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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE SAN JUAN DEL RÍO
INNOVACIÓN PARA EL DESARROLLO
REPORTE
MONTAJE Y PUESTA EN MARCHA DE
CUADRICOPTERO ELEV8
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
TÉCNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN
MECATRÓNICA ÁREA AUTOMATIZACIÓN
PRESENTA:
CAMACHO GRANADOS JORGE LUIS
ASESOR EMPRESA
ING. SEBASTIAN ROMO
CALDERÓN
ASESOR TÉCNICO
M EN C. MARCO ANTONIO
OLIVO FLORES
Santiago de Querétaro, Querétaro Septiembre 2012
2
3
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN............................................................................................................................ 6
CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES DEL PROYECTO .................................................................. 7
1.1 ANTECEDENTES DE SMART CUBO LATAM. .................................................................. 7
1.2 POLÍTICA DE CALIDAD ....................................................................................................... 7
1.3 MISIÓN ................................................................................................................................... 7
1.4 VISIÓN .................................................................................................................................... 8
1.5 DIRECCIÓN ............................................................................................................................ 8
1.6 OBJETIVOS ............................................................................................................................. 8
1.7 ELEV-8 CUADRICOPTERO DE PARALLAX INC .............................................................. 9
PROBLEMA DEL PROYECTO ............................................................................................ 9
OBJETIVO DEL PROYECTO ............................................................................................ 10
JUSTIFICACIÓN ................................................................................................................. 10
ALCANCE ........................................................................................................................... 10
CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO .................................................................................. 11
2.1 ELEV-8 CUADRICOPTERO ................................................................................................ 11
2.2 COMPONENTES DEL ELEV-8 ........................................................................................... 12
2.2.1MOTOR BRUSHLESS ................................................................................................ 12
2.2.2 VARIADORES ESC ................................................................................................... 14
2.2.3 BATERÍAS LIPO ........................................................................................................ 19
2.2.4 LA HÉLICE ............................................................................................................... 21
2.2.5 ACELERÓMETRO ..................................................................................................... 24
2.2.6 GIROSCÓPIO ............................................................................................................. 26
2.2.7 CHASIS ....................................................................................................................... 27
2.3 CONTROL RC ....................................................................................................................... 29
2.3.1 CARACTERISTICAS DEL SISTEMA ...................................................................... 29
4
CAPÍTULO 3 DESARROLLO DEL PROYECTO ........................................................ 31
3.1 DISEÑO DEL ELEV-8 CUADRICOPTERO ........................................................................ 31
3.2 ENSAMBLE DEL CUADRICOPTERO ................................................................................ 32
3.2.1 ENSAMBLE DEL MOTOR Y LA HELICE................................................................... 33
3.2.2 ENSAMBLE DEL MOTOR A SU SOPORTE Y AL BRAZO. ...................................... 35
3.2.3 ENSAMBLE DEL BRAZO A LA BASE GENERAL .................................................... 38
3.2.4 ENSAMBLE DE LA PLACA BASE PARA LA TARJETA HOVERFLY .................... 40
3.2.5 ENSAMBLE DE LA BASE PARA MONTAR LA TARJETA HOVERFLY ............... 41
3.3 TARJETA HOVERFLY ........................................................................................................ 42
3.3.1 FUNCION PRINCIPAL .................................................................................................. 43
3.3.2 MANDOS DE MOVIMIENTO....................................................................................... 44
3.4 CONFIGURACION DE LOS MOTORES DE LA TARJETA HOVERFLY ........................ 48
3.5 TRANSMISOR. ..................................................................................................................... 48
3.6 RECEPTOR PARA LA TARJETA HOVERFLY .................................................................. 50
3.7 HOVERFLYOPEN ORIENTACIÓN .................................................................................... 50
3.8 CONECCIONES DEL RECEPTOR PARA LA HOVERFLYOPEN™ ................................ 51
3.9 CONFIGURACIONES “+” Y “X” ....................................................................................... 51
3.10 ANTES DE VOLAR ............................................................................................................ 52
3.11 LAS GANANCIAS .............................................................................................................. 52
3.11.1 AJUSTE DE GANANCIA ........................................................................................ 53
3.12 ARMADO DEL HOVERFLYOPEN ................................................................................... 54
3.12.1 PROCEDIMIENTO DE ARMADO .......................................................................... 54
3.12.2 PROCEDIMIENTO DE DESARMADO .................................................................. 55
3.12.3 MODO DE PROBLEMAS ........................................................................................ 56
3.12.4 MANTENIMIENTO DE ALTITUD HABILITADO AL ARMAR .......................... 57
5
3.13 MODOS DE VUELO ........................................................................................................... 57
3.13.1 MODO DE VUELO BÁSICO ................................................................................... 57
3.13.2 MODO DE VUELO AVANZADO ........................................................................... 57
3.13.2.1 FUNCIÓN ALTITUD HOLD .......................................................................... 57
3.14 UPDATE CLIENT AND SETUP UTILITY ........................................................................ 59
3.14.1 FIRMWARE UPDATES ........................................................................................... 59
3.14.2 SETUP UTILITY ...................................................................................................... 62
3.14.3 FICHA GENERAL ................................................................................................... 62
3.15 ALIMENTACION PARA LA HOVERFLYOPEN ............................................................. 64
3.16 GIROSCOPIO DIGITAL ..................................................................................................... 64
CAPÍTULO 4 RESULTADOS .......................................................................................... 65
CONCLUSIONES .............................................................................................................. 66
BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 67
6
INTRODUCCIÓN
Smart Cubo LATAM S.A DE C.V es una empresa de robótica pedagógica, su giro
comercial es la educación, ha venido trabajando con varios robots de distintos niveles y
para diferentes capacidades, por ejemplo BeeBot, Scribbler, ZumoBot, Vex Robotics,
AR.Drone (controlado por dispositivos Mac como el iPhone, el iPod, el iPad e incluso por
dispositivos Android),entre otros, y ha decidido implementar un nuevo robot, es un
cuadricoptero o bien un helicóptero de 4 hélices, creado por estadounidenses del
corporativo Parallax Inc.
El modelo del cuadricoptero es ELEV8, se desarrollara para ponerlo en funcionamiento,
por que se busca darlo a conocer a las instituciones educativas asociadas con Smart Cubo
LATAM de diferentes lugares de Latinoamérica incluyendo México, para posteriormente
implementarlo en las mismas.
La aeronave viene en un kit listo para ensamblarse, así que todo el proyecto se desglosara
por capítulos, en el capítulo 1 se relatara información de la empresa como sus antecedentes,
su política de calidad, su visión, su misión, sus objetivos así como su ubicación geográfica.
Después dentro del capítulo 2 se hablara un poco de teoría acerca de los componentes que
conforman al ELEV8, tal como los motores, el chasis, los variadores de velocidad, las
hélices, la tarjeta de control, acelerómetros, giroscopios y el control RC.
En el capítulo 3 se encuentra todo el desarrollo, se muestra desde cómo ensamblar cada
parte de la aeronave, como se conecta la alimentación a la tarjeta y a los motores, las
configuraciones de los motores, hasta verlo desplazarse en el aire. También se muestra
como se pre programa mediante los programas que vienen incluidos con la aeronave.
En el capítulo 4 se muestran los resultados que se obtuvieron mediante la creación de este
proyecto, así como las conclusiones personales.
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CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES DEL PROYECTO
1.1 Antecedentes de Smart Cubo LATAM.
Smart Cubo es una organización líder en el desarrollo e implementación de programas de
robótica pedagógica. Hemos desarrollado las herramientas necesarias para hacer más fácil
la implementación del proyecto de robótica en su institución. Nuestros programas cumplen
con los estándares necesarios para que los alumnos tengan las habilidades que se requieren
dentro de la plataforma de aprendizaje del siglo XXI.
Imagen 1.1 Logotipo de la empresa.
