Pro Yec to Drone

8/17/2019 Pro Yec to Drone

1/20

UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA

Titulación Sistemas y Computación

TÍTULO:Construcción e implementación Física-Lógica de un DRONE tipo

Quadcopter

DOCENTE:N!" ESTE#$N $NDR%S !&T%RRE' NO(LLO

INTEGRANTES

MATERIA:

PARALELO “A”

Octubre20! " #ebrer$20%

TEMA:C$&'trucc()& *e u& “Dr$&e”

INTRODUCCI+N


2/20

El presente proyecto tiene la )inalidad demostrar el )uncionamiento y el uso de las leyes )ísicasen la construcción del proyecto *drone+ y demostrarlo"

Drone o ,eículo a.reo no tripulado/ es una aerona,e 0ue ,uela sin tripulación umana a1ordo/ capa2 de mantener un ni,el de ,uelo controlado y sostenido" Son usados

mayoritariamente en aplicaciones militares"

El a,ión no tripulado m3s antiguo )ue desarrollado despu.s de la primera guerra mundial"E4iste una amplia ,ariedad de )ormas de a,iones/ con)iguraciones y características en eldise5o"

Los drones son utili2ados en un pe0ue5o pero creciente n6mero de aplicaciones ci,iles/ comoen la1ores de luca contra incendios o seguridad ci,il/ como la ,igilancia de los oleoductos"

7ara la construcción de los drones de1emos tener un modelo din3mico para el desarrollo de uncuadricóptero/ es indispensa1le considerar las )uer2as 0ue actuar3n en cada una de las .lices

del modelo/ los momentos de )uer2a/ el peso u1icado al centro del dispositi,o y unindispensa1le e8e de re)erencias para los c3lculos necesarios"

La din3mica es la rama de la )ísica 0ue descri1e la e,olución en el tiempo de un sistema )ísicoen relación