout au-dessus, des personnes. Il repose sur une vue dégagée du sol (ou d’une autre surface statique) et avec les systèmes actuels, il n’est bon qu’à des hauteurs allant jusqu’à 7 pieds environ, ce qui placerait le drone directement au-dessus de la tête de la personne moyenne, sans parler de la collision avec de nombreux basketball joueurs. De plus, les systèmes à ultrasons ne doivent pas être utilisés à proximité d’animaux à audition aiguë, tels que les chiens, car les émissions sont audibles et peuvent causer de l’inconfort ou être effrayantes.

Évitement d’obstacle

Hexacoptère YUNEEC Typhoon H avec Intel® RealSense ™, caméra GCO3 + 4K et sac à dos

Alors que le GPS et les capteurs permettent aux UAV de voler eux-mêmes, ils fonctionnent sur l’hypothèse d’un espace aérien non obstrué. À partir de 2015, nous avons commencé à voir les premiers systèmes d’évitement de collision grand public. L’adaptation par Yuneec d’ Intel® RealSense ™ , par exemple. L’évitement d’obstacles permet de prendre conscience de l’environnement environnant, non seulement en aidant le drone à ne rien heurter, mais également en mémorisant une carte 3D qui peut être appelée plus tard lors de la mise à jour d’une ligne de vol de pilote automatique. Cette technologie rapproche les drones du cauchemar de science-fiction / horreur de l’autonomie totale des véhicules.

Il convient de noter que l’évitement d’obstacles n’est pas une raison de jeter la sécurité par la fenêtre ou d’opérer volontairement à proximité d’objets dans lesquels on pourrait s’écraser. Le matériel et les logiciels sont faillibles, et même avec les meilleurs systèmes, le drone ne peut réagir que si rapidement. Avec des avions dépassant des vitesses de 50 mi / h et sans «freins», pour ainsi dire, beaucoup de choses peuvent mal tourner – et vite.

Télémétrie / OSO

Un exemple de vue à la première personne

La télémétrie est constituée de données sur votre vol – vitesse, altitude, tension de la batterie, etc. Cela peut être visualisé de plusieurs manières. La méthode à l’ancienne se fait via un écran intégré à l’émetteur. Dans certains cas, la télémétrie fonctionnera sur son propre système radio avec une fréquence unique, de sorte qu’un émetteur avec un récepteur de télémétrie dédié ou la possibilité d’en installer un est nécessaire. Plus récent est l’affichage à l’écran (OSD), un ajout à FPV qui superpose certaines données sur le flux vidéo de la caméra de vol. Dans ce cas, un module OSD est nécessaire, à travers lequel le flux vidéo passera après avoir quitté la caméra et avant d’arriver à l’émetteur vidéo.

Station au sol

Liaison de données Bluetooth DJI 2.4G pour DJI iPad Ground Station

Une station au sol est une solution tout-en-un pour le contrôle, le FPV, les données de télémétrie et même le vol entièrement autonome. Il peut être unifié en une seule extrémité d’air et un composant d’extrémité au sol ou peut nécessiter un assortiment complexe de matériel. Les stations au sol sont centrées sur un logiciel de bureau ou une application. Dans de nombreux cas, le logiciel suffit à lui seul pour le fonctionnement; bien qu’un émetteur puisse souvent y être lié pour un contrôle manuel direct.

En dépit de la restriction sur BVR, qui exclut de nombreuses applications commerciales, pour la vidéo aérienne et la photo, il est toujours possible de profiter du vol «waypoint» pour définir des modèles de vol hautement contrôlés pour des prises de vue prévisibles et reproductibles, même en conservant l’aéronef à portée visuelle.

sécurité

Les UAV sont des véhicules aériens qui peuvent se déplacer à grande vitesse – jusqu’à 50 mi / h environ pour les plates-formes de caméras multi-rotor, et beaucoup plus rapide pour les avions à voilure fixe et les giravions RC (c’est-à-dire les hélis conventionnels). En soi, ils ont le potentiel d’être très dangereux. La plupart des conseils de sécurité prennent la forme de bon sens, mais le bon sens est trop souvent ignoré. Voici quelques conseils généraux à prendre en compte:

• Suivez de très près toutes les étapes d’étalonnage avant le vol, en particulier l’étalonnage de la boussole et du GPS

