Si vous venez d'acheter votre premier drone ou si vous en utilisez depuis un certain temps mais que vous ne savez pas comment ils fonctionnent réellement, vous êtes au bon endroit.
Les contrôleurs, les joysticks et les applications rendent le pilotage d'un drone aussi facile que de jouer à un jeu vidéo.
Mais à l'intérieur du drone, il y a de petites pièces qui fonctionnent toutes ensemble pour que le drone puisse voler. Alors, comment fonctionnent les drones ?
Les parties les plus importantes d'un drone sont le système d'exploitation et le contrôleur de vol.
Les batteries alimentent les rotors qui font tourner les hélices et génèrent de la portance. Le contrôleur de vol utilise les données recueillies par les accéléromètres, les baromètres, les magnétomètres, les gyroscopes et le contrôleur pour rester en l'air.
Parmi les autres caractéristiques importantes qui améliorent le fonctionnement d'un drone figurent le GPS, la détection des obstacles et la prévention des collisions, les caméras et les logiciels.
Poursuivez votre lecture pour découvrir comment tous les composants d'un drone fonctionnent et comment ils contribuent tous au vol d'un drone.
Comment les drones volent (technologie de propulsion des drones)
Le drone a besoin de beaucoup de choses pour générer une ascendance et effectuer divers mouvements. Dans cette section, nous allons voir comment tout cela fonctionne. Mais avant cela, dressons d'abord la liste de tous les composants qui jouent un rôle dans la propulsion d'un drone :
- Moteur
- Cloche à moteur
- Stator du moteur
- Hélices
- Contrôleur de vol
- Roulements
- Enroulements
Aussi, avant de discuter du fonctionnement de chacune de ces parties, définissons certains mouvements courants des drones :
- Lacet - Il s'agit de la rotation de la section avant du drone dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse.
- Inclinaison - Il s'agit de l'inclinaison que prend le drone en fonction de la direction dans laquelle il se déplace. Pour accélérer vers l'avant, les drones abaissent la section avant et soulèvent la section arrière. Pour faire marche arrière, ils soulèvent la section avant et abaissent la section arrière.
- Roulis - C'est le mouvement par lequel un drone se déplace vers la gauche ou la droite.
J'expliquerai le rôle des hélices et des moteurs dans chacun de ces mouvements plus loin dans l'article.
Moteurs de drones
C'est l'une des parties les plus cruciales du système de propulsion. Les batteries alimentent les moteurs, ce qui les fait tourner à grande vitesse. En conséquence, les moteurs font tourner les hélices, ce qui crée la portance. Plutôt facile, non ? Pas vraiment.
Il existe deux principaux types de moteurs : les moteurs sans balais et les moteurs à balais. Les moteurs sans balais sont les plus utilisés car ils sont efficaces, durables et peuvent tourner à des vitesses très élevées.
Alors, quelle est la différence entre les moteurs à brosse et les moteurs sans brosse ? Tout se résume à leur fonctionnement. Mais avant d'expliquer les différences, définissons les principales parties qui les différencient.
- Stator - Le stator est la partie du moteur qui comporte des enroulements. C'est la partie qui fournit un champ magnétique, qui déclenche ensuite la rotation du rotor. Pour créer un champ magnétique, les stators ont des enroulements de fils de cuivre qui se transforment en aimants chaque fois qu'ils sont parcourus par un courant. Dans la plupart des cas, le stator est stationnaire.
- Rotor - Le rotor est la partie qui tourne, entraînant une rotation de l'arbre, qui entraîne ensuite une rotation des hélices.
- Entrefer - Il s'agit de la distance entre le rotor et le stator. Plus il est grand, moins les moteurs seront efficaces.
- Cloche du moteur - C'est la partie qui fait tourner les hélices dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse.
Les moteurs à balais et sans balais ont tous deux un stator et un rotor. Mais
dans les moteurs à balais, le stator fournit constamment un champ magnétique permanent. Le stator entoure un rotor, qui aura une polarité opposée, et une rotation du rotor se produira lorsque les balais du collecteur interagissent avec une alimentation électrique.
Le contact de ces balais avec l'alimentation rend les moteurs à balais inefficaces car ils s'usent plus rapidement, et la chaleur produite accélère l'usure du bourdon.
D'autre part, les
moteurs sans balais n'ont pas de balais. Au lieu de cela, le stator s'allume et s'éteint, fournissant un champ magnétique lorsque cela est nécessaire. L'attraction et la répulsion entre le stator et le rotor sont à l'origine de la rotation. Et comme il n'y a pas de contact, comme avec les balais dans les moteurs à balais, il n'y a pas de production de chaleur et l'usure est minimale.
