Construisez et pilotez votre propre micro-drone ESP32 : Le guide complet

Introduction

Construire un micro-drone à partir de zéro peut sembler intimidant, mais l’ESP-FLY prouve que c’est tout à fait réalisable. Ce quadricoptère de poche mesure seulement 50 mm de large, pèse 18 g sans batterie et se pilote simplement avec votre smartphone. L’ensemble du projet coûte environ 37 $ en pièces et combine impression 3D, conception de circuits imprimés, programmation de microcontrôleurs et tests de vol pratiques dans une réalisation gratifiante.

Conception et impression 3D du châssis

Le châssis de l’ESP-FLY commence dans un logiciel de CAO. En utilisant Autodesk Fusion, la conception intègre les mesures de chaque composant qui s’insérera à l’intérieur : le contrôleur de vol, la batterie, les moteurs et les capteurs. Le design fermé comporte des bras à deux broches pour soutenir les moteurs tout en conservant une aérodynamique de base. Un capot supérieur affiche le nom du drone, et un capot secondaire optionnel permet d’accueillir une caméra FPV de 3 g pour ceux qui souhaitent une vue à la première personne.

Les fichiers STL finis sont disponibles au téléchargement, avec les paramètres d’impression 3D recommandés. Une fois chargés dans un logiciel de tranchage et envoyés vers une imprimante 3D, les pièces s’impriment remarquablement vite. Une imprimante de qualité peut produire tous les composants du châssis en environ 30 minutes, offrant des pièces sans bavures, déformations ou décalages de couches. Le châssis imprimé en 3D pèse environ 4 g.

Pour ceux qui n’ont pas accès à une imprimante 3D ou qui ont un budget limité, une alternative en PVC existe. Un tube en PVC de 2 pouces acheté en magasin de bricolage peut être coupé, chauffé et aplati en feuilles. En utilisant un plan fourni, vous pouvez marquer, percer et découper les pièces du châssis à la main, puis les plier et les coller. Cette approche DIY en PVC produit un châssis fonctionnel pesant environ 6 g, légèrement plus lourd que la version imprimée en 3D mais toujours capable de voler.

Construction de l’électronique : Assemblage du PCB

Le cœur de l’ESP-FLY est un PCB à quatre couches personnalisé qui intègre le capteur de mouvement, le pilote de moteur et la distribution d’énergie dans un seul module compact. La conception de la carte implique le placement de composants montés en surface à l’aide d’un logiciel de conception de PCB avec une assistance IA pour rationaliser la disposition. La couche supérieure gère le suivi des mouvements tandis que la couche inférieure gère le contrôle des moteurs et l’alimentation.

Une fois les fichiers Gerber exportés, ils sont envoyés à un fabricant de PCB pour la production. Les cartes résultantes arrivent prêtes à être assemblées. À l’aide d’un pochoir SMD et de pâte à braser, les composants sont soigneusement placés et refondus sur une plaque chauffante. Le module complet de capteur et de pilote de moteur pèse seulement 1 g, ce qui maintient le drone léger et efficace.

Pour ceux qui n’ont pas d’équipement de soudure, des services d’assemblage de PCB sont disponibles. Il vous suffit de télécharger votre nomenclature et vos fichiers de placement, et le fabricant livre une carte entièrement assemblée prête à l’emploi.

Installation du contrôleur de vol et des moteurs

Le Seeed Studio XIAO ESP32S3 sert de cerveau au drone. Ce microcontrôleur de la taille d’un pouce mesure seulement 21 mm par 17 mm, ce qui le rend idéal pour un micro-drone. Malgré sa taille compacte, il exécute deux cœurs avec une grande puissance de traitement, inclut le Wi-Fi à faible latence intégré pour un contrôle en temps réel, et dispose d’un système de gestion de batterie permettant une charge directe via USB-C. Sa consommation de 100 milliampères aide à prolonger le temps de vol, ce qui est crucial pour un appareil léger.

La pile du contrôleur de vol se monte sur le PCB à l’aide de connecteurs à broches. Quatre moteurs sans noyau de 6 mm par 15 mm avec un diamètre d’arbre de 0,8 mm se connectent aux pastilles du pilote de moteur. Deux moteurs tournent dans le sens des aiguilles d’une montre et deux dans le sens inverse, identifiables par la couleur des fils. Les fils des moteurs passent à travers des trous conçus dans les bras du châssis, gardant l’intérieur propre. Une petite sangle de batterie en serre-câble sécurise une batterie LiPo de 150 à 300 milliampères avec un taux de décharge d’au moins 25C.

Le train d’atterrissage se compose de quatre sections de 25 mm de fil de connexion rigide pliées en forme de V et collées dans les zones de support des moteurs. Des hélices tripales Gem Fan se fixent sur les arbres des moteurs, avec des couleurs différentes sur les moteurs arrière pour faciliter l’orientation pendant le vol. L’antenne du XIAO est dessoudée, dénudée et acheminée vers le côté droit du drone où le capot supérieur glisse par-dessus.

Programmation et pilotage de votre drone

L’installation du firmware utilise le framework de développement ESP IDF et la ligne de commande Powershell. Le firmware ESP Drone, créé à l’origine par Espressif et inspiré par le projet Crazyflie, est flashé sur le microcontrôleur. Les options de configuration vous permettent de spécifier le type de puce, de sélectionner les capteurs et moteurs actifs, et d’assigner leurs broches. Une fois flashé avec succès, le drone affiche un message “prêt à voler”.

Le logiciel client Crazyflie ouvre une interface de configuration avancée où vous pouvez ajuster les paramètres de contrôle de vol tels que les taux de trim, les seuils de poussée et les modes de vol. Après calibration sur une surface plane, le drone se connecte à votre téléphone via son point d’accès Wi-Fi. L’application mobile ESP Drone fournit une interface de contrôle par joystick. Le joystick gauche contrôle les gaz et le lacet, tandis que le joystick droit gère le tangage et le roulis. Le temps de vol sur une batterie de 250 milliampères atteint environ 5,5 minutes, avec une portée dépassant 50 mètres.

Voir plus de détails pour Seeed Studio XIAO ESP32S3

Pour les passionnés de FPV, la micro-caméra optionnelle WT07 de 3 g se monte dans un capot de châssis secondaire. La caméra se connecte au connecteur de batterie et transmet la vidéo à 5,8 GHz vers des lunettes FPV compatibles, offrant une vue en direct à la première personne avec une portée de transmission supérieure à 100 mètres. L’ajout de la caméra réduit le temps de vol d’environ une minute mais ouvre des possibilités de vol immersif.

Conclusion

L’ESP-FLY démontre que la construction d’un micro-drone fonctionnel est à la portée des makers ayant des compétences de base en soudure et un accès à une imprimante 3D ou à des outils manuels. La combinaison d’un châssis léger, d’un contrôleur de vol efficace et d’un contrôle par smartphone en fait un projet captivant qui offre une réelle capacité de vol. Que vous choisissiez le châssis imprimé en 3D ou en PVC, que vous assembliez le PCB vous-même ou utilisiez un service, le résultat est un appareil de poche qui vole de manière fluide et fiable.