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DOSSIER TECHNIQUE

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DOSSIER TECHNIQUE

Dossier technique Drone PARROT Page - 2 - / 16

Sommaire

Descriptif rapide du produit : ................................................................................................ - 3 - Utilisation normale du drone : ....................................................................................... - 3 - Installation du micrologiciel, Firmware : ...................................................................... - 3 - La communication avec le drone : ................................................................................ - 4 -

La réalité augmentée ..................................................................................................... - 5 - La mécanique du vol ..................................................................................................... - 6 -

Les capteurs ........................................................................................................................... - 8 - La vision ........................................................................................................................ - 9 - La stabilité ................................................................................................................... - 11 - La hauteur .................................................................................................................... - 11 -

L’autonomie ................................................................................................................ - 12 - La sécurité ................................................................................................................... - 13 - Aide à l’utilisation du pilotage par réalité augmentée :............................................... - 13 -

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Descriptif rapide du produit : Le drone Parrot est un jeu innovant qui, comme souvent lorsqu’il y a innovation, associe deux univers auparavant distincts :

Celui des jeux vidéo : de par ses fonctionnalités de jeux en réalité augmentée

Celui du modélisme : grâce au contrôle à distance du drone.

Utilisation normale du drone :

1. Enlever la coque du drone. 2. Brancher la batterie. 3. Positionner immédiatement le drone à plat et à l’endroit (s’il est à l’envers il se mettra en

sécurité et la connexion sera impossible). 4. Attendre que les 4 diodes sous les moteurs passent du rouge au vert. 5. A partir du client se connecter au drone disponible sur le réseau Wifi. 6. Lancer ensuite les applications pour piloter le drone.

Remarques :

Si le drone reste muet alors que la connexion wifi est valide, appuyez quelques secondes sur le bouton Unpair sous le drone et recommencer la manipulation

En cas de perte de contrôle et chute du drone, si vous réinitialisez le drone, il faudra déconnecter le client au Wifi et recommencer la manipulation précédente (car sur PC il arrive que la connexion persiste alors que le drone a été déconnecté et alors le drone reste muet).

Au cours de la première connexion l’antivirus ou Windows peuvent vous avertir que le logiciel de pilotage tente d’accéder au réseau, il faudra alors l’autoriser pour qu’il puisse accéder au drone.

Installation du micrologiciel, Firmware :

Si vous rencontré des difficultés de connexion avec le drone avec les logiciels de pilotage fournis, il est peut-être nécessaire de mettre à jours votre drone. Pour cela, suivre la procédure ci-dessous : Le firmware est le logiciel intégré au drone qui lui permet de fonctionner. Les applications clientes (logiciels de pilotage) envoient des commandes qui dépendent de la version du firmware (avec un ancien firmware une commande ne sera pas comprise…). Les logiciels disponibles dans cette mallette sont compatibles avec le firmware 1.3.3. Pour mettre à jour le firmware il faut :

1. Charger au maximum la batterie car l’opération est longue. 2. Vous connecter en Wifi au drone avec un PC (suivre les étapes du chapitre utilisation normale

du drone) 3. Avec un logiciel FTP client (le logiciel Filezilla est gratuit et fonctionne parfaitement pour la

mise à jour du drone), vous connecter à l’adresse 192.168.1.1 sur le port 5551 (sans identifiant ni mot de passe)

4. Déposer le fichier 5. Attendre la fin du transfert. Puis débrancher la batterie. 6. Attendre quelques secondes puis brancher la batterie. 7. Les diodes clignotent durant l’installation du nouveau firmware. Elles passeront au vert une

fois la procédure terminée (c’est assez long).

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La communication avec le drone :

Le fabriquant a réalisé un drone facilement pilotable par Wifi afin que ceux qui le veulent puissent développer leurs propres applications sur la plateforme de leur choix.

1. Le drone réagit par rapport à des commandes qui lui disent :

De décoller, d’atterrir

De monter, de descendre

De tourner à gauche, de tourner à droite

D’avancer, de reculer

De se déplacer sur la gauche ou sur la droite.

2. Il est aussi possible de mettre à jour le logiciel embarqué dans le drone (le firmware). C’est lui qui permet de comprendre les ordres reçu et fait fonctionner les moteurs en fonction de ceux-ci.

3. Le drone envoie en permanence des flux vidéo de ses 2 caméras 4. Le drone envoie en permanence des informations sur son état (niveau de charge de la

batterie, orientation spatiale, position des cibles de réalité augmentée…).

Pour initialiser l’envoi de données du drone au PC il faut que le logiciel de pilotage envoie d’abord une commande vers le drone.

Logiciel client de

pilotage

(sur Iphone, PC etc)

Drone

Commandes

Sur l’IP 192.168.1.1

Port : 5556

Protocole : UDP

Cadence : Environ toutes

les 100ms

Mise à jour Firmware drone

Sur l’IP 192.168.1.1

Port : 5551

Protocole : TCP

Cadence : Une fois de temps

en temps, ce n’est pas utile

au cours du pilotage

Informations sur le drone

Sur l’IP 192.168.1.1

Port : 5554

Protocole : UDP

Cadence : <5ms

Flux vidéo

Sur l’IP 192.168.1.1

Port : 5555

Protocole : UDP

Cadences : 15Hz et 60Hz

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La réalité augmentée

Il est livré avec le drone des mires autocollantes. Celles-ci sont détectées par le drone et leur position

spatiale par rapport à la caméra avant du drone est renvoyée vers le logiciel client.

Jeu de 3 mires autocollantes

Ces mires peuvent servir pour réaliser des jeux avec le drone, par exemple en les plaçant :

Sur le drone : pour que 2 drones se repèrent entre eux et effectuer ainsi des combat aériens

virtuels

Sur les murs : pour jouer seul, la position de ces mires peut servir pour positionner des

ennemis virtuels ou des endroits ou aller rapidement…

En la tenant manuellement pour piloter le drone en bougeant manuellement la mire.

On appelle réalité augmentée une image 3D intégrée dans une image réelle. Ceci permet, à l’écran,

d’ajouter des éléments 3D dans la « réalité ».

Exemple de réalité augmentée grâce à la détection des mires.

La vidéo issue de la caméra du drone ou d’une webcam est analysée image par image. Un logiciel

recherche la couleur de chacun de ses pixels. Les mires sont détectées car leurs couleurs sont très

vives et ne se retrouvent que très peu dans le monde qui nous entoure. Lorsqu’on analyse une image

avec une mire du drone et que l’on récupère les valeurs des niveaux de rouge, vert et bleu (RGB) des

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pixels, par exemple pour le vert de la mire, on atteint presque le seuil maximum sur le vert et minimum

sur le rouge et le bleu. Ceci permet d’être détecté facilement par les logiciels et pas confondu avec le

reste de l’image.

La coque du drone sert elle aussi de mire ce qui explique ses couleurs très vives.

La mécanique du vol

Le drone est motorisé par 4 moteurs brushless. En modifiant leur vitesse de rotation ceci permet

d’obtenir les mouvements du drone.

Si le drone est stable c’est que tous les moteurs tournent à la même vitesse :

Pour monter les hélices tournent plus vite :

Pour descendre elles tournent moins vite.

Hélice 1 :

Vitesse =

Hélice 3 :

Vitesse = Hélice 4 :

Vitesse =

Hélice 2 :

Vitesse =

Hélice 1 :

Vitesse =

Hélice 3 :


Vitesse =

Hélice 2 :

Vitesse =

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Pour aller à droite, le drone doit s’incliner sur la droite donc les hélices de droite tournent moins vite et

celle de gauche plus vite (sinon le drone descendrait):

L’inverse pour aller à gauche. Cette inclinaison latérale du drone s’appelle le roulis et on note l’angle

phi .

Pour avancer, le drone doit s’incliner en avant en ayant ses hélices de devant qui tournent moins vite

et les arrières plus vite :

L’inverse pour aller en arrière. Cette inclinaison frontale du drone s’appelle le tangage et on note cet

angle theta .

Pour tourner sur place, on ralentit les hélices qui tournent dans le sens dans lequel on souhaite

tourner et on augmente la vitesse des autres :

Hélice 1 :

Vitesse =

Hélice 3 :


Vitesse =

Hélice 2 :

Vitesse =

Hélice 1 :

Vitesse =

Hélice 3 :


Vitesse =

Hélice 2 :

Vitesse =

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Cette rotation du drone s’appelle le lacet et on note son angle psi .

Les capteurs Afin de piloter le drone les concepteurs utilisent différentes sortes de capteurs. La fonction de

détection à réaliser se décompose en sous-fonctions. Une partie de la détection sert directement au

pilote et l’autre sert au drone pour qu’il se positionne selon ce que souhaite le pilote.

Hélice 1 :

Vitesse =

Hélice 3 :


Vitesse =

Hélice 2 :

Vitesse =

FT1 Détecter les

informations

nécessaires au vol

FT11 Détecter les

informations

nécessaires au pilote

FT12 Détecter les

informations

nécessaires en

interne pour le

drone

FT111 Visualiser

à l’avant du drone

FT113 Visualiser

en dessous du

drone

FT121 Détecter

l’orientation du drone

FT122 Détecter la

hauteur du drone

FT123 Détecter le

niveau de batterie

FT112 Détecter

les mires de réalité

augmentée

FT124 Détecter les

blocages des hélices

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La vision

Le drone dispose de 2 caméras CMOS :

une verticale située sous le drone qui permet de visualiser le terrain avant d’atterrir : d’angle 64°

en résolution QCIF à une cadence de 60 fps.

une horizontale située à l’avant du drone qui permet de voir où se déplace le drone et de détecter

les mires pour la réalité augmentée. Son angle est de 93° en résolution VGA à une cadence de 15

fps.

Les caméras du drone utilisent toutes deux des objectifs différents. Un objectif est une lentille (ou un jeu de lentilles) qui vont permettre de diriger (de faire converger) les rayons lumineux vers le capteur selon ce schéma :

Sans objectif une photo ne donnera rien de valable :

Portrait réalisé avec un appareil photo sans objectif

Capteur

Objectif

Distance focale

Centre optique

Schéma 1

Caméra

93°

Zone

visible par

la caméra

Zone hors champ

de la caméra

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La distance focale (voir le schéma 1 de l’objectif) est exprimée en mm (par exemple 50mm) en l’augmentant une des incidences est un « zoom ». Voici deux photos prises du même point de vue avec 2 focales différentes :

Photo avec une focale de 24mm Photo avec une focale de 82mm

On remarque que l’image faite avec le 82mm est un détail de celle faite avec le 24mm. Le zoom entre les 2 images est de 82/24 soit environ 3,4 fois. Pour avoir un sujet de même dimension sur l’image avec une focale différente il faudra donc se placer à une distance différente :

Exemple de 2 photos prises avec des focales et points de vue différents mais avec un sujet de même taille sur l’image :

Objectif

82mm

Objectif 24mm

Angle plus petit Angle plus

grand

Schéma 2

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Photo prise avec le 82 mm Photo prise avec le 24mm

L’angle de la prise de vue est plus grand avec une focale courte (cf. le schéma 2). Cela se voit sur les 2 photos ci-dessus car l’arrière plan (ce qu’il y a derrière le sujet) laisse apparaitre plus de détails avec la focale courte (carreaux en plus grand nombre etc…).

La stabilité

La centrale inertielle est constituée de 3 accéléromètres linéaires et 3 gyroscopes de type MEMS qui

permettent de déterminer les angles de roulis, lacet et tangage du drone afin de le positionner

convenablement selon les ordres reçu par le logiciel client. Elle permet aussi de savoir si le drone est à l’

endroit ou à l’envers (tête en bas) dans ce cas les moteurs seront coupés.

La hauteur

Le télémètre à ultrasons permet de mesurer la distance entre la partie inférieure du drone et ce qui se

trouve en dessous. Ce télémètre émet des ultrasons à 40kHz (vibration de l’air à une fréquence supérieure

à celle audible par l’homme, soit, supérieure à 20kHz) avec une partie émettrice (notée Tx) et reçoit l’onde

une fois qu’elle a rebondi sur l’obstacle (phénomène d’écho) avec une partie réceptrice (notée Rx). En

fonction du temps de rebond de l’onde le capteur en déduit la distance de l’obstacle.

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Le rebond de l’onde Le télémètre sous le drone

Les ultrasons (tout comme le son) se propagent à une vitesse de 343 m/s dans l’air à la pression

atmosphérique à 20°C et à 331 m/s si la température est de 0°C :

La vitesse de propagation d’une onde sonore

en fonction de la température à la pression atmosphérique

La température de l’air influence donc la détection et la hauteur réelle du drone.