1.2 Política de Calidad
Smart Cubo está continuamente trabajando para proveer los mejores recursos a todos los
educadores interesados en enseñar las habilidades que los estudiantes del siglo XXI
requieren. Nuestra creencia es que cuando los estudiantes ¨hacen¨ al contrario de sólo
observar, tendrán la capacidad de concretar los conceptos que ellos están aprendiendo.
1.3 Misión
Acercar a los estudiantes al mundo de la ciencia y la tecnología mediante la robótica.
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1.4 Visión
Que todos los estudiantes sean conocedores de la tecnología de la robótica y,
consecuentemente, hábiles y competentes en las áreas de matemáticas, ciencias e
informática, para que confiados en su futuro, tengan como objetivo principal el desarrollo
de un mundo humano y tecnológicamente mejor.
1.5 Dirección
Smart Cubo LATAM S.A DE C.V, está localizada al sur de la ciudad de Queretana, en
Cerro escondido No. 144, Colinas del Cimatario, Santiago Querétaro, Querétaro.
1.6 Objetivos
¿Por qué enseñar robótica en las escuelas?
o Tiene una base matemática. La matemática es el instrumento y lenguaje de la
ciencia, la técnica y el pensamiento organizado.
o Estimula el desarrollo de habilidades cognitivas tales como atención, memoria,
análisis y síntesis; capacidades fundamentales en la evolución interior del individuo.
o Permite transferencias a situaciones de la vida diaria.
o Permite a los docentes enseñar y exponer acerca de los diseños, innovaciones y la
resolución de problemas, pues la robótica pone en línea y correlación directa todos
los conceptos académicos.
o Hoy por hoy, en el campo de la educación, es imprescindible que el estudio y
práctica de la robótica tenga su propio espacio dentro de todos los niveles
educacionales.
o Puede ser utilizado como elemento estructural del tiempo libre del estudiante.
o Proporciona placer en su estudio y práctica.
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Beneficios para los Estudiantes:
o Desarrolla el pensamiento lógico, favoreciendo las operaciones y funciones
mentales concretas y abstractas.
o Incrementa las habilidades matemáticas, físicas y científicas en general, como
clasificación y seriación, manejo de operaciones, variables, conceptos de geometría,
peso y volumen, entre otras.
o Genera mayor capacidad de atención, disciplina y conocimiento de las normas.
o Desarrolla la autonomía moral e intelectual, manifestando preocupación por la
igualdad y consolidación de actitudes y valores como la solidaridad y el respeto
mutuo.
o Favorece los procesos cognitivos de orden superior, relacionados con la
inteligencia, la creatividad y el talento.
1.7 ELEV-8 Cuadricoptero de Parallax INC
Problema del proyecto
SmartCubo ha venido trabajando con varios robots de distintos niveles, por mencionar
algunos esta BeeBot un pequeño robot programable para ninos de primaria, tambien se
tiene el Scribbler un robot que cuenta con varios sensores, para estudiantes de secundaria,
de igual forma se cuenta con robots para nivel medio superior como lo es VexRobotics del
cual se cuenta con varios modelos para su ensamble y programacion.
Ahora SmartCubo se ve en la nesecidad de implementar un nuevo robot, para ello se
construira un cuadricoptero, es decir un helicoptero de cuatro helices para introducirlo en
instituciones educativas de nivel medio superior y probablemente de nivel superior.
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Objetivo del proyecto
Implementar kit de cuadricoptero ELEV8 atravez del ensamble de las piezas y
configuración de la tarjeta HoverflyOPEN para su exhibición en instituciones educativas de
nivel medio superior.
Justificación
Este nuevo robot aereo se construira por que se busca darlo a conocer a instituciones
educativas de diferentes lugares de latinoamerica incluyendo Mexico, para posteriormente
implementarlo en las mismas.
Alcance
El proyecto, se realizara de manera objetiva, comenzando desde el ensamble del
cuadricoptero con todas las piezas del Kit hasta ponerlo en funcionamiento, es decir
elevarlo 120 metros sobre el nivel del suelo y maniobrarlo en un perimetro de 200 metros a
la redonda.
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CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO
2.1 Elev-8 Cuadricoptero
El cuadricoptero ELEV-8 es una plataforma de vuelo robótico que es levantado y
propulsado por cuatro rotores fijos. No hay alas fijas; todo lo del ascenso se crea a partir de
los rotores. A diferencia de los helicópteros estándar un cuadricoptero utiliza palas de paso
fijo, cuyo rotor tono no varía cuando las palas giran; el control de movimiento del vehículo
se consigue mediante la variación de la velocidad relativa de cada rotor para cambiar el
empuje y el par producido por cada uno.
El cuadricoptero utiliza una placa Hoverfly con microprocesador multinúcleo para controlar
electrónicamente cada hélice y así la estabilización de la aeronave. Los beneficios de este
sistema para una plataforma estable, es que no tiene conexiones mecánicas para un pequeño
avión maniobrable y ágil.
El kit proporciona una manera económica de involucrarse en el cuadricoptero. El kit
incluye: marco, accesorios de montaje, motores, reguladores de velocidad, hélices y el
tablero de control para la estabilización de vuelo. (Lo único que necesita es proporcionar el
equipo de radio RC, batería). Se recomienda un período de seis canales de radio RC.
La plataforma del ELEV-8 es lo suficientemente grande como para tomar el vuelo al aire
libre y tiene suficiente espacio para carga y los archivos adjuntos (hasta 2 libras).
ELEV-8 Cuadricoptero no es para principiantes, se necesita una cantidad moderada de
habilidad mecánica, para la construcción y vuelo. El kit del ELEV-8 requiere un promedio
de 8 horas para ensamblar, la experiencia de RC es muy recomendable.
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Imagen 2.1 ELEV-8 Cuadricoptero Parallax INC.
2.2Componentes del ELEV-8
Cada una de las piezas que conforman esta aeronave son de suma importancia, por lo cual
hay que tener extremo cuidado con cada una de ellas, los componentes que están integrados
en el ELEV-8 son los que se describen en los siguientes subcapítulos.
2.2.1Motor Brushless
Un motor eléctrico sin escobillas o motor brushless es un motor eléctrico que no emplea
escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor. Los motores eléctricos solían
tener un colector de delgas o un par de anillos rozantes. Estos sistemas, que producen
rozamiento, disminuyen el rendimiento, desprenden calor y ruido, requieren mucho
mantenimiento y pueden producir partículas de carbón que manchan el motor de un polvo
que, además, puede ser conductor. Los primeros motores sin escobillas fueron los motores
de corriente alterna asíncronos.
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Hoy en día, gracias a la electrónica, se muestran muy ventajosos, ya que son más baratos de
fabricar, pesan menos y requieren menos mantenimiento, pero su control era mucho más
complejo. Esta complejidad prácticamente se ha eliminado con los controles electrónicos.
A resumidas cuentas y con palabras rápidas y poco precisas diré, que los motores brushless
son la solución adecuada para los que buscan maquinas de alta eficiencia con alto nivel de
rpm, lo que los convierte en excelentes para todo tipo de proyectos de aeromodelismo,
funcionan con niveles altos de intensidad, y se controlan con unos circuitos que se llaman
variadores o ESC, de los cuales se hablará mas adelante.
La fuente de energía predilecta para estos motores, y aceptada casi por todos los ESC, son
las baterías LiPo, o baterías de polímeros de litio, unas fuentes de energía realmente
potentes, de larga duración y muy accesibles de precio. Mas adelante hablaremos de estas y
de otros componentes que van ligados a los motores brushless.
Ejemplos de uso
Los motores brushless nos pueden servir para mover desde una barquita radio control
hasta un cuadricoptero con 4 motores, y por supuesto 4 hélices. Las hélices vienen
nombradas por la longitud de las aspas y la inclinación de estas, por lo que cada motor tiene
un hélice idónea para según que función. En concreto, para mi cuadricoptero es necesario
usar de 2 tipos distintos, unas normales y unas de giro inverso, que se traduce a dos de
empuje y dos de giro, para producir un desvío y poder maniobrar. (Debcitech, 2012)
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Imagen 2.2 Motor Brushless 1000kv
2.2.2 Variadores ESC
Los variadores son los elementos que se encargan de manejar los motores eléctricos y se les
denomina por las siglas ESC (Electronic Speed Controller).
