Diseo y construccin practica de un multicptero

Diseo y construccin practica de un multicptero Realizado por: Jess Calatayud Rodrguez

Tutores: Jose Lus Calvo Rolle Xose Manuel Vilar Martnez Junio 2014

Escola Universitaria Politcnica

1SumarioIntroduccinEstado del artePrincipio de funcionamientoAnlisis de las solucionesConfiguracinProblemas y soluciones Normas de seguridadResultados finalesTrabajo futuroPreguntas

IntroduccinVehculo areo no tripulado2 tipos principalesAeronave que vuela sin tripulacin.Dirigidos por control remotoAutnomos

Ala fija Ala rotatoriaLa fuerza del motor (empuje) se convierte en velocidad. La fuerza de sustentacin es proporcional a la velocidad Ala fija

Qu pasara si quisiramos quedarnos inmvil en el aire?VENTAJAS:

Gran velocidadGran altura

IntroduccinVehculo areo no tripuladoAla rotatoriaLa fuerza del motor es directamente la sustentacin

VENTAJAS:

Gran estabilizacin Despegue y aterrizaje de forma paralela al plano terrestreMuy buena navegacin en ambientes interiores o espacios pequeos

Vehculo areo no tripuladoIntroduccinIntroduccinVehculo areo no tripuladoTipologa

Ala RotatoriaCuadricpteroHexcpteroOctocptero4 hlices6 hlices8 hlicesXX hlicesRendimiento ms bien pobre

Vuelos de 5 metros sobre el suelo

De Bothezat, 1923Cuadricptero

Evolucin histricaAlta capacidad para permanecer inmvil

Alto rendimiento

Introduccin20147Estado del ArteClasificacin

Recreativos

Parrot Ar DronePhantomFciles de usarBajo costo (300-800 Euros)Plataformas cerradas, no modificables

Estado del ArteClasificacinRecreativos- Aficionados

Basados en plataformas open source Capacidad de procesamiento limitada (micros de 8 bits, poca memoria)Difcil de modificar el software de vueloArquitectura de software pobre

Estado del ArteClasificacinProfesionales

Fotografa areaDiseo orientado a la carga til Alta confiabilidadAlto costo Soluciones completamente cerradas en cuanto a softwareEstado del ArteClasificacin

Quadrotor policialInvestigacinRaffaello DAndre, profesor en el Instituto Federal Suizo de Tecnologa 4:30, 10:15

Diseados a medida para cada experimentoDiseos y hardware no abiertos (ni disponibles)

Estado del ArteClasificacinEstado del ArteClasificacinInvestigacinPlataforma de estudioModelado de sistemas fsicos Teora de control Sistemas Embebidos Procesamiento de seales Procesamiento de imgenes y video

- Bajo costo - Relativa facilidad de construccin - Reducida cantidad de partes mvilesreas de investigacin:

Estado del ArteAplicacionesEvaluacin del tendido elctrico

Produccin de vdeo y fotografaEvaluar el estado de parques elicos, huertos solares o tendido elctricoControl y monitorizacin del estado de los cultivosRealizacin de mapas geolgicosPrevencin y control de incendios

Apoyo en bsquedas y rescates14Estado del ArteLegislacin

(AENA)No est permitido el uso de drones con fines profesionales sin certificacinUso profesional- Menos de 100 metros de altura - No pueden volar sobre ncleos urbanos ni sobre grupos de poblacin Deportivo o Ldico(FAE)AeronaveAeromodelo

Estado del ArteLegislacinCarnet de Piloto Certificadores Operadores 2 Cursos

Principio de funcionamiento

Sistemas de referenciaConfiguracion XConfiguracin +CuadricpteroArmaznControladora de vueloRadioBateraActuadores

Partes

Principio de funcionamientoCuadricptero

AlimentacinPrincipio de funcionamientoCuadricpteroDiagrama de bloquesPrincipio de funcionamientoCuadricptero

Sentido de rotacin de las hlicesPrincipio de funcionamientoCuadricpteroGrados de libertad

Principio de funcionamientoCuadricpteroControlador PID

Caso RealExisten ciertas variaciones en las fuerzas generadas por los motores: - las constantes de los motores son diferentes - las velocidades angulares giran a distintas revolucionesAnlisis de las solucionesObjetivosInvestigar sobre la capacidad de los cuadricopteros de realizar un vuelo esttico y desplazamientos con cambios de orientacinImplementar un UAV, modelo cuadricptero Controlado remotamente por un operador en tierraDe uso recreativo civilBajo coste Open sourceSistema estable