Roulements de moteur de drone
Les roulements sont souvent négligés, et vous ne saurez peut-être pas qu'ils existent à moins de vérifier les moteurs. Pourtant, ils sont très utiles pour minimiser l'entrefer mentionné plus haut et maintenir les rotors en place lorsqu'ils tournent.
En fait, si vos moteurs tombent en panne, il y a de fortes chances que les roulements soient en cause. En ce qui concerne les roulements, il existe des roulements blindés et non blindés. Les roulements blindés sont les mieux adaptés aux moteurs de drones, car ces derniers tournent à grande vitesse et génèrent des températures très élevées qui pourraient détruire les roulements.
Hélices pour drones
Les hélices doivent tourner dans des directions différentes pour générer de la portance et maintenir le drone en l'air. Dans chaque paire d'hélices, l'une tourne dans le sens des aiguilles d'une montre (CW), et l'autre dans le sens inverse (CCW).
En tournant, ils créent une zone de basse pression. L'air se déplace des régions de basse pression vers les régions de haute pression. C'est ainsi que le drone peut se déplacer vers le haut, le bas, l'avant ou l'arrière en fonction de la vitesse de rotation des hélices.
De plus, la quantité de poussée générée doit équilibrer le poids du drone, ce qui fait qu'il peut être délogé dans l'air.
Nombre d'hélices
La plupart des drones ont 4 hélices, et sont connus sous le nom de quadricoptères. Cela ne s'est pas produit par hasard ou pour donner aux drones leur look caractéristique. Il y a une raison derrière cela. Pour mieux l'expliquer, partons du principe qu'un drone n'a qu'une seule hélice.
Un tel drone générerait une portance suffisante pour le propulser dans les airs, mais il serait très difficile de le contrôler puisqu'il n'a aucun moyen de se déplacer en avant ou en arrière. En outre, le drone tournera continuellement dans la direction opposée. Ceci est en fait conforme à la loi du mouvement de Newton (3
rd ) : lorsque deux objets interagissent et sont en mouvement, ils s'affectent mutuellement dans des directions opposées.
Avoir un drone avec deux hélices serait également une option. Et en fait, cela permettrait d'économiser la batterie. En outre, lorsque les hélices tournent dans des directions différentes, vous annulez le couple présenté par le drone à un seul rotor. Cependant, il est toujours difficile de contrôler un tel drone, car il n'est pas stable.
Contrairement au drone à deux hélices, le drone à trois hélices n'est pas une option car il annule tout ce que le drone à deux hélices résout.
Il ne reste donc que quatre hélices ou plus. Les quadcoptères présentent un équilibre parfait qui permet aux drones de faire du surplace, d'avancer et d'effectuer des manœuvres sans s'écraser. Ce qui se passe, c'est que tous les moteurs s'annulent, ce qui maintient la stabilité et empêche toute rotation indésirable.
Un plus grand nombre d'hélices assure une meilleure stabilité, mais sollicite davantage la batterie. Par conséquent, 4 hélices est le nombre idéal.
Mouvement directionnel
Pour faire du surplace, tous les moteurs reçoivent la même puissance et tournent à la même vitesse.
Pour avancer, les hélices avant ralentissent, tandis que les hélices arrière augmentent leur vitesse. Cela fait tanguer le drone vers l'avant en abaissant la partie avant.
Pour le lacet, les moteurs disposés en diagonale ralentiront, permettant au drone de tourner sur un axe vers la gauche ou la droite.
Pour rouler, les rotors de gauche ou de droite sont ralentis en fonction de la direction dans laquelle vous voulez rouler.
Comment fonctionnent les contrôleurs de vol (émetteur, récepteur et applications pour téléphones intelligents).
Toutes les manœuvres expliquées ci-dessus sont intégrées au drone, mais il existe une autre pièce du puzzle : les contrôleurs de vol. Pouvez-vous imaginer devoir contrôler manuellement la vitesse des différents rotors juste pour faire tourner le drone à droite ou à gauche ?
C'est pourquoi les drones ont besoin d'un contrôleur de vol, un dispositif qui collecte les données des différents capteurs et les utilise pour contrôler le mouvement du drone. Le contrôleur de vol est une combinaison de matériel et de micrologiciel contenant des algorithmes qui lui permettent de donner un sens à toutes les données qu'il reçoit des capteurs et des contrôleurs.
Grâce à un processus appelé fusion de capteurs, le contrôleur de vol recueille toutes les données et les utilise pour prendre des décisions en temps réel. Un bon exemple d'algorithme est le filtre de Kalman qui permet au contrôleur d'utiliser les données passées et présentes pour prendre des décisions précises.
Comment cela fonctionne-t-il ?
Comme nous l'avons mentionné précédemment, les drones accélèrent, tournent, ralentissent la chute ou roulent en modifiant la vitesse des moteurs. Ainsi, une fois que le contrôleur de vol a collecté les données des capteurs, il les envoie au contrôleur électronique de vitesse (ESC), qui les interprète en augmentant ou en réduisant la tension en fonction de l'action que vous voulez entreprendre.
Par exemple, si vous voulez accélérer en avant, l'ESC réduira la tension des rotors avant pour les ralentir et augmentera la tension des hélices arrière.
Le contrôleur de vol reçoit également des informations des télécommandes. Il vous suffit de pousser les joysticks vers le haut, le bas, la gauche ou la droite, et la télécommande envoie ces commandes au drone par un signal radio. De l'autre côté, le drone possède un récepteur qui reçoit ces signaux, les interprète et effectue la commande sur le drone.
Si votre drone est contrôlé par un smartphone, le drone et l'appareil communiquent généralement par Wi-Fi. La plupart des drones ont leurs propres applications pour drones, qui, lorsque vous les installez sur votre smartphone, vous permettent de contrôler facilement le drone avec ou sans la télécommande. Mais la portée peut être limitée par rapport à l'utilisation du contrôleur.
Plage de fonctionnement
En ce qui concerne la portée (la distance la plus éloignée qu'un drone peut parcourir à partir d'un contrôleur), elle peut varier de quelques mètres à plusieurs kilomètres selon le drone utilisé et la force de la connexion. Pour les drones jouets, il s'agit généralement de quelques mètres, mais pour les drones grand public et professionnels comme les drones DJI, la portée peut atteindre 8 km.
DJI s'est fait un nom dans le monde des drones grand public en construisant OcuSync, un système de communication avancé qui leur permet d'avoir une longue portée opérationnelle.
Pour certains drones, vous pouvez également acheter des prolongateurs de portée pour permettre au drone de fonctionner plus loin que ce qui était initialement prévu. Toutefois, vous devez également prêter attention à la réglementation puisque, sauf autorisation, vous devez toujours faire voler votre drone dans le champ de vision.
Le fonctionnement des capteurs (le système IMU)
Parlons maintenant des différents capteurs que vous trouverez dans un drone. Mais avant cela, il est important de reconnaître qu'un drone ne peut pas voler efficacement sans capteurs. Ces dispositifs sont aussi petits que la taille d'une fourmi, mais ce sont des mini-ordinateurs qui aident à mesurer l'environnement et à envoyer des données précises au contrôleur de vol, ce qui contribue grandement à stabiliser le vol d'un drone. Plus un drone possède de capteurs, plus il tiendra compte des erreurs ou des forces qui agissent sur le drone pendant son vol. Examinons chacun d'entre eux.
Accéléromètres
Également connus sous le nom de MEMS (microsystèmes électromécaniques), les
accéléromètres utilisent les technologies capacitive et piézoélectrique pour détecter l'accélération linéaire due à la gravité. Dans la technologie capacitive, les condensateurs sont placés en parallèle. Tout changement dans les forces d'accélération affecte la distance entre ces condensateurs, ce qui affecte leur capacité et envoie les signaux au contrôleur de vol.
D'autre part, la piézoélectricité mesure l'orientation à l'aide de cristaux microscopiques compactés à la suite d'une accélération. Une modification de l'accélération exerce une pression, ce qui modifie le poids et la résistance de ces cristaux. Les accéléromètres sont placés selon un schéma à trois axes de manière à pouvoir détecter le mouvement et l'orientation d'un drone dans toutes les directions.
Gyroscopes
Les gyroscopes sont une autre caractéristique essentielle qui aide à stabiliser un drone. Ils consistent en une roue tournant sur un axe. Cette roue tourne de telle manière que, même si le drone s'incline, il conserve son équilibre.
Les drones sont confrontés à un large éventail de forces dans l'air, notamment le vent et la gravité. Par conséquent, il peut devenir très difficile de contrôler le drone, surtout en cas de fortes rafales de vent. Les gyroscopes sont conçus pour détecter toutes ces forces et les compenser, de sorte que le drone ne semble pas affecté.
Bien sûr, d'autres facteurs tels que la force du vent et le poids du drone s'appliquent. Mais la plupart du temps, les drones semblent stables dans des vents modérés. Les gyroscopes convertissent également ces mouvements en signaux et les envoient à l'ESC.
Vous avez peut-être entendu parler des gyroscopes à 3 axes et des gyroscopes à 6 axes. Un drone n'a besoin que des gyroscopes à 3 axes, mais la plupart des fabricants de drones mentionnent un gyroscope à 6 axes car ils prennent en compte à la fois les gyroscopes et les accéléromètres.
Magnétomètres
Les magnétomètres mesurent le flux magnétique le long des axes de tangage, de lacet et de roulis, ce qui permet de détecter l'orientation du drone par rapport au pôle Nord magnétique. Lorsque vous volez dans des zones où il y a beaucoup d'interférences électromagnétiques, ou tout autre type d'interférence, les magnétomètres aident à collecter ces données et à les envoyer au contrôleur de vol.
Capteurs barométriques
Également connus sous le nom de capteurs de pression, les
baromètres mesurent la pression atmosphérique pour aider à déterminer l'altitude du drone. Si vous avez rencontré une fonctionnalité connue sous le nom de maintien de l'altitude dans la plupart des drones à vendre, alors c'est l'un des capteurs qui rend cette fonctionnalité possible. Parfois, les capteurs barométriques fonctionnent avec les capteurs GPS pour déterminer l'altitude d'un drone et la maintenir.
Capteurs de distance
Ces capteurs utilisent des lasers, des Lidar ou des ondes ultrasoniques pour mesurer la distance devant un drone et détecter tout obstacle.
Lumières LED pour drones
Tous les drones sont équipés de lumières LED. Et même si elles peuvent être considérées comme des décorations, ces lumières LED servent à quelque chose. Dans la plupart des cas, elles sont utilisées pour vous informer de l'état du drone. Nous avons couvert beaucoup de choses sur les
lumières LED des drones dans ce post, mais voici les principales et leur signification.
- Le rouge peut signifier une batterie faible, une erreur de l'IMU ou d'un autre système, le mode RTH ou le mode agilité.
- Le vert est également une couleur courante qui indique souvent que le niveau de la batterie est suffisant pour décoller ou que le GPS s'est connecté à suffisamment de satellites.
- Blanc - Les LEDs de couleur blanche peuvent signifier une mauvaise connexion GPS ou son absence, ou que l'émetteur est éteint.
- Bleu - Le bleu peut signifier le mode aveugle ou le mode stabilité.
- Orange/jaune - Ces couleurs peuvent signifier une mauvaise connexion GPS ou un mauvais étalonnage du compas qui doit être rectifié.
- Violet - Cette couleur est utilisée pour indiquer que les modes Retour à la maison ou Suivez-moi fonctionnent. Mais si elle clignote, cela peut signifier qu'il y a un problème avec ces modes. Elle est également utilisée pour signifier le mode AP dans certains drones.
Voici un autre type d'éclairage LED.
- Feux anti-collision - Parfois appelés feux de navigation, ce sont les feux qui rendent votre drone visible de loin, aidant l'opérateur à éviter qu'il ne s'écrase sur d'autres drones ou d'autres objets. Selon les règlements de la FAA, y compris les récents règlements sur l'identification à distance, vous devez avoir ces lumières si vous voulez voler de nuit. Elles peuvent être bleues, rouges, blanches, clignotantes ou non clignotantes, selon le modèle de drone.
Remarque : des couleurs différentes peuvent signifier des choses différentes selon le drone que vous utilisez. C'est pourquoi il est important de toujours consulter votre manuel spécifique pour connaître les directives.
GPS
Vous connaissez bien sûr le GPS de votre téléphone ou de votre voiture qui vous aide à naviguer, mais les drones en sont également équipés. L'installation d'un GPS dans les drones est l'une des raisons pour lesquelles les drones sont en mesure d'effectuer la collecte de données géoréférencées, comme les levés et l'imagerie aérienne. Alors, comment cela fonctionne-t-il ?
Pour que le GPS fonctionne, il faut qu'un module ou une puce GPS soit placé dans le drone et que des satellites soient en orbite autour de la terre. Actuellement, au moins 32 satellites GPS sont en orbite autour de la terre, également connus sous le nom de GLONASS (Global Navigation Satellite System). Le GLONASS est un système de satellites basé en Russie, conçu pour des applications de positionnement par les militaires et les civils.
Toutefois, seuls 24 d'entre eux fonctionneront à un moment donné. Maintenant, un drone n'a pas besoin de se connecter aux 24 satellites. Il doit se connecter à au moins 8, mais plus le module peut se connecter à des satellites, mieux c'est. Le module communique avec ces satellites pour calculer sa position.
Dans les applications pour drones, des barres indiquent la force de la connexion GPS. Et comme nous l'avons mentionné précédemment, il existe même des voyants lumineux qui vous alertent en cas de problème avec le GPS. Si votre drone n'a pas accès à suffisamment de satellites, il peut ne pas décoller. Parmi les raisons pour lesquelles vous pouvez obtenir une mauvaise connexion GPS, citons la couverture nuageuse, les grands arbres, les grands bâtiments ou les montagnes.
Maintenant que vous savez comment fonctionne le GPS, voici quelques-unes des façons dont il contribue au fonctionnement du drone.
Maintien de l'altitude
Comme mentionné précédemment, le
GPS et les capteurs barométriques peuvent aider à maintenir l'altitude du drone. Certains drones sont livrés avec une limite d'altitude, et la FAA exige également que les drones maintiennent une altitude inférieure à 400 ft. Dans ce cas, le GPS peut aider à détecter et à limiter un drone à une certaine altitude.
Survol
Également connu sous le nom de maintien de la position, le drone décolle et reste au même endroit et à la même altitude jusqu'à ce que vous lui donniez des instructions. Cela rend le pilotage d'un drone très facile, même pour les débutants.
Lorsque vous n'êtes pas sûr des commandes, le drone ne bougera pas, il peut dériver un peu, surtout lorsqu'il y a du vent, mais il corrigera toujours cela.
Retour à l'accueil
Il s'agit d'une autre fonctionnalité tout à fait nécessaire, notamment dans les cas d'urgence tels qu'une batterie faible. Le retour au domicile permet au drone de revenir au point de décollage, et la meilleure façon de le faire est d'avoir les coordonnées de cet endroit.
C'est pourquoi il est important de calibrer correctement le GPS et de lui permettre de verrouiller le lieu de décollage. Lorsque vous aurez fait cela, une fois que vous aurez lancé la fonction RTH, vous ne perdrez pas le drone en cours de route.
Certains drones déclenchent automatiquement le RTH s'ils perdent la connexion, si leur batterie est faible ou s'ils subissent des interférences.
Vol autonome (Waypoints)
Un drone peut désormais voler en pilote automatique grâce au GPS. Comment ? Tout ce que vous avez à faire est d'assigner des points de repère, qui sont des coordonnées par lesquelles le drone peut passer. Si vous l'utilisez pour filmer, cartographier ou faire des relevés, vous pouvez vous concentrer sur la production de séquences de haute qualité pendant que le drone vole de lui-même.
Détection radar
Comme les avions ou les navires, les drones peuvent être détectés par un radar. Tout se résume au fonctionnement du radar. Les radars sont conçus pour détecter les corps émettant des signaux radio. Et comme mentionné précédemment, les drones communiquent avec les contrôleurs par le biais de signaux radio.
Vous pouvez donc concevoir un système qui identifie les signaux situés dans la portée des signaux de communication des drones et les autres comportements de ces derniers. En fait, de tels systèmes existent déjà. Parmi les bons exemples, citons Aeroscope de DJI, AirSpace Galaxy et DeDrone.
Boussole interne et fonctions de sécurité intégrée
Les drones disposent également de boussoles internes qui fonctionnent avec le GPS pour améliorer la stabilité et garantir que le drone est correctement orienté. Le plus souvent, la boussole est fournie avec le module GPS.
Lors de la configuration d'un drone, l'une des choses les plus importantes à faire est de calibrer la boussole. La plupart des drones ne décolleront pas si la boussole n'est pas calibrée, alors assurez-vous de vérifier comment le faire.
Pour étalonner efficacement la boussole, assurez-vous que vous vous trouvez dans une zone dégagée, une zone sans interférence magnétique et sans équipement électronique. L'étalonnage est également important lorsque vous déménagez dans un autre endroit.
N'oubliez pas que si la boussole est mal calibrée, la plupart des fonctions du GPS, y compris la localisation des satellites, ne fonctionneront pas.
Les boussoles pour drones sont également dotées de magnétomètres qui, comme je l'ai mentionné précédemment, détecteront toute anomalie et aideront les contrôleurs de vol à prendre en compte tous les facteurs. Tout cela permet de s'assurer que le drone est correctement orienté et d'éviter les envols qui sont souvent causés par un mauvais GPS et des interférences électromagnétiques.
Technologie de détection des obstacles et d'évitement des collisions
En parlant des capteurs, j'ai mentionné que les drones utilisent un large éventail de technologies pour détecter les obstacles. Celles-ci comprennent le LiDAR, la vision monoculaire, le temps de vol, les ultrasons, la vision stéréo et l'infrarouge.
Mais cela fait beaucoup de capteurs... Alors, comment les drones les utilisent-ils tous pour éviter les obstacles ? En utilisant une combinaison de modélisation, d'algorithmes, d'apprentissage automatique et d'IA. Les algorithmes peuvent être formés à l'apparence de divers objets, et ils "apprendront" à associer chaque objet qu'ils voient à ce qu'ils savent déjà pour déterminer s'il s'agit d'un obstacle ou non.
Une autre technologie fascinante qui rend possible l'évitement des obstacles est le
SLAM (Simultaneous Localization and Mapping). Cette fonctionnalité permet aux drones de cartographier leur environnement actuel en se basant sur un environnement préexistant préinstallé et sur les données recueillies par les capteurs.
Prévention des collisions
Ce que je viens d'expliquer n'aide le drone qu'à détecter un objet devant lui. Mais pour qu'il puisse éviter l'objet, il devra calculer où se trouve exactement cet objet et trouver une route alternative. Les drones y parviennent notamment grâce à la stéréopsie ou vision stéréo.
Vous constaterez que les
drones les plus avancés sont équipés de deux caméras à l'avant. Une fois qu'ils ont obtenu l'image de l'objet en 2 perspectives, ils peuvent calculer la perspective 3D par triangulation. Cela leur permet de visualiser leur environnement en 3D, en percevant à la fois la distance et la profondeur.
Modes de vol intelligents
Comme nous l'avons souligné à plusieurs reprises dans cet article, les drones collectent activement des données, qui peuvent ensuite être utilisées pour tracer une trajectoire que le drone suivra, avec un minimum d'intervention du pilote. À l'aide d'un système d'exploitation (nous y reviendrons plus tard), vous pouvez également préprogrammer divers modèles de vol qu'un drone peut accomplir par lui-même. Ces modes sont également connus sous le nom de modes de vol intelligents.
Outre la détection d'objets, cette technologie permet également aux drones d'identifier des objets, également connue sous le nom de Follow-Me, ou ActiveTrack dans les drones DJI. Ainsi, vous pouvez vous verrouiller en tant que POI et faire du jogging, du patinage ou participer à n'importe quelle activité, et le drone vous suivra en vous filmant tout en évitant les obstacles sur son chemin.
Les autres modes de vol intelligents comprennent ;
- Maintien de l'altitude
- Retour automatique à la maison
- Mode Position (Mode P)
- Mode Attitude (Mode ATTI)
- TapFly -
- Lanceurs d'engins - Dronies, Helix, Circle, Rocket, etc.
- Waypoints
- Mode cinématique
Paramètres en temps réel
Aujourd'hui, les
drones sont conçus pour communiquer leurs informations de télémétrie en temps réel au contrôleur ou à l'application. Il s'agit notamment du niveau de la batterie, de la connexion GPS, de l'altitude et d'autres aspects du drone.
Vous pouvez également recevoir des alertes lorsque vous dépassez une plage de fonctionnement, lorsque vous volez trop haut ou même lorsque vous volez dans des zones interdites. Toutes ces informations facilitent la surveillance du drone et minimisent les accidents.
Geofencing
Le géofencing est une fonctionnalité qui applique des restrictions et des alertes lorsqu'un drone pénètre dans un espace aérien restreint, également connu sous le nom de zones interdites de vol. Ces zones comprennent les bases militaires, la Maison Blanche, les aéroports, les prisons, etc. À moins que vous ne trouviez un moyen de contourner cette restriction, votre drone ne décollera pas lorsqu'il se trouvera dans ces régions.
Cependant, tous les drones ne sont pas limités par le géofencing. Pour que cela fonctionne, le drone doit être équipé d'un GPS, et celui-ci doit être intégré à la carte contenant les zones interdites de vol.
Systèmes d'exploitation des drones (Firmware)
Les drones peuvent être considérés comme des ordinateurs volants. Comme nous l'avons établi, il se passe beaucoup de choses lorsqu'un drone décolle et lorsqu'il est en l'air. Il y a des capteurs qui collectent des données, des communications avec le contrôleur, des hélices, des batteries et de nombreuses autres fonctions.
Mais qu'est-ce qui fait fonctionner tout ce système ? Les drones sont dotés d'un micrologiciel, souvent construit sur le système d'exploitation Linux, bien que certains utilisent MS Windows. Il existe également plusieurs systèmes d'exploitation de drones à code source ouvert que les fabricants peuvent utiliser au lieu d'en construire un de toutes pièces. Il s'agit notamment de ;
- Le Dronecode de Linux
- FlytOS
- Auterion
Le micrologiciel des drones doit être mis à jour régulièrement pour s'assurer que tous les composants du drone fonctionnent comme ils le devraient, ou pour introduire de nouvelles fonctionnalités.
Logiciels et microprogrammes
Pour s'intégrer efficacement dans diverses industries, le développement de logiciels pour drones s'est accru. Vous trouverez ci-dessous quelques-unes des industries les plus populaires où les drones sont applicables, ainsi que les logiciels que les drones peuvent utiliser.
- Tournage et photographie - Lightworks, iMovie, VSDC Free Video Editor, HitFilm Express et Davinci Resolve.
- Arpentage, cartographie et photographie aérienne - DroneDeploy, Pix4D, ArcGIS, Maps Made Easy et PrecisionHawk.
- Construction - 3DR, PixPro, et Datumate.
- Agriculture - SLANTRANGE, AgEagle.
Appareil photo
Grâce aux progrès technologiques, il est désormais possible de fixer des caméras de haute qualité sur les drones. Comme nous l'avons déjà mentionné, les drones jouent désormais un rôle majeur dans le domaine du tournage et de la photographie, alors que nous avions auparavant besoin d'hélicoptères et d'autres équipements coûteux.
Pour un prix modéré, il est possible de trouver un drone capable de filmer en 4K à 30 images par seconde. Un bon exemple qui est à la fois un drone de loisir et un drone professionnel est le DJI Mavic Mini 2. La série Mavic, en particulier les drones Mavic Air, font partie des meilleurs drones de photographie pour les débutants et les photographes expérimentés grâce à leur facilité d'utilisation, leur temps de vol prolongé, leurs excellentes caméras et leurs systèmes de contrôle de vol avancés.
Des drones comme ceux de la série EVO II d'Autel Robotics peuvent même filmer en résolution 8K. Et des drones comme la série Inspire de DJI, avec le Zenmuse X7, qui peut filmer en résolution 6K, et qui ont joué un rôle déterminant dans le tournage de nombreux films à succès.
Outre la prise de vue en haute résolution, certains drones disposent également d'une fonction de zoom, qui permet aux drones de voir de près les objets, même s'ils sont éloignés. En fonction du drone que vous utilisez, la fonction de zoom peut avoir une légère perte ou un zoom sans perte. DJI propose le Zenmuse Z30 avec un zoom allant jusqu'à 180x, ce qui est l'un des plus grands que l'on puisse trouver dans un drone prosumer.
Pour en savoir plus sur les meilleurs drones avec caméra disponibles, consultez notre article ici. "
Cardans et contrôle de l'inclinaison
Bien que les drones soient dotés de systèmes de stabilité avancés, ils ne sont toujours pas très stables, ce qui n'est pas bon pour filmer, car ce mouvement rendrait les images inutilisables. Heureusement, il existe des cardans qui aident à stabiliser les caméras, quelles que soient les turbulences.
Même les drones bon marché sont désormais équipés de cardans, le plus souvent à 3 axes, qui stabilisent les caméras dans toutes les directions. Ces cardes permettent d'obtenir des images fluides et claires, en compensant les mouvements du drone.
Pour ceux qui n'ont pas de cardan, certains sont compatibles avec des systèmes de cardan tiers.
Transmission vidéo en direct
Il est désormais très courant de trouver des drones capables de relayer des séquences vidéo, également appelées FPV (First Person View).
Tout cela est rendu possible par la connectivité Wi-Fi et les signaux radio entre le drone et les contrôleurs. Les drones sont équipés d'un émetteur qui collecte les séquences vidéo et les envoie sous forme de signal au contrôleur.
À l'autre extrémité, le drone dispose d'une antenne ou d'un récepteur qui reçoit le signal et le convertit en une vidéo que vous pouvez visualiser sur l'écran du smartphone. Vous pouvez également acheter des lunettes FPV qui vous donnent l'impression d'être assis dans le cockpit du drone. Le FPV est également un élément important des courses de drones, un sport en plein essor.
Bien qu'elles n'aient que quelques années d'existence, il existe plusieurs ligues de courses de drones, telles que le Multi GP et la DRL, où les pilotes de drones s'affrontent pour des milliers de dollars et bénéficient de contrats de sponsoring comme les athlètes professionnels ordinaires. Ces courses sont également diffusées en direct à la télévision, ce qui permet aux autres pilotes et aux amateurs de voir et de ressentir l'adrénaline qu'implique une telle course.
Autres capteurs pour drones
L'un des meilleurs atouts des drones est leur capacité à transporter une charge utile. Par conséquent, si vous voulez étendre son application et son utilité, tout ce que vous avez à faire est de trouver un dispositif approprié à ajouter au drone, et l'un de ces dispositifs sont les capteurs.
Outre les capteurs que j'ai mentionnés précédemment et qui aident le drone à naviguer,
vous pouvez fixer des capteurs multispectraux pour les applications agricoles, des capteurs Lidar pour l'inspection des constructions ou des capteurs thermiques pour l'analyse des incendies.
Même les caméras sont des capteurs qui fonctionnent en lumière visible. Ces capteurs sont du matériel, et les données qu'ils fournissent peuvent être analysées à l'aide du logiciel que j'ai mentionné plus haut pour obtenir des informations significatives et cruciales pour la prise de décision.
Sécurité et piratage
Comme ce sont des ordinateurs volants, les drones peuvent être piratés, et ils peuvent également être utilisés pour pirater d'autres systèmes ou même espionner d'autres personnes. Et la mauvaise nouvelle, c'est qu'il n'est pas si difficile de pirater un drone.
Un hacker peut pirater votre drone et télécharger les images que vous avez prises ou même utiliser le drone pour pirater votre réseau domestique. Il peut également pirater le drone et en prendre le contrôle par le biais d'un processus appelé "GPS Spoofing", qui consiste à guider le drone vers de "fausses" coordonnées. Dans cette optique, voici quelques moyens d'empêcher le piratage de votre drone.
- Mises à jour du micrologiciel - Comme mentionné précédemment, les fabricants de drones mettent régulièrement à jour le micrologiciel. Pour vous assurer que votre drone est protégé, veillez toujours à utiliser le firmware le plus récent.
- Utilisez un VPN pour bloquer l'accès à votre réseau par des personnes extérieures.
- Protégez votre smartphone et vos ordinateurs portables avec un anti-virus. Lorsque vous transférez des séquences entre le drone et le smartphone ou que vous utilisez le smartphone pour contrôler le drone, vous exposez votre drone à des attaques de logiciels malveillants.
- Si possible, réglez manuellement le point de retour au domicile.
- Utilisez un mot de passe fort sur votre application et votre réseau domestique.
- Limitez le nombre de personnes utilisant le réseau domestique à un moment donné.
Types et utilisations des drones
Maintenant que nous savons comment fonctionnent les drones, examinons les principaux types de drones et la meilleure façon de les utiliser.
Drones multirotors
Également connus sous le nom de quadcoptères, ce sont les types de drones les plus populaires. Ce sont également les drones dont je parlais en expliquant le système de propulsion. Ils possèdent au moins quatre rotors, bien que certains d'entre eux puissent en avoir davantage.
Leur petite taille, leur agilité, leur vitesse et leur maniabilité leur permettent de trouver des applications dans de nombreux secteurs, notamment l'agriculture, le tournage de films et l'inspection industrielle. Le seul problème de ces drones est que le système de propulsion consomme beaucoup d'énergie. Par conséquent, leurs batteries ne durent pas longtemps.
Drones à voilure fixe
Il s'agit d'un autre type de drone populaire. Contrairement aux drones multirotors qui ont des hélices, ces drones ont des ailes fixes, semblables à celles des avions. Ils ont besoin d'une sorte de piste ou de système de catapulte pour décoller. Mais une fois qu'ils ont décollé, ils conservent leur énergie, ce qui leur permet de voler longtemps.
Ils ont été très utiles dans l'agriculture, comme les drones SenseFly, et dans l'arpentage, comme les drones Delair.
Drones mono-rotor
Il s'agit simplement de minuscules hélicoptères qui dépendent d'un seul rotor. Ils contrôlent leur vitesse, leur roulis, leur tangage et leur lacet en ajustant l'angle du rotor. La plupart des drones mono-rotor que vous trouverez sont des jouets. Cependant, il existe également des modèles avancés plus grands, capables de transporter de lourdes charges utiles, et qui peuvent également être alimentés par du gaz plutôt que par des batteries ordinaires.
Drones hybrides ou VTOL
VTOL signifie Vertical Take-Off and Landing (décollage et atterrissage verticaux). Ce sont des drones qui utilisent le temps de vol prolongé d'un drone à voilure fixe et le décollage vertical et la maniabilité d'un multirotor. Cela en fait les drones les plus polyvalents, mais ils sont aussi assez chers. Un bon exemple est celui des drones Wingtra, qui sont très utiles pour l'arpentage et la cartographie.
Autres catégories
Vous pouvez également classer les drones en fonction de leur utilisation, notamment :
- Drones jouets
- Drones grand public
- Drones professionnels
- Les drones de course
- Drones GPS
Les drones à voilure fixe, multirotor, mono-rotor et VTOL peuvent entrer dans l'une ou l'autre de ces catégories en fonction de la façon dont ils sont construits et de leurs caractéristiques.
Conclusion
Et voilà. Si vous êtes nouveau dans le monde des drones, vous pouvez mettre cet article dans vos favoris, car j'ai tout fait pour expliquer le fonctionnement de chaque aspect, les types et certains problèmes associés aux drones. Y a-t-il un aspect que j'ai oublié et que vous aimeriez que j'aborde ? Faites-le nous savoir !