En aviones pequeños (indoor o muy sencillos) con motores de escobillas (brushless) son
simples interruptores accionados por un canal del receptor o los más avanzados hacen
gestión PWM (enviando impulso de anchura controlada) y regulan la velocidad del motor.
Un variador es un elemento esencial en el control de los motores brushless, por lo que se
convierten en una de las claves del proyecto.
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El variador tiene una función simple, variar o controlar (de ahí su nombre) la intensidad que
recibe el motor de forma que este puede modificar la velocidad del motor a placer
controlándolo normalmente por pulsos PWM disparados desde un controlador, por ejemplo
un PIC, un AVR, un Arduino o inclusive de un Mbed.
En la primera prueba que realizaré será con una Hoverfly, por su versatilidad y facilidad de
programación, y de igual manera en el proyecto final se hará con esta misma tarjeta
Hoverfly exclusiva del Cuadricoptero Elev-8 por su potencial y velocidad de prototipado.
Estos sistemas son muy poco eficientes, hoy en día el auge de los eléctricos se debe a un
tipo más sofisticado y que actualmente son los más habituales. Se obtienen potencias
mucho mayores gracias a los motores Brushless que cuentan con un bobinado especial
semejante al de los motores industriales trifásicos y aplicando mucha más frecuencia. Estos
motores no se pueden conectar directamente a la batería sino que requieren de un circuito
electrónico que los maneje: el variador ESC. (Debcitech, 2012)
Como usarlos
Los variadores tienen por defecto 2 conectores en un extremo y 3 en otro. Los dos primeros
son para el positivo y negativo de la batería LiPo, los otros tres van conectados al motor, y
normalmente tiene 3 pines de control (positivo, negativo y señal), a través de los cuales
podemos controlar el variador y a su vez el motor. Desde un Arduino es tan sencillo como
hacer uso de la ServoLib para enviar pulsos al pin señal para armar y disparar el
controlador para modificar la velocidad del motor.
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Precauciones al usar un ESC
Ante todo no exceder ni bajar de los límites, tanto positivos como negativos, de voltajes e
intensidades por defecto del variador, que encontraremos en su correspondiente datasheet.
Antes de iniciar cualquier proceso, vigilar que no haya ninguna toma de tierra suelta ni
malos contactos que puedan derivar en un cortocircuito, provocando pérdidas materiales,
económicas o provocarte algún tipo de lesión. Solo tú eres responsable de los daños que
puedas causarte por el mal uso de alguno de los componentes mencionados.
Otra variante son los ESC-opto, que viene de "opto acoplados", estos variadores son muy
utilizados en potencias medias-altas para separar el circuito de motor del circuito
receptor+servos con baterias independientes.
Al ser circuitos independientes, para que el variador pueda acceder a la señal del motor en
el receptor incorpora a la entrada del cable de servo este acoplador que funciona por luz
(como un mando a distancia miniatura en un chip) y que permite que los circuitos estén
eléctricamente aislados (y las interferencias de un motor de esa potencia).
Los variadores pueden llegar a ser muy sofisticados y manejar capacidades de corriente
muy elevadas (llegan a alcanzase los 200A en modelos extremos) obteniendo unas
potencias que compiten con los modelos de gasolina.
En función del motor y tipo de vuelo que necesites puedes elegir entre una amplia gama de
fabricantes.
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Suele ser una recomendación generalizada sobredimensionar el ESC, esto es, si de el motor
se espera un consumo máximo de 35A elegir un ESC que soporte al menos un 10-25% más.
Lo cual nos garantiza que el variador responderá correctamente en condiciones de máxima
carga.
Estos circuitos hacen una gestión avanzada del motor y requieren ser "programados" antes
de usarlos. Para ello suelen ofrecer varios métodos, siendo la más simple a través de una
secuencia de movimientos de la palanca de gas en la emisora al conectar, pasando por
accesorios en forma de tarjeta con botones para las diferentes opciones, hasta los más
sofisticados con conexión al ordenador.
Entre los parámetros más habituales que hay que programar están:
Brake: Freno para hélices plegables, sino está activo la hélice sigue girando y no se
recoge (por efecto del aire).
Battery type: Algunos tienen detección automática del tipo de batería
(Lipo2S/3S/etc.) y otros hay que indicárselo explícitamente, para su adecuado
funcionamiento.
Cutoff mode: Cuando detecta que la batería está baja, indica como debe
comportarse. Bien reduciendo potencia de motor (preferible) o bien apagándolo
completamente para evitar riesgosos daños.
Cutoff threshold: el nivel que se considera mínimo de batería, si lo bajas agotas
más la batería. O bien como viene de fábrica o incluso subirlo un punto de manera
que aunque agotes menos la batería (que es bueno para su duración) también cuando
te empiece a "tambalear" el motor, aún tienes reserva para aterrizar con control.
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Startup mode: El modo de arranque, en motores con reductora o hélices plegables
puede convenir "soft" (suave) para no forzar los piñones y/o darle tiempo a la hélice
a que se posicione.
Timing: este es más delicado. Tiene que ver con la frecuencia con que controla el
motor.
Suelen venir en modo "auto" y no es fácil saber a prioridad cual es el valor óptimo
pues los fabricantes no suelen indicar el valor y la forma de onda que aplica el
propio variador también influye, por lo que la mayoría solemos optar por dejarlo en
auto si va bien y en modelos de competición o con requerimientos avanzados suelen
determinarlo mediante pruebas en banco midiendo los consumos, revoluciones y el
empuje estático obtenido.
Toda esta programación se realiza casi de forma automática, nada mas se tiene que indicar
el modelo de tarjeta, especificar el número de motores y varios parámetros que se
especifican más adelante en los capítulos.
Imagen 2.3 Variador ESC (Electronic Speed Controller)
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2.2.3 Baterías LiPo
Las baterías LiPo son baterías o fuentes de energía muy poderosas que pueden proporcionar
cantidades de intensidad muy altas, ideales para controlar los motores brushless, mediante
un ESC que regula la intensidad que estos reciben.
Todo el mundo sabe que hay diferentes tipos de pilas, de voltajes diferentes, por ejemplo en
el supuesto caso de que existiese una pila de 11V, si queremos obtener mas voltaje con otra
pila se hace, lo que se llama una conexión en serie, con lo que conseguimos la suma de dos
fuentes de energía, de esa manera las lipo´s tienen las celdas, cada celda tiene un voltaje de
3,7V, y conectadas en serie obtenemos mas voltaje:
Li-PO 1S: una celda, 3,7 V.
Li-PO 2S: dos celdas, 7,4 V.
Li-PO 3S: tres celdas, 11,1 V.
Li-PO 4S: cuatro celdas, 14,8 V.
Se puede crear todo tipo de conexiones entre las LiPo (EN SERIE) para obtener mas
voltaje, y su vez menos peso pues si adquirimos, una LiPo de 3 celdas, 3s por tanto,
tendremos 11,1V sin necesidad de unir tres de una celda, por lo que reduciremos
considerablemente el peso de nuestro modelo.
No hay que descargar nunca las baterías a menos de 3V o las romperemos provocando que
no funcionen nunca mas.
Para cargar la batería es recomendable hacerlo a 1C, la vida de la batería se alarga
considerablemente
Además, la unidad C nos indica la descarga máxima, es decir que si nuestra batería tiene
20c, la descarga máxima que puede dar la batería sin dañarse es de C*A:
20C*2A = 40A de descarga máxima.
Los cargadores que usan las LiPo's son cargadores específicos para esto, pues se tienen que
20
equilibrar las diferentes celdas, y evitar mal funciones.
Los cargadores tienen un aspecto similar a este:
Imagen 2.4 Cargador de Batería LiPo.
Precauciones y riesgos
El uso de una fuente de energía tan potente como son las LiPo conlleva una
responsabilidad, que por supuesto conlleva riesgos y sus consecuentes precauciones para
mantener la integridad física, tuya y de tu proyecto, mientras les damos un uso adecuado.
Me llamó la atención el comentario de mucha gente que decía que las LiPo podían explotar
y quise cerciorarme de ello, así que todo esto lo pueden corroborar en la red.
Por supuesto la lista es extensa y muy completa de todos los colores, desde gente que solo
consigue romperlas, hasta autenticas reacciones explosivas.
21
Sobretodo que nadie lo intente en su casa pues puede ser muy peligroso, todo esto sirve
para que tomen precauciones en el momento de usar esas fuentes de energía tan eficientes
pero mal tratadas tan peligrosas. (Debcitech, 2012)
2.2.4 La hélice
La hélice es un dispositivo formado por un conjunto de elementos denominados palas o
álabes, montados de forma concéntrica alrededor de un eje, girando alrededor de este en un
mismo plano. Su función es transmitir a través de las palas su propia energía cinética (que
adquiere al girar) a un fluido, creando una fuerza de tracción; o viceversa, "tomar" la
energía cinética de un fluido para transmitirla mediante su eje de giro a otro dispositivo.
La primeras aplicaciones de las hélices, hace miles de años, fueron los molinos de viento y
agua. Hoy en día, también bajo los nombres de "rotor", "turbina" y "ventilador", las hélices
y los dispositivos derivados de ellas se emplean para multitud de propósitos: refrigeración,
compresión de fluidos, generación de electricidad, propulsión de vehículos e incluso para la
generación de efectos visuales (estroboscopio).
El inventor de la hélice para barcos fue el checo Josef Ressel, quien solicitó la patente
austriaca el 28 de noviembre de 1826.
Como evidencia la variedad de denominaciones y campos de aplicación, existe una gran
variedad de hélices, variedad que se manifiesta sobre todo en las palas, que generalmente
tienen perfiles semejantes a los de un ala, pero cuya forma varía según su propósito.
Además, hay hélices, principalmente en la aviación, en las que la inclinación de las palas es
variable, variación que a su vez puede ser respecto al plano de giro de la hélice ("paso") o
22
respecto al eje de giro de la hélice ("paso cíclico" o simplemente "cíclico"). Para conseguir
esto se requieren mecanismos bastante complejos.
En los motores de avión, la propia hélice hace las veces de volante de inercia en los aviones
las hélices son de paso fijo , o variable también tenemos velocidad constante que el paso se
regula automáticamente. En las que son de paso variable se regula el ángulo o el paso con
una palanca.
Imagen 2.5 Hélice APC Impulsor 10 x 4,7 Elev-8
La línea de APC de las hélices de empuje eléctrico está diseñado para agujas del reloj
(CCW) aplicaciones del tractor rotativos. Estas hélices son para uso en aviones con dos
motores eléctricos del tractor en una hélice giratoria hacia la izquierda puede ser deseable.
Estas hélices también se pueden utilizar en una aplicación de propulsión mediante el
montaje con el “APC”.
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Utilizado en hélices de APC que se fabrican utilizando un proceso de pultrusión. Este
método hace que los de fibra de vidrio, puedan estar orientados axialmente. Este compuesto
de fibra larga permite una fibra más alta (60%) a la resina (nylon aglutinante) la densidad
de los compuestos de fibras cortas o picadas.
Esto proporciona sustancialmente mayor resistencia y rigidez en comparación con los
procesos más convencionales que utilizan fibras cortas o picado. El material compuesto de
fibra larga es tanto más rígido y más fuerte que de vidrio lleno de nylon. la rigidez adicional
es beneficioso para controlar la respuesta de vibración de resonancia. las frecuencias
naturales de la hélice debe mantenerse lo suficientemente alto como para evitar la
excitación de la vibración torsional del motor y el aleteo Aero-elástico, la mayor resistencia
permite el uso relativo de las secciones transversales, beneficiosos para el peso y la
eficiencia aerodinámica. (Wikipedia, 2012)
24
2.2.5 Acelerómetro
Un acelerómetro es un instrumento o sensor que nos permite medir aceleraciones. Los
acelerómetros usados en robótica/modelismo son normalmente electrónicos, y con estos se
pueden medir con un margen de error casi nulo las aceleraciones en un momento
determinado, sobre un cuerpo, en el que se sitúe el sensor.
Los acelerómetros que podemos encontrar en cualquier robot que los requiera, liberan sus
datos a través de pines de salida analógicos, en sus tres ejes (Y, X y Z), para poder medir
así la aceleración en cualquier eje de movimiento tridimensional.
Aunque normalmente los datos de muestra se entreguen por pines analógicos, los hay
también que transmiten la información paseada a través de un UART o por bus I2C, cosa
que a veces facilita las cosas y nos ahorra un buen número de pines.
Ejemplos de uso de los acelerómetros
En nuestro cuadricoptero, para estabilizar el aparato en vuelo, y mantenerlo recto (junto a
un giroscopio).
El Nunchuck (mando de la Wii) hace uso de este sensor para detectar movimiento y
transmitirlo a la máquina y así interactuar con los juegos, enviando aceleraciones.
Se podría usar en vehículos para calcular la aceleración del vehículo en cuestión y
modificar la velocidad en el caso de ser conveniente.
Algunos móviles de última generación los incorporan para detectar movimientos, que son
traducidos a cambiar de pista musical, pasar imágenes de una galería y hasta movernos a
través de su interfaz, así como multitud de juegos para plataforma móvil, interactivos
gracias a estos sensores. (Debcitech, 2012)
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Imagen 2.6 Acelerómetro ADXL3 Detección 3D (X,Y,Z)
26
2.2.6 Giroscopio
Un giroscopio, como sensor, y no con otra acepción, es un elemento que sirve para medir la
velocidad angular, por supuesto de un giro.
Con el podremos hacer cálculos referentes a la velocidad de giro, posición respecto a X/Y
de un objeto, y formular hipótesis de la orientación final del objeto.
Es un sensor indispensable en nuestro Cuadricoptero, puesto que nos interesa saber hacia
que lado esta orientado y si este está descontrolado girando, para corregir nivelando el
potencial de los motores.
Se podría decir que es una de las claves que nos permite tener el Cuadricoptero en su sitio,
correctamente orientado.
Junto con una Brújula electrónica, podremos tener al Cuadricoptero situado hacia donde
queramos, me explico:
Si nuestro aparato volador esta en una orientación que no nos interesa, podemos hacerle
girar hasta que se coloque como queremos.
También puede servir para modificar los controles y hacerlo mas sencillo de controlar,
enviando tan solo giro a derecha o izquierda dependiendo de como esté situado respecto al
norte para que gire a donde queremos. (Debcitech, 2012)
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Imagen 2.7 Giroscopio respecto a una moneda.
2.2.7 Chasis
El hecho de darle cuerpo, al alma voladora del cuadricoptero, puede suponer todo un reto
para el aficionado y el experto. El chasis es el elemento que aguantará toda la presión, el
que en un momento dado recibirá impactos, es el que se encargará de que todo esté en la
posición deseada, el que se encargará de proteger toda nuestra electrónica de posibles
fuerzas que puedan tirarla fuera de su sujeción...
Por estos motivos y por muchos otros considero que es algo a tener en cuenta, no solo en
aspectos técnicos si no también en económicos.
La idea es encontrar el punto medio, yo creo haber encontrado el adecuado para mi
proyecto.
28
El kit trae todo tipo de tornillería, tuercas y demás para completar el montaje, con una
sujeción ligera y potente. El kit se constituye por 4 barras o largueros, que sustentan los
motores, y por los cuales pasan todos los cables, además de un centro constituido por dos
plataformas centrales donde atornillar toda la circuitería.
Viene acompañado además de un completo set de tornillos y tuercas de todo tipo, como ya
se ha mencionado.
Todo pintado, con pintura ligera que no hace que la masa del chasis aumente, totalmente
ajustable, y con bancadas para los motores, creando una sujeción perfecta, estándar, y
totalmente fiable, con una tornillería de la más alta calidad.
Imagen 2.8 Chasis del cuadricoptero Elev-8
29
2.3 Control RC
La DX8 es la primera emisora de Spektrum que incluye un sistema de telemetría integrado.
En la pantalla de la emisora se pueden leer los datos a tiempo real del voltaje de la batería,
información del Flight-Log y calidad de la señal. Los sensores externos permiten obtener
datos de revoluciones, voltaje externo y temperatura. Se pueden programar alarmas para
avisar de un voltaje bajo, un exceso de temperatura, un exceso de revoluciones o una
pérdida de señal.
La DX8 ofrece una programación sofisticada que cumple con las exigencias de los pilotos
con más experiencia. Un único cursor, combinado con un software intuitivo, facilitan, como
nunca antes, los ajustes de los modelos. La DX8 es compatible con tarjetas de memoria SD,
permitiendo almacenar un número infinito de modelos, transferir información y descargar
actualizaciones del software directamente de SpektrumRC.com.
Esto es un producto muy sofisticado del hobby y NO es un juguete. Debe ser operado con
responsabilidad y sentido común y requiere de unos conocimientos básicos de mecánica.
Un mal uso del producto puede resultar en daños al propio producto y lesiones, tanto
personales como a terceros. Este producto no está pensado para que sea utilizado por niños
sin la supervisión directa por parte de un adulto. No intente desmontar, utilizar con
productos incompatibles o modificar el producto sin la autorización de Horizon Hobby, Inc.
Debido a la alta complejidad de este dispositivo, no es posible desglosar excesiva
información, por lo cual se anexara un manual completo con todos los puntos necesarios
para poder ser maniobrado.
Anexo 1 Radiocontrol Spektrum DX8.
30
2.3.1 Características del sistema
• Telemetría integrada
• Sticks montados sobre cuatro rodamientos.
• Rango de alta velocidad, 11ms.
• Resolución 2048.
• Sistema de avisos de telemetría.
• Programación sofisticada para aviones y helicópteros.
• Compatible con tarjeta de memoria SD.
Imagen 2.9 Emisora de Spektrum DX8 8800.
31
CAPÍTULO 3 DESARROLLO DEL PROYECTO
3.1 Diseño del Elev-8 Cuadricoptero
El diseño de este cuadricoptero fue creado y desarrollado por Parallax INC, una empresa
que se dedica a la creacion y desarrollo de proyectos enfocados a la robotica.
Uno de los primeros puntos que se debera hacer sera el armado mecanico, para esto es
necesario considerar que cada uno de los componentes es necesario e indispensable para su
buen y eficaz funcionamiento.
Se mostraran dos imágenes por ensamble de cada parte del cuadricoptero, de las cuales a
una de ellas se le hara un acercamiento con la parte a ensamblar para un mejor
entendimiento.
Ademas se mostrara informacion adicional sobre las medidas exactas de cada una de las
piezas que lo conforman.
32
3.2 Ensamble del cuadricoptero
Las partes que conforman a este ingenioso artefacto se muestran en la siguiente imagen:
Imagen 3.1 Componentes del Cuadricoptero Elev8.
33
3.2.1 Ensamble del motor y la helice
Para su facilidad de comprencion se muestra una imagen 3D de cómo se debe ensamblar la
helice con el motor, en total son 4 helices con 4 motores, se muestra una imagen en
miniatura del cuadricoptero, la parte de color verde es la que se tiene que ensamblar, para
eso se hizo un acercamiento de esta manera es mas facil apreciar el ensamble.
Imagen 3.2 Vista 3D de la helice y el motor.
34
Imagen 3.3 Vista 3D de la helice y el motor.
Imagen 3.4 Vista frontal de la helice y el motor.
Cada uno de los tornillos y las tuercas se debe atornillar hasta el punto que esta indicado, no
hay que forzar para apretar en exceso por que podria danarse la cuerda del tornillo o de la
tuerca.
Para mayor aprecio del ensamable se adjuntan los siguientes anexos.
Anexo 2 Ensamble del motor y la helice 3D, SolidWorks eDrawings.
Anexo 3 Sistema de montaje del motor y la helice.
35
3.2.2 Ensamble del motor a su soporte y al brazo.
Para su facilidad de comprencion se muestra una imagen 3D de cómo se debe ensamblar el
motor al soporte y al brazo en total son 4 de cada uno, se muestra una imagen en miniatura
del cuadricoptero, la parte de color verde es la que se tiene que ensamblar, para eso se hizo
un acercamiento de esta manera es mas facil apreciar el ensamble.
Imagen 3.5 Ensamble del motor a su soporte y al brazo
Motor Brushless 1 de 4
Helice 1 de 4
Soporte superior de motor 1 de 4
Brazo 1 de 4
Soporte inferior de motor 1 de 4
Soporte inferior de brazo 1 de 4
36
Imagen 3.6 Vista 3D del ensamble del motor a su soporte y al brazo
Imagen 3.7 Vista inferior 3D del ensamble del motor a su soporte y al brazo
37
Imagen 3.8 Vista superior 3D del ensamble del motor a su soporte y al brazo
Imagen 3.9 Vista lateral 3D del ensamble del motor a su soporte y al brazo
Para mayor aprecio del ensamable se adjuntan los siguientes anexos.
Anexo 4 Ensamble del motor a su soporte 3D, SolidWorks eDrawings.
Anexo 5 Sistema de montaje del soporte y el brazo.
38
3.2.3 ENSAMBLE DEL BRAZO A LA BASE GENERAL
Para su facilidad de comprencion se muestra una imagen 3D de cómo se debe ensamblar el
brazo armado a la base en total son 4, se muestra una imagen en miniatura del
cuadricoptero, la parte de color verde es la que se tiene que ensamblar, para eso se hizo un
acercamiento de esta manera es mas facil apreciar el ensamble.
Imagen 3.10 Vista 3D del ensamble del brazo hacia la base principal
Brazo 1 de 4
Plataforma de montaje superior 1 de 1
Plataforma de montaje inferior 1 de 1
39
Imagen 3.11 Vista superior 3D del ensamble del brazo hacia la base principal
Imagen 3.12 Vista superior lateral 3D del ensamble del brazo hacia la base principal
Para mayor aprecio del ensamable se adjuntan los siguientes anexos.
Anexo 6 Ensamble del brazo a la base general 3D, SolidWorks eDrawings.
Anexo 7 Sistema de montaje del brazo a la base general.
40
3.2.4 Ensamble de la placa base para montaje de la tarjeta hoverfly
Para el ensamble de esta pieza es muy sencillo, solo hay que colocar lospostes medianos en
donde indica la siguiente figura, posteriormente solo hay que atornillar.
Imagen 3.13 Vista del ensamble de la placa para montar la tarjeta Hoverfly.
Para mayor aprecio del ensamable se adjuntan los siguientes anexos.
Anexo 8 Ensamble de la placa base general 3D, SolidWorks eDrawings.
Anexo 9 Sistema de montaje de la placa base general.
Poste 1 de 4
Tornillo1 de 4
Placa central Superior
41
3.2.5 Ensamble de la base sobre la que se monta la tarjeta Hoverfly
En el siguiente ensamble se muestra como sera colocada la tarjeta Hoverfly, primero se
tiene la base superior general que ya se ensamblo anteriormente, despues en la parte de en
medio se encuentra la base sobre la cual se montara la tarjeta y en la parte superior esta su
cubierta, para protejerla de algunos incidentes.
Imagen 3.14 Vista de cubiertas de la tarjeta HoverflyOPEN.
Para mayor aprecio del ensamable se adjuntan los siguientes anexos.
Anexo 10 Ensamble de base para montaje de la Hoverfly 3D, SolidWorks eDrawings.
Anexo 11 Sistema de montaje para placa Hoverfly.
Tornillo 1 de 4
Tapa protectora superior de tarjeta Hoverfly
Tapa protectora inferior de tarjeta Hoverfly
Base superior general
42
3.3 Tarjeta Hoverfly
La tarjeta HoverflyOPEN es el intermediario entre las entradas de control y los
controladores electrónicos de velocidad de los motores (ESC). Sin ella, el cuadricoptero
sería casi imposible volar.
La función primaria de la HoverflyOPEN es para monitorear la orientación de la aeronave y
accionar los múltiples motores para lograr un vuelo estable. Las entradas de control del
usuario se utilizan para ajustar la aeronave y tener una orientación estable, balanceo y giro
de la plataforma. Estas acciones hacen que la aeronave pueda moverse fácilmente en
diferentes direcciones dentro de un espacio aéreo.
Suena fácil, pero para alcanzar estos datos de giroscopios, acelerómetros y un sensor de
presión se crean miles de cálculos por segundo. Esta información se utiliza para tomar
decisiones sobre la forma de alcanzar la orientación deseada del piloto.
La HoverflyOPEN es el controlador de vuelo más inteligente en el mercado, esto significa
que con el tiempo lo fácil será aún más fácil.
Imagen 3.15 Tarjeta HoverflyOPEN™
43
3.3.1 FUNCION PRINCIPAL
La HoverflyOPEN está diseñada para controlar varias configuraciones diferentes de
múltiples aeronaves de rotor.
Para una configuración básica de cuatro motores, llamado cuadricoptero, se utilizará la
HoverflyOPEN.
En el siguiente diagrama, se muestran las conexiones básicas que se necesitan para un
cuadricoptero, pero antes, las conexiones de la aeronave deben seguir esta metodología.
El transmisor envía las entradas de control (los sticks) al receptor que esta a bordo de la
aeronave. El receptor está conectado a la HoverflyOPEN. El HoverflyOPEN se conecta a
los controladores electrónicos de velocidad sin escobillas (ESC’s). La función de los ESC’s
es tomar la información de la HoverflyOPEN y convertirlo en una señal de control de 3
fases. Esta señal de 3 fases acciona el motor sin escobillas para alcanzar una velocidad de
rotación con un cierto número de revoluciones por minuto (RPM).
Imagen 3.16 Diagrama que muestra el funcionamiento de la HoverflyOPEN en un
cuadricoptero.
44
Idealmente, en perfectas condiciones sin viento, mientras que las entradas de control se
centran, las RPM de todos los motores se igualan. Si la alteración del medio ambiente se
produce como una ráfaga de viento, el HoverflyOPEN cambiará las RPMs de cada motor
para seguir manteniendo la orientación de centro stick mandado. De esta manera, el
cuadricoptero tratara de obstaculizar ráfagas de viento para mantener la posición de la
aeronave.
3.3.2 MANDOS DE MOVIMIENTO
Con el fin de mover el cuadricoptero adelante el piloto acciona el stick izquierdo en un
modo transmisor. Esto hará que el HoverflyOPEN haga girar el cuadricoptero hacia delante
y ejecute el movimiento llamado Pitch.
Si el piloto sigue sosteniendo el stick en la posición delantera del cuadricoptero seguirá
hacia delante. Esto es debido a que en el modo normal de vuelo la posición de la palanca de
control es igual a la velocidad de rotación del cuadricoptero. Entre mayor sea el control de
entrada resultara una mayor tasa de rotación. Entre menor sea el control de entrada resultara
una menor tasa de rotación.
Imagen 3.17 Velocidad de rotación es proporcional al ángulo del stick.
Stick
45
Por lo tanto, con el fin de mover hacia delante el cuadricoptero el piloto debe iniciar
primero una velocidad de rotación lenta o paso hacia delante. La entrada de control debe
estar centrada para mantener el ángulo y evitar un mal despegue del cuadricoptero. Para
detener el movimiento hacia delante de la entrada de control debe invertirse moviendo el
stick hacia abajo ligeramente a la derecha del cuadricoptero.
Entonces la palanca (stick) está centrada cuando el nivel del cuadricoptero esta en el suelo.
La palanca (stick) de control derecha también puede ser accionado a la derecha e izquierda.
Esto hará que el cuadricoptero pueda girar a la derecha e izquierda y ejecute el movimiento
Roll. Una vez más, el ángulo de la palanca de control es igual a la velocidad de rotación.
Hasta ahora hemos cubierto Pitch and Roll del cuadricoptero pero hay otros dos
movimientos. En primer lugar, la palanca de mando izquierda se utiliza para controlar la
altura del cuadricoptero aumentando y disminuyendo la velocidad de los motores (también
referido como del acelerador).
La panca(stick) izquierda se inicia en la posición hacia abajo y corresponde a cero del
acelerador y el motor no gira. A medida que la barra se mueve hacia arriba, las RPM de los
motores se incrementaran.
Cada cuadricoptero tiene un punto de nivelación basado en el peso y el tamaño de la
aeronave y del motor, donde se mantiene a una altura constante.
Para aumentar la altura del cuadricoptero, la palanca izquierda se acciona hacia arriba
provocando así el aumento de velocidad de los motores. Esto hace que el cuadricoptero
pueda subir y así ganar altura. Para flotar en una nueva altura se mueve la palanca de nuevo
al punto de nivelación. Tomará un poco de tiempo y práctica para descubrir el punto de
nivelación y encontrarlo rápidamente después de cambiar la altitud.
46
El impulso del cuadricoptero a medida que se mueve hacia arriba y hacia abajo requiere
alguna acción en contra del acelerador. En otras palabras, después de cambiar la altitud será
necesario subir o bajar todo el acelerador y llegar al punto de nivelación para fijar la altura.
Esto es cierto especialmente cuando provocamos la disminución de la altitud. Una vez que
el cuadricoptero se mueve hacia abajo desde una altura deseada producirá un rápido
incremento de la aceleración, será necesario compensar el movimiento de la caída de la
aeronave
Imagen 3.18 Mandos del Control RC Specktrum hacia el cuadricoptero
El sistema de control de vuelo HoverflyOPEN se basa en tecnología de fusión de datos de
sensores en un núcleo llamado HoverCoreTM. Muchos de los datos de los acelerómetros y
giroscopios no sirven para nada, si no se fusionan con eficacia para proporcionar
estabilidad salidas de control de vuelo.
El algoritmo de HoverflyOPEN utiliza la propiedad HoverCoreTM arquitectura de
procesamiento paralelo para recoger datos de forma independiente. A continuación, el
algoritmo utiliza un filtrado digital personalizado para extraer únicamente las variables
necesarias de todos los datos disponibles. El algoritmo de control de vuelo utiliza los datos
47
que necesita para generar señales de ancho de pulso modulado (PWM) para controlar con
precisión los ESC’s externos. Todo esto sucede cientos de veces por segundo para
proporcionar un control de vuelo fiable y muy estable.
El funcionamiento apropiado de la HoverflyOPEN se basa en la correcta instalación de las
partes eléctricas y mecánicas de la aeronave.
El incumplimiento de no construir cuidadosamente su aeronave e instalar adecuadamente el
HoverflyOPEN puede afectar negativamente el rendimiento del cuadricoptero.
La HoverflyOPEN utiliza giroscopios y acelerómetros muy sensibles para controlar la
orientación y el movimiento de las aeronaves multi-rotor. Estos sensores registrarán hasta
la más mínima vibración existente en la estructura del avión.
Las hélices desequilibradas o dañadas son uno de los mayores contribuyentes de la
vibración no deseada.
El algoritmo HoverCoreTM es lo suficientemente inteligente como para descontar la mayor
parte de las vibraciones del fuselaje. Esto se hace de manera que sólo la rotación real y la
aceleración de la aeronave se utilizan. Sin embargo, todos los esfuerzos deben hacerse para
construir un fuselaje sólido carente de vibraciones.
48
3.4 Configuracion de los Motores de la Tarjeta Hoverfly
El HoverflyOPEN™ se puede configurar mediante la actualización de clientes de manera
que se puede utilizar en varios tipos diferentes de múltiples aeronaves de rotor. Las
configuraciones básicas son X, +, Hex, Octo, Y6 y X8. Todas estas configuraciones se
muestran a continuación.