• Maintenez le contact visuel à tout moment – FPV ne compte pas comme «contact visuel»

• Restez en dessous de 400 pieds au-dessus du niveau du sol (AGL); dans certains endroits, même plus bas

• Ne survolez pas les personnes, les propriétés privées ou en milieu urbain

• Ne volez pas à moins de 5 miles des aéroports, dans un espace aérien restreint ou à proximité d’héliports

• Apprenez à contrôler votre avion manuellement, même si vous prévoyez d’utiliser la fonctionnalité de pilote automatique dans la pratique; envisagez d’investir dans un avion de démarrage ou un logiciel de simulation de vol pour acquérir de l’expérience en vol

Au-delà de ces conseils généraux, votre meilleure ressource sera les autres dépliants. En particulier, consultez les clubs RC de votre région et contactez les membres d’organisations comme l’ AMA pour obtenir des conseils. Même si vous ne vous considérez pas comme un amateur, les clubs RC auront les meilleurs conseils en termes de choses à faire et à ne pas faire, et devraient être en mesure de vous orienter vers des cours, si vous souhaitez apprendre d’un instructeur ou avez besoin d’aide pour le dépannage. .

Au-delà des multi-rotors

Le buzz de nos jours, bien sûr, entoure les configurations multi-rotors, généralement des quadricoptères. Mais le monde RC a connu plusieurs types jurassiques qui sont bien antérieurs à ces nouveaux arrivants:

• Avions

• Planeurs / planeurs

• Hélis

Avions

E-flite Carbon-Z Cub BNF Basic

Les avions sont à voilure fixe, généralement avec un seul rotor avant, comme un Cessna miniature . Le moteur peut être un petit moteur thermique ou, en particulier dans les catégories plus petites et plus légères, électrique. Des moteurs à turbine inspirés des jets sont également disponibles, mais pas recommandés pour les âmes sensibles. 

Planeurs / planeurs

Une fois lancés – lancés en l’air – les planeurs profitent des thermiques, planant comme des faucons. Un simple système de gouvernail / élévateur alimenté par batterie donne au pilote le contrôle, ce qui en fait de véritables avions RC, pas simplement des avions en papier glorifiés. Soyez conscient des tricheurs, cependant. Les avions motorisés se vendront parfois comme planeurs. Ces imitateurs présentent de larges surfaces de vol de type planeur, permettant d’allonger les temps de plané avec les moteurs arrêtés. Ces faux planeurs sont parfois utilisés dans des applications commerciales, telles que la cartographie, en raison de leur longue portée.

Hélis

Hélicoptère RC Swann Bubble Bomber

Ne confondez pas hélis et multi-rotors. Les hélicoptères ont une surface de contrôle calquée sur de vrais hélicoptères et, en tant que tels, sont très difficiles à piloter. Il y a un ou plusieurs rotor principal pour fournir la portance, plus un rotor de queue pour contrer le couple du rotor principal. Les soi-disant multi-rotors, en revanche, ont des hélices de taille symétrique, généralement disposées par paires dans le sens horaire / antihoraire.

Valeurs aberrantes

Xcraft X PlusOne Platine

Tout ne rentre pas parfaitement dans une catégorie, bien sûr. Le Xcraft X PlusOne , par exemple, ne peut pas décider s’il s’agit d’un avion ou d’un multi-rotor. Il comporte quatre rotors orientés horizontalement et décolle et atterrit verticalement. Mais une fois en sécurité dans les airs, une transformation se produit. Le X PlusOne s’incline à 90 degrés et vole «vers l’avant», un corps statique en forme d’aile assurant la portance. Cette disposition peu orthodoxe permet au X PlusOne d’atteindre des vitesses allant jusqu’à 60 mph. Il n’y a pas d’ailerons, d’élévons, de gouvernails ou de surfaces de vol apparentées au sens habituel. Ce sont plutôt les variations de vitesse du moteur qui le manœuvrent.

Catégories d’UAV

Il n’y a pas de définitions formelles, et s’il y a une chose pour laquelle nous sommes connus, ce sont des débats sémantiques sans fin sur l’utilisation correcte du jargon. En ce qui concerne les drones équipés de caméras et ceux capables de transporter des caméras (à l’exclusion du marché des loisirs RC sérieux), nous pouvons à peu près répartir les classes comme suit: