Examen de la conception du mini-drone Quadcopter

Lorsque la légèreté n'est pas seulement une optimisation des coûts, mais le principal critère de fonctionnement du produit. Peut-on faire voler un char militaire ? Ou comment entrer dans le cycle vertueux de la fabrication d'un cadre léger qui permet de mettre un moteur plus petit, qui permet de mettre des batteries plus petites, qui permet (...).

C'est aussi un excellent exemple d'utilisation de composants croisés existants sur étagère pour obtenir des coûts de consommation très faibles.

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Lorsqu'il s'agit d'un jouet volant, chaque gramme compte. Et lorsque l'objectif est de le rendre aussi bon marché que possible, les concepteurs doivent utiliser intelligemment les composants disponibles sur le marché.

Design

 Déjà, la boîte est pensée allégée : 2 simples élastiques pour maintenir le produit en toute sécurité mais facile à mettre ou à détacher.

Le corps de l'hélicoptère principal

Un très bel exemple de conception de produit.

Le cadre principal est réalisé en même temps :

• la structure physique de l'hélicoptère sans qu'aucun autre assemblage ne soit nécessaire. La découpe CNC permet d'obtenir une forme avancée en creusant les 4 bras, ce qui réduit encore plus le poids.
• le cadre est le PCB lui-même ! ce qui permet de souder tous les composants électroniques directement dessus, évitant ainsi de fixer un PCB séparé ; il permet également de faire passer les deux pôles des 4 moteurs directement sur les 4 bras du châssis sans avoir besoin de câbles supplémentaires (sauf ceux directement sur le moteur -lisez la suggestion à ce sujet ci-dessous-)
• une saillie du PCB ; c'est en même temps le connecteur d'alimentation. Pour assurer une connexion correcte en termes de polarité +/-, le poka-yoke est simplement une résistance CMS montée d'un côté, ce qui permet d'éviter les erreurs d'utilisation. Cette résistance est montée comme l'autre composants électroniques sur le tableau.

L'autre idée de génie est le choix d'une moteur standard de taille micro utilisé dans l'industrie du téléphone.

Fabriqués spécialement, ces moteurs coûteraient une fortune, mais comme ils sont utilisés comme actionneurs de vibrateurs dans de très grands volumes, ces moteurs de fortune sont non seulement très fiables, mais aussi très bon marché.

4 LEDs, 2 rouges et 2 bleues, sont placées aux extrémités du bras pour aider le pilote à distinguer l'avant de l'arrière du drone pendant le vol, le drone ayant une forme globalement ronde. Ces LEDs sont simplement acheminées en parallèle au moteur, évitant ainsi un routage supplémentaire dédié au PCB.

La batterie est simplement maintenue en place avec du ruban adhésif double face sur la carte de circuit imprimé, puis entourée par le couvercle du corps principal.

Cadre de protection des lames

Léger et flexible, le cadre est destiné à protéger les doigts de l'utilisateur des lames, et les lames de tout choc contre l'environnement pendant la phase d'apprentissage du pilote.

Il s'agit de la pièce injectée la plus fine de ce produit ; 6 éjecteurs par cercle sont nécessaires pour sortir la pièce du moule.

Cage du moteur

Une œuvre d'art en termes de conception pour réaliser un moule en 2 parties seulement (il suffit de suivre le plan de joint !).

Les coupures sont autorisées, dans la limite de 15 mm :

• la cage autour du moteur + 2 clips sur le dessus, maintenant le moteur après l'insertion.
• 4 butées de fin de course autour du PCB + 2 clips
• un axe inférieur, fournissant au moteur à la fois des passages d'aération et un espace pour les fils.
• 2 "pieds" sur le fond, faisant office de supports d'atterrissage (vraiment nécessaire ? Hypothèse : ils étaient peut-être destinés à permettre un passage différent pour les fils.)

Couvercle du corps principal

Injection plastique très fine, avec un design de creusement qui atteint 4 objectifs :

• une belle conception visuelle, avec des formes techniques
• maintien de la batterie et protection des composants contre les doigts de l'utilisateur et contre les chocs potentiels pendant le vol (ou à la fin du vol)
• espace pour la ventilation des composants électroniques, y compris la batterie
• permettre la conception d'un moule à 1 mouvement

Télécommande

Il est évident que les efforts de conception et d'optimisation sont moindres dans ce cas. Il fait simplement son travail pour un tel niveau de prix.

Purement fonctionnel et non destiné à supporter les chocs.

Sa taille est vraiment le minimum pour être tenu correctement par deux mains adultes.

Le corps est composé de 3 parties de base, y compris le couvercle de la batterie. Les fonctions comprennent les 2 joysticks typiques à contrôler avec les pouces.

Conclusion

Les pouces en l'air ! Une belle démonstration du choix judicieux des composants, des analyses de valeur pour tout réduire au minimum, et de la conception plastique. Sans compter un beau travail d'injection pour des pièces et cadres déformables aussi fins.

Il est probable que le processus de conception ait commencé par le micro moteur disponible (cf. article sur ce point) et le reste est ensuite adapté, c'est-à-dire la taille globale du cadre et le choix de la batterie.

Tout cela permettant, à notre connaissance, le plus petit jouet de drone produit en série, tout en maintenant un produit bon marché vraiment abordable.

Améliorations possibles ?

Compatible dans cette gamme de prix et ce segment du marché des jouets, nous n'en voyons que de très mineures :

• façonner légèrement les pattes du cadre du PCB de manière plus régulière et directement sur le corps ; une amélioration encore plus poussée pourrait consister à relier les 4 bras par une trajectoire circulaire, rendant le drone plus rigide, au prix d'une moins bonne optimisation du placement du PCB sur la feuille totale et des pertes de matériaux associées au PCB
• une forme d'indexation en plastique dans la cage du moteur, et sa contre forme femelle dans le PCB, pour éviter que la cage du moteur ne tourne.
• une amélioration possible de la production : si les moteurs se situent sur le PCB plutôt que dans le plan médian, cela signifie un redesign complet de la cage, et les deux broches du moteur pourraient être connectées directement sur le PCB avec des soudures traversantes, évitant complètement les 8 fils et les soudures manuelles 2x2x4 associées. Rigidité et conception globale typique du quadcoptère à confirmer.

Des innovations possibles ?

Au fur et à mesure que le prix des petits composants diminue, nouvelle génération pourrait inclure des capteurs de hauteur + distance latérale pour permettre un contrôle plus facile de la hauteur et de l'évitement des obstacles pour les pilotes débutants ou les courses rapides ?

Certains laboratoires de recherche ont déjà démontré une incroyable coopération entre les drones volants. Combiné avec la suggestion de capteur ci-dessus, ce drone pourrait devenir une belle plateforme de drone de bricolage et gagner une base de clients massive supplémentaire en étant programmable ? (une puce programmable USB à code source ouvert + un connecteur USB légèrement plus grand).