Imagen 3.19 Configuraciones soportadas (CW-Clockwise and CCW- Counter Clockwise).
3.5 Transmisor
El transmisor no solo se utiliza para pilotar una aeronave multi-rotor, sino que también
controla muchas de las funciones avanzadas de la HoverflyOPEN.
Los cuatro controles principales son las palancas(sticks) en el transmisor que controlan el
Roll, Pitch, Yaw y el Throttle de la aeronave.
Se debe utilizar un transmisor que tenga la capacidad para programar el ajuste de punto
final (EPA también llamado ATV)de los valores de los canales por separado.
49
4.3.1 Requisitos de canales
El vuelo requiere el uso de 5 canales. Los cuatro canales principales se asocian con los dos
sticks y se utilizan para Roll, Pitch, Yaw y el Throttle.
El quinto canal adicional se utiliza para controlar la ganancia del control HoverflyOPEN.
La ganancia es el parámetro que se usa para ajustar el rendimiento de las aeronaves multi-
rotor.
Siguiendo el manual suministrado con el transmisor configurarlo de acuerdo con estos
parámetros. Tenga en cuenta que su radio no puede tener algunos de los ajustes que se
indican.
50
3.6 Receptor para la Tarjeta Hoverfly
El HoverflyOPENTM detecta automáticamente la señal del receptor que se elija para la
aeronave. La alimentación del receptor vendrá de las conexiones del canal de la
HoverflyOPEN. Sin embargo, el número de canales disponibles en el receptor debe ser de
al menos 5.
Imagen 3.20 Típico Receptor RC (6-canales Spektrum AR600).
3.7 HoverflyOPEN Orientación
Dos flechas distintas se pueden ver en la HoverflyOPEN. Estas indican la dirección de
movimiento hacia adelante para el cuadricoptero. El siguiente diagrama muestra la
orientación correcta de la HoverflyOPEN.
Imagen 3.21 Orientación de la tarjeta.
51
3.8 Conecciones del receptor para la HoverflyOPEN™
Imagen 3.22 Conexiones del receptor a la HoverflyOPEN.
3.9 Configuraciones “+” y “X”
Imagen 3.23 Configuraciones “+” y “X”
52
3.10 Antes de volar
Antes de volar su avión debe comprobar que todos los elementos han completado los
siguientes parámetros:
Los motores se instalaron con hélices equilibradas. Verificar el nivel y la rotación
de cada motor con el diagrama correspondiente. Cuando el motor está girando en la
dirección indicada (CW o CCW).
Ninguno de los conectores esta en cortocircuito.
Todos los cables están sujetos de manera que no se puede mover en las hélices
giratorias.
Ninguna de las hélices esta dañada.
Cada uno de los ESC’s se programaron y calibraron correctamente.
Todas las conexiones de la HoverflyOPEN a los ESC’s y el receptor se han
realizado correctamente.
El firmware más reciente HoverflyOPENTM está cargado.
El transmisor está programado y ajustado al modelo correcto.
La zona de pruebas está libre de cualquier cosa que pudiera volar y dañar la
aeronave.
3.11 Las ganancias
La ganancia primaria para el algoritmo de estabilidad de vuelo HoverCoreTM es fijado por
el punto final de Ajuste (EPA) valor en el canal 5. Este canal debe estar asociada con un
interruptor de dos posiciones. Este canal también se usa para activar el modo de
mantenimiento de altitud. Es necesario ajustar la EPA en el signo "+" y "-".
El valor en el lado derecho suele ser la posición "DOWN" del interruptor de engranaje en
transmisores Spektrum también examinó la posición "OFF". El valor de desplazamiento
EPA es utilizado por el HoverflyOPEN como el valor de la ganancia primaria de la
aeronave.
53
Al mover el interruptor a la posición "UP" o "ON" permitirá que el valor del lado izquierdo
para ajustar. Utilice un valor negativo en el lado izquierdo de manera que la HoverflyOPEN
lee el valor correctamente.
El valor del viaje EPA en el lado izquierdo es utilizado por el HoverflyOPEN para ganar
altura Hold.
Durante el vuelo la función de mantenimiento de altitud se activa con el interruptor del
engranaje. Trasladado a la posición “UP” o en la posición “ON” se activará la altitud para
mantenerla y el LED cambiará a un color azul.
Imagen 3.24 Ejemplo de programación para transmisor.
3.11.1 Ajuste de ganancia
El valor de la ganancia primaria es el valor de la EPA que se puede editar en su transmisor
cuando el interruptor está ajustado como Gear Altitud Hold desactivado. El valor de
ganancia primaria es utilizada por el HoverflyOPEN para aumentar la sensibilidad del
algoritmo de control. En general, un valor que es demasiado bajo haría que los controles se
sientan "débiles" y la aeronave sería difícil de volar. Un valor que es demasiado alto tendría
como resultado oscilaciones rápidas de la aeronave las cuales darían como resultado
dificultad de volar.
54
Cada aeronave tendrá una ganancia ligeramente diferente y el usuario debe ajustar la
ganancia primaria para encontrar el punto de estabilidad donde se sienta mejor para su tipo
de vuelo.
Es necesario iniciar la sintonización de partida de la ganancia primaria con un valor bajo de
ganancia de alrededor de 10 a 25.
Realizar pruebas con el cuadricoptero en tierra y aumentar el acelerador hasta que apenas
despegue. Si es difícil que despegue se deberá aumentar la ganancia en +10 y repetir el
procedimiento.
3.12 Armado del HoverflyOPEN
Para utilizar el HoverflyOPEN el cuadricoptero deberá tener conectada la batería y todo el
conjunto del sistema. Esto debe hacerse en el procedimiento de pruebas de banco después
de que la aeronave está montado en un banco de pruebas. El procedimiento se describe
aquí, así que deberá familiarizarse con ella antes de iniciar sus pruebas en banco.
3.12.1 Procedimiento de armado
1.Move el mando del acelerador.
2.Conecte la fuente de batería.
3.Los ESC’s debe inicializar en 5-10 segundos y sonará de acuerdo con el manual de ESC.
4.El HoverflyOPEN pitará dos veces y LED estará de verde claro cuando este lista para ser
armada
6.Mover el stick hacia la parte inferior derecha, debe escuchar dos pitidos. El
HoverflyOPEN parpadeará en rojo durante este período, el HoverflyOPEN está calibrando
sensores internos y debe permanecer inmóvil. (no armar mientras mantiene la aeronave).
7.Cuando haya finalizado, el HoverflyOPEN emitirá 3 pitidos.
55
8.Durante este tiempo, la luz del LED se enciende en verde. El HoverflyOPEN está armado
y el avión está listo para volar.
9.Si la Hoverfly se vuelve púrpura en cualquier momento durante la secuencia de armado,
asegúrese de mantenimiento de altitud está desactivada y que la aeronave permanezca
inmóvil mientras se está armando. Repita la secuencia de armado.
imagen 3.25 Procedimiento de armado
3.12.2 Procedimiento de desarmado
1.Move el mando del acelerador a ralentí.
2.Move mando del acelerador a la izquierda abajo hasta que escuche un pitido.
3.Mueva mando del acelerador a la derecha abajo hasta escuchar dos pitidos.
4.HoverflyOPEN está desarmado.
Imagen 3.26 Procedimiento de desarmado
56
3.12.3 Modo de problemas
El modo de problemas se activa cuando uno de los 5 canales requeridos no se detecta
(acelerador, ascensor, alerones, timón, ganancia).
•Compruebe las conexiones del receptor y vinculante.
• Desconecte y vuelva a conectar el poder y el procedimiento de armado de repetición.
Imagen 3.27 Modo problemas
Falla en la calibración de Gyro
El HoverflyOPEN realiza una calibración Gyro después del encendido. Si esta calibración
falla, el LED responderá con una secuencia particular parpadeante que se muestra a
continuación.