L’autonomie

Le niveau de batterie est calculé en fonction de la tension délivrée effectivement par la batterie LiPo

(caractéristiques nominales : 11,1Volts et 1A.h). Si la batterie à une tension de 12,5 Volts alors son niveau

affiché est de 100% si elle délivre 9,5 Volts alors son niveau est de 0%. Pour éviter qu’une batterie trop

faible cause une casse matérielle (en déconnectant le Wifi ou n’entrainant plus suffisamment les moteurs)

le drone se met en sécurité en atterrit quelles que soient les commandes de l’utilisateur.

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La sécurité

Si l’un des moteurs brushless s’arrête alors qu’il devrait continuer à tourner alors le drone coupe tous les

moteurs et il chute au sol.

Aide à l’utilisation du pilotage par réalité augmentée :

1. Présentation du logiciel :

Le logiciel RA drone permet de contrôler le drone grâce à une webcam et une des mires disponible

avec le drone.

2. Faire fonctionner le logiciel :

a. Connecter la webcam au PC.

b. Démarrer le logiciel CaptureWebcam.exe

c. Choisir la webcam dans la liste déroulante.

d. Tenir la mire face à la webcam (à environ 1m) et cliquer sur ouvrir la webcam : rester

pendant 3 secondes avec la mire au centre de l’écran.

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e. Cliquer sur début vol en prenant garde à bien maintenir la mire au centre de l’écran.

Ceci est important car cette position initiale servira de référence pour le contrôle

ultérieur du drone.

f. Avec le paramétrage de base en avançant la mire vous faite avancer le drone, la

reculant : reculer, montant : monter, descendant : descendre etc…

Attention à l’éclairage : trop fort ou trop faible il ne permet pas au logiciel de situer la cible.

Cela se vérifie dans la boite du dessous qui affiche les positions de la mire : x=0, y=0 et z=0.

Pour un bon contrôle il est conseillé d’avoir un arrière plan blanc.

Pour piloter le drone réel faire de même mais n’oubliez pas de connecter entre eux le PC et

le drone :

g. Connecter le périphérique Wifi au PC.

h. Cliquer sur l’icône en bas à droite sur l’écran du pc.

i. Brancher la batterie du drone et attendre que les diodes passent au vert.

j. Une liste de réseau wifi s’affiche : choisir de vous connecter à l’ardrone

k. Puis dans le logiciel choisir de vous connecter au drone.

l. Ensuite vous pouvez décoller et contrôler le drone.

Attention le contrôle du drone avec la webcam est assez difficile et il faut éviter les gestes trop

brusques.

3. Paramétrer le logiciel :

Il est possible d’associer d’autres mouvements du drone ceux de la mire comme par exemple la

rotation sur place. Cette possibilité est disponible dans l’onglet paramétrage du logiciel :

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Les seuils de détections sont les écarts entre la position initiale de la mire et l’actuelle en dessous

desquels il ne se passe rien.

Pour vérifier les valeurs des positions x,y et z vous les trouverez dans la boite de texte en dessous

de l’image :

X est pour le mouvement horizontal de la mire : il va de la gauche vers la droite.

Y est pour le mouvement vertical de la mire : il va du haut vers le bas

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Z est pour le mouvement d’avant en arrière de la mire : il va du fond vers la webcam

Pour affecter un mouvement particulier si la position de la mire dépasse celle de sa position

initiale + le seuil de tolérance (ou moins celui-ci), il faut taper, par exemple pour « Si x>x initial +

seuil x » : quelque chose comme an=valeur. Avec an = a1, a2, a3 ou a4 en fonction du

mouvement souhaité et la valeur =1028443341 ou -1119040307 pour le sens.

Dans le cas ou la mire est mal détectée a cause d’un éclairage particulier il est possible de jouer

sur les paramètres suivants :

Le réglage par défaut détecte la zone verte des mires. Si vous souhaitez détecter d’autres mires il

est possible de changer la valeur de couleurs recherchées. Si la mire est difficilement détectée à

cause de l’éclairage il est possible d’augmenter les tolérances. Attention tout de même en les

augmentant vous risquez de prendre en compte des pixels qui ne représentent pas la mire.

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