Stabilisation d’une Nacelle 2-axes

Projet Robotique DI4

Alain Krok alain.krok@etu.univ-tours.fr

Valentin Montmirail valentin.montmirail@etu.univ-tours.fr

Le but de ce projet était de réaliser ce que la Nature sait faire depuis des années : stabiliser la vue.

Bref Historique de l’existant.

La nacelle à  servomoteurs

Le premier modèle disponible au grand public à  un prix abordable est la nacelle à  servomoteurs.

Ce système est composé d’une nacelle actionnée par deux servomoteurs permettant une
stabilisation selon les axes avant-arrière et gauche-droite.

Ces deux servomoteurs sont connectés et alimentés directement par la carte principale du
drone.

Ainsi, la nacelle utilise le couple gyroscope-accéléromètre de la carte principale pour effectuer
les calculs nécessaires au positionnement de la nacelle à  plat.

Les ordres sont ensuite transmis aux servomoteurs qui mettent en mouvement le plateau de
la nacelle. La figure suivante montre un exemple de nacelle à  servomoteurs :

Malgré son coût relativement faible, ce système présente deux défauts majeurs :

– temps de réaction et précision des servomoteurs : lors de mouvements violents, la nacelle
met du temps à  revenir à  sa position initiale.

– dépendance à  la carte principale : les calculs sont distribués, et la batterie principale est
solicitée

La nacelle à  moteurs brushless

Les nacelles à  moteurs brushless sont constituées de 2 éléments majeurs :

– un support sur lequel sont fixés deux moteurs brushless

– une carte dédiée afin d’effectuer les calculs, ainsi qu’un capteur permettant de donner les
informations de position-orientation à  la carte

Cette nouvelle version permet donc de corriger les problèmes liés à  la nacelle à  servomoteurs,
moyennant un coût légèrement plus élevé (environ 200euros pour la structure métallique +
moteurs, et entre 40 et 100 euros pour la carte principale + capteur).

Ce système est ainsi entièrement indépendant, et compatible avec tout types de drones.

Pour stabiliser une nacelle, il a fallut l’asservir.
Pour cela, nous avons utilisé une méthode très connu dans le monde : la méthode du PID

Asservissement par la méthode du PID

Comme nous l’avons dit précédemment, afin de résoudre le problème d’asservissement, nous
utilisons une méthode de régulation. La plus utilisée de ces méthodes est le PID.

Le principe de la régulation par PID est de modifier intentionnelement la valeur de l’écart mesuré entre la
consigne et la position courante.

L’image suivante montre ce principe :

Conclusion

Vidéo de démonstration de la stabilisation de la nacelle (à l’aide d’une caméra GoPro) :

Comme vous pouvez le voir sur cette vidéo, la caméra est parfaitement stable, qu’importe
les mouvements effectués par le drone.

Cela vient du fait qu’à  chaque force appliqué sur la caméra, une force contraire est envoyé
dans les moteurs par la carte Arduino pour l’annuler.

Ainsi pour tout mouvement, une force contraire est appliquée, et donc la caméra reste à  la
consigne.

Ce projet nous a beaucoup apporté. En effet, nous avons put mettre en pratique les cours
de robotique, mais aussi réutiliser les connaissances acquises l’an passé dans les domaines des
microcontrôleurs ainsi que de la programmation.

Nous avons ainsi put travailler sur différents domaines, et les lier (mécanique, électronique, informatique). Nous avons put aussi découvrir en quoi consistait un asservissement, et le résoudre au moyen d’une régulation par PID.

De plus, nous avons put suivre la démarche d’un ingénieur, en effectuant le projet selon
différentes étapes, et en respectant le principe du cycle en V.

En effet, nous avons réussi à  tenir à  jour notre planification des tà¢ches, malgré les différents problèmes rencontrés.

En outre, ce projet peut être sujet à  amélioration. En effet, il serait intéressant d’ajouter
un système de réglage automatique de PID, afin que l’utilisateur n’ai quasiment plus à  toucher
au système. Il serait aussi intéressant d’ajouter un système de régulation de tension, afin que
l’utilisateur puisse effectuer ses réglages sur PC, tout en ayant la batterie branchée sur la nacelle
(comme sur le système d’alexmos).

Enfin, ce projet peut être utile dans de nombreux domaines. Tour d’abord, le milieu de
l’audiovisuel peut utiliser ce système afin de stabiliser ses images, tout comme dans le domaine
de la sécurité (police, pompiers, . . .). On peut aussi modifier le système pour l’adapter sur des
branquards. En effet, si une victime doit être transportée de toute urgence, le lit pourrait être
stabilisé afin que la victime ne soit pas assujettie aux différentes perturbations.

Pour en savoir plus : C’est ici

A bientôt dans un prochain billet …