Imagen 3.28 Falla en la calibración de Gyro
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3.12.4 Mantenimiento de altitud habilitado al armar
El HoveflyOPEN no se puede armar cuando el mantenimiento de altitud está habilitado en
el encendido. Debe deshabilitar mantenimiento de altitud usando el interruptor de marchas
en la posición "off" y repetir el proceso de armado. La siguiente secuencia de LED se
mostrará si el mantenimiento de altitud se activa durante el proceso de armado.
Imagen 3.29 Mantenimiento de altitud habilitado al armar
3.13 MODOS DE VUELO
3.13.1 Modo de vuelo básico
En Modo de vuelo básico, el piloto tendrá rollo normal, Pitch, Yaw y de control del
regulador de la aeronave. El piloto siempre debe comenzar con este modo hasta que las
características de vuelo de la aeronave se entienden.
3.13.2 Modo de Vuelo Avanzado
La diferencia entre el modo de vuelo básico y avanzado es el uso del mantenimiento de
altitud. Esto se explica con más detalle aquí.
58
3.13.2.1 Función Altitud Hold
Con el fin de que Altitud Hold esté habilitada ya se debió haber asociado un quinto canal
con un interruptor de dos posiciones. Además, se debe comprar por separado un sensor
ultrasónico.
Imagen 3.30 Sensor ultrasónico.
La ganancia de mantenimiento de altitud es utilizado por el algoritmo de control de altitud
de espera, basado en el sensor ultrasónico. El usuario debe montar el sensor para que este
apuntando hacia el suelo y evitado que los cables o las estructuras obstruyan la emisión y
recepción de ondas. Los sensores ultrasónicos tienen una anchura de haz ancho y un
alambre simple colgando dentro del haz de luz que puede causar un error enorme.
Para utilizar la función de mantenimiento de altitud, se eleva a una altura segura que le
gustaría mantener la aeronave.
A continuación, active la función de mantenimiento de altitud girando el interruptor
asociado a encendido o activado (la posición es dependiente del usuario). La aeronave sube
y baja dentro de un rango de altitud alrededor de la altitud elegida. El piloto puede
aumentar o disminuir la ganancia de mantenimiento de altitud para aumentar o disminuir el
rango de altitudes. La precisión del mantenimiento de altitud depende de la configuración
del sensor (posicionamiento hardware), superficie de detección, y otras condiciones.
59
3.14 Update Client and Setup Utility
El HoverflyOPEN utiliza tecnologías de actualización de clientes para cargar el firmware
más actual sobre los HoverflyOPEN. El Update Client requiere una PC con Windows
XP/Vista/7 (Mac OS no está disponible).
Imagen 3.31 Hoverfly update client y Hoverfly Setup utility.
3.14.1 Firmware Updates
Para utilizar el software, simplemente conecte el HoverflyOPENTM mediante el cable USB
a la computadora. Siga las instrucciones de programación incluidas en el software de
Update Client.
60
61
62
3.14.2 Setup Utility
La utilidad de configuración es una de las funciones disponibles para el usuario con el
software de actualización de clientes. Esto permitirá al usuario comprobar visualmente el
estado de funcionamiento de la HoverflyOPEN. El usuario debe usar esta utilidad para
determinar si las palancas (sticks) e interruptores están configurados correctamente. Por
ejemplo, cuando el usuario habilita la función de mantenimiento de altitud del modo de
vuelo mostrará una casilla de verificación junto a esta función.
El usuario debe colocar la HoverflyOPEN en modo de diagnóstico antes de la instalación
del firmware.
El HoverflyOPEN entrará en el modo de diagnóstico si el acelerador, alerón, elevador,
timón o los canales no están conectados. La forma más fácil de llegar a modo de
diagnóstico es conectar el cable USB en el HoverflyOPEN sin conectar la batería principal.
De esta forma el receptor no recibirá energía y HoverflyOPEN entrará automáticamente en
el modo de diagnóstico en el arranque.
3.14.3 Ficha General
Una vez que la utilidad de configuración HoverflyOPEN está instalado y la tarjeta se
conecta a través de USB, se visualizara en tiempo real información sobre el funcionamiento
de la HoverflyOPEN.
Los botones y deslizadores no son ajustables por el usuario, son sólo una muestra visual de
los valores actuales. Podrán visualizarse los valores del acelerómetro y del giroscopio.
Cuando el receptor y el transmisor están activados, los deslizadores de canal del receptor,
se muestran las posiciones actuales de las palancas de control. También se muestra
información adicional como la versión de firmware, las ganancias y el voltaje de la batería.
Los valores de la ganancia pueden no corresponder exactamente a los valores de la EPA en
su transmisor.
63
El usuario también puede mover los interruptores de mantenimiento de altitud en el
transmisor.
La posición detectada y la función correspondiente se mostrará en el Hoverfly Setup
Utility.
Configuración en los modos de vuelo.
64
3.15 Alimentacion para la HoverflyOPEN
El HoverflyOPEN utiliza ya sea la energía del puerto USB de su ordenador o de
alimentación de la batería Ellimination-Circuit (BEC) incorporado en los ESC. Nunca
conectar el USB al ordenador y la batería del cuadricoptero al mismo tiempo.
3.16 Giroscopio digital
El HoverflyOPEN incluye uno de los mejores giroscopios disponibles, el Invensense ITG-
3200.
Lo que hace este giro especial es el hecho de que es totalmente digital y sólo se necesitan
tres conexiones para obtener todos los datos de 16-bits. El protocolo de comunicación
utilizado por el ITG-3200 es I2C e incluye las resistencias pullup necesarios a bordo. La
orientación del giro de la placa es con "+ Y" hacia la parte delantera de la aeronave. Los
otros ejes se muestran en la siguiente imagen.
Imagen 3.6.1 Giroscopio Invensense ITG-3200
65
CAPÍTULO 4 RESULTADOS
Debido al buen manejo de todos los componentes, para el desarrollo del proyecto las
expectativas esperadas resultaron a favor, el cuadricoptero pudo tener la elevacion y
los movimientos que se enviaban desde el mando hasta el receptor que iba montado en
el cuadricoptero.
Solo se manejo sobre una cierta altura y a un perimetro establecido, debido a que se
desconoce el alcance maximo de altura y del perimetro sobre el que se puede mover,
pero se realizan investigaciones para conocer los datos reales sobre los que se puede
manipular esta aeronave.
Imagen 4.1 Cuadricoptero a punto de despegar.
66
CONCLUSIONES
Los resultados que se obtuvieron fueron los esperados, pero ademas el ensamble y la
programacion del cuadricoptero resultaron mucho mas interesante de lo que se esperaba, ya
que es una nueva herramienta que se puede uilizar de varias maneras.
Puede utilizarse para desarrollar proyectos o retos, por ejemplo alguno de ellos seria el
control de mando, lo podriamos sustituir por un programa que nosotros mismos podemos
desarrollar, o talvez manejarlo con algun otro dispositivo pero antes haciendo la respectiva
programacion.
El perimetro sobre el que se puede maniobrar el cuadricoptero es algo espacioso, sin
embargo se pueden adaptar dispositivos que aumenten su distancia de manipulacion,
dispositivos tales como las tarjetas Xbee.
El cuadricoptero ELEV8 es un dispositivo que como ya se menciono anteriormente puede
utilizarse de distintas maneras, esto ofrece demasiada ventaja para los studiantes que esten
interesados en el aeromodelismo, ya que esta aeronave no es un juguete, y para ser mas
precisos nopuede estar al alcance de personas menores de 16 anos, esto es debido a la gran
complejidad que se tiene y a las grandes velocidades que alcanzan los motores sin
escobillas, para evitar lesiones o danos a algunas personas.
67
BIBLIOGRAFÍA
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Acelerómetro: http://debcitech.co.cc/index.php/Acelerómetro
Debcitech. (07 de Septiembre de 2012). Recuperado el 02 de Agosto de 2012, de Baterias
LiPo: http://debcitech.co.cc/index.php/Baterias_LiPo
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Giroscópio: http://debcitech.co.cc/index.php/Giroscópio
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