ModeloKit X525 Crius Multiwii V2.5Peso1131grDiagonal mayor600mmHlices recomendadas10x4.5Batera recomendada3S, 11.1v 2200mahMotor recomendado1000KvCorriente ESC20AAnlisis de las solucionesCaractersticas del cuadricopteroAnlisis de las solucionesArmaznEs el soporte fsico donde van anclados los componentes

Armazn de fibra de carbono y aluminio (X525)PesoResistenciaPrecioAnlisis de las solucionesAlimentacin

Para alimentar el cuadricoptero Batera Li-po de 11.1 v, 2200mha, 25CPesoCompacidadCapacidadAuto-descargaAnlisis de las solucionesMotoresSern los encargados de hacer mover las hlices

Motor Brushless (CA y trifsicos)MantenimientoKV (Revoluciones por voltio)EficienciaAnlisis de las solucionesESC (Electronic Speed Controller)

Convierte la CC de la batera en CA trifsicaAmperios admisiblesRegular la tensinDoble funcinESC de 20AAnlisis de las solucionesHlices

Unidas a los motores crearan la propulsin necesaria.Largo de punta a punta Paso: ngulo de torsin Letra : normal o al revs.Hlices 10 x 4.5 (CW, CCW)Anlisis de las solucionesHardwareControladora de vueloEs el componente electrnico que se encarga de la comunicacin y la estabilizacin el cuadricopteroAlternativas de fabricacin:Hecho desde cero (DIY)

Unin de IMU + Micro

Controladoras integradasMicrocontrolador

IMU (Sensores)

Puertos (comunicacin)

Mdulo FTDICrius Multiwii V2.5Anlisis de las solucionesHardwareControladora de vuelo

Anlisis de las solucionesSistema de Radio

Mnimo de 4 canales

2.4 GHz

Se encarga de la comunicacin entre el piloto y el cuadricoptero.TransmisorReceptor:Es el mando que tenemos para mover el cuadricopteroRecibe las ordenes que le da el operador en tierraAnlisis de las solucionesOtros

Cargador de bateras Li-poMedidor de volteje (alarma)Para el mantenimiento de estas bateras ser necesario un cargador de bateras li-poRecomendableAnlisis de las solucionesOtrosMdulo Bluetooth

Programador ESCMdulos Recomendables!!ConfiguracinSoftware

ArduinoMultiwiiConfCargar el cdigoConfiguracinActivar/desactivar funciones del cdigo MultiWii35MultiwiiConfConfigurar 3 cosas bsicasDesarrollado y disponible de forma gratuita No est relacionado con un producto comercial En el proyecto Multiwii la comunidad puede mejorar el cdigoModos de vuelo del cuadricoptero PIDCurva del aceleradorConfiguracinSoftware36MultiwiiConfAjustes PID

EstableAcrobticoAumentar el PID Reducir el PID ConfiguracinSoftware37Comprensin del P, I, D

Cantidad de fuerza correctiva

P

Tiempo promedio durante el cual se muestrea el cambio angularI Velocidad a la que se devuelve a su posicin originalD ConfiguracinSoftwareMultiwiiConf38SoftwareMultiwiiConfCurva del acelerador

Las variaciones en la zona central sean ms suaves

En los dos extremos del recorrido ms bruscas

Configuracin39SoftwareMultiwiiConfModos de vuelo

ModoGiroAccBarSonarMagGPSptico Sensor AcroXLevelXXHorizonteXXHeadFreeXXXAltitud HoldXXXGPS Volver a inicioXXXXGPS WaypointXXXXGPS HoldXXXXA prueba de fallosXConfiguracin40Problemas y Soluciones

Calibracin de los motoresVibracionesVibrometroProblemas y SolucionesBalanceo de las hlicesVibraciones

Problemas y SolucionesProtecciones

Protector de Porex

- Mucho peso- Muchas vibraciones- Muy robusto- Menor peso- Ms simple- Menos robusto- Mas frgilProtector con varillas de madera Problemas y SolucionesInsumos

Normas de seguridadEquipo de seguridad

Su primera prioridad debe ser absolutamente la seguridad de usted mismo y de la gente.Normas de seguridadDebido a un error del piloto, hardware o del software puede ocurrir accidentes inesperados.

Mantener una distancia segura con el cuadricoptero entre usted mismo, espectadores y obstculos.

Evite hlices de fibra de carbono ultra rgidas

Cuidado con la carga/descarga de las bateras Li-po

MULTIWIIPlataforma experimentalResultados FinalesPruebas en el laboratorio

Resultados FinalesPruebas en el exteriorTrabajo futuros

Sensor ultrasonidoGPSPreguntas

Gracias por su atencin