Brevet FR2931693A1 — publié le 20091204

-1- Domaine technique de l'invention La présente invention concerne un système de contrôle et stabilisation d'engins volants miniatures télécommandés de type quadri-rotor. Ce système est basé sur un circuit électronique comprenant des mixeurs. Etat de la technique antérieure 10 Un quadri-rotor assure sa propulsion et sa sustentation grâce à quatre groupes moto propulseurs (moteurs et hélices à pas fixe) montés sur quatre bras. Alors qu'un hélicoptère utilise un rotor principal et un plateau cyclique pour contrôler la poussée, le roulis et le tangage (le lacet étant contrôlé par le rotor de queue), un quadri-rotor assure ces quatre 15 fonctions grâce aux variations de vitesse sur les groupes moto propulseurs (cf. figure 1). C'est pourquoi le choix du système de contrôle de ces quatre moteurs est primordial. Actuellement les quadri-rotors télécommandés du commerce sont contrôlés et stabilisés par un microcontrôleur, qui reçoit des signaux des gyroscopes et du récepteur (communiquant avec la télécommande) pour ensuite les traiter puis les envoyer vers 20 l'interface puissance des quatre moteurs. Un microcontrôleur est délicat à programmer, peut faire des erreurs, et est assez cher. Exposé de l'invention 25 Le système selon l'invention permet de remplacer le microcontrôleur et donc de remédier aux trois inconvénients cités dans le paragraphe précédent. Il comporte selon une première caractéristique, à la place du microcontrôleur, trois mixeurs couplés à une interface puissance comprenant quatre contrôleurs de moteurs brushless. Lorsque l'utilisateur actionne la télécommande, les signaux proportionnels de sortie des quatre 30 voies du récepteur (puissance/gaz, roulis, tangage, lacet) sont envoyés vers les mixeurs. Trois gyroscopes peu sensibles sont placés avant les mixeurs, un gyroscope pour stabiliser en roulis, un deuxième pour stabiliser en tangage, et un troisième pour stabiliser en lacet, de manière à compenser une brusque rafale de vent. Les mixeurs traitent les signaux puis les envoient vers l'interface de puissance (cf. figure 2 ù synoptique). Voici deux exemples 35 de traitement éclairant les formules de la figure 2 : 2931693 -.2- • Exemple 1 : faire piquer le quadri-rotor. Cela revient à diminuer la vitesse de rotation du moteur avant et à augmenter celle du moteur arrière, donc un 5 signal transitant par les contrôleurs C 1 et C3. Traditionnellement sur les joysticks d'une télécommande, piquer se traduit par une augmentation de la voie 2 (du tangage T), avec toutes les autres voies constantes. Ainsi le mixeur M3 va donner sur sa sortie + un signal de commande supérieur à celui sur sa sortie ù (car T>0), et le moteur arrière (moteur 3 de la figure 1) va tourner plus vite que le moteur avant (moteur 1 de la figure 1). • Exemple 2 : incliner sur la droite le quadri-rotor. Cela revient à diminuer la vitesse de rotation du moteur droit et à augmenter celle du moteur gauche, donc un signal transitant par les contrôleurs C2 et C4. Traditionnellement sur les joysticks d'une télécommande, s'incliner à droite se traduit par une diminution de la voie 1 (du roulis R), avec toutes les autres voies constantes. Ainsi le mixeur M2 va donner sur sa sortie + un signal de commande inférieur à celui de sa sortie ù (car R Brève présentation des figures Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 montre le principe de vol (et de contrôle) d'un quadri-rotor. La figure 2 (ou synoptique du système) représente le système de l'invention. La figure 3 représente le montage réel du système de l'invention (circuit électronique). 2931693 -3- La figure 4 représente la variante 3 du système, au niveau de l'interface puissance. 5 Exposé détaillé d' un mode de réalisation En référence à la figure 2, le système comporte un récepteur (3) de quatre voies minimum qui reçoit les signaux de la télécommande (6) (ou émetteur). Depuis les quatre voies de ce récepteur, des câbles (souvent de type JR (7)) partent vers les mixeurs (1) en 10 passant par les gyroscopes (4) pour les voies 1 (roulis), 2 (tangage), 4 (lacet). L'ordre des voies peut être changé, il suffit alors de lier la bonne voie à la bonne entrée du mixeur par un câble JR. Le type de câble choisi dépend du type de composant employé. Les câbles reliant entre eux les mixeurs, ainsi que les câbles liant les mixeurs M2 et M3 aux contrôleurs (2) sont souvent aussi de type JR. De plus l'alimentation des quatre contrôleurs 15 brushless est faite par des batteries (5) connectées souvent par des connecteurs de type BEC ou JST (8) (cf. figure 3 pour les branchements). Le récepteur doit être alimenté séparément à 5V (souvent via un câble JR), afin que les gyroscopes s'activent. Le type de batterie alimentant les contrôleurs est souvent LiPo ou NiCd ou encore NiMH. 20 La disposition des gyroscopes se fait selon l'axe qu'ils stabilisent. Chaque gyroscope doit être rattaché à la structure du quadri-rotor via une matière absorbant les vibrations des moteurs (mousse par exemple). Les mixeurs, contrôleurs, le récepteur peuvent être simplement rattachés à la structure (SCOTCH double face, élastique, VELCRO, etc.). 25 Les branchements entre contrôleurs et moteurs se font à chaque fois par des connectiques simples (9) (trois pinoches : une pour la masse, une pour le +, une pour la commande), mais ce n'est pas l'objet de cette invention. Enfin le sens de branchement des mixeurs est primordial : il faut respecter la synoptique (cf. figure 2) pour obtenir un traitement correct des signaux, afin de satisfaire le 30 modèle classique du quadri-rotor donné en figure 1. Les mixeurs sont alimentés en courant par les câbles les liant aux contrôleurs (5V BEC). Application industrielle 35 Le système selon l'invention est particulièrement destiné à équiper des engins volants miniatures télécommandés de type quadri-rotor, pour des applications ludiques 2931693 -4- (petit jouet télécommandé) ou professionnelles (engin pour l'inspection de lieux difficiles d'accès, dangereux, etc.). REVENDICATIONS1) Système pour contrôler et stabiliser des engins volants miniatures télécommandés de type quadri-rotor, caractérisé en ce qu'il comporte trois mixeurs (1) reliés aux contrôleurs brushless (2) par des câbles souvent de type JR (7) (traitement des signaux de commande vers l'interface puissance, figures 2 et 3). 2) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte trois gyroscopes (4) en amont des mixeurs sur les voies du roulis, du tangage, du lacet, et placés après un récepteur (3) (transit des signaux de commande émis par l'utilisateur vers les mixeurs, figure 2), et liés par des câbles souvent de type JR. 3) Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que des batteries (5) souvent de type LiPo ou NiCd ou encore NiMH alimentent les contrôleurs par des câbles souvent de type BEC ou JST (8), et une batterie (5) de 5V alimente séparément le récepteur par un câble de type JR afin que les gyroscopes s'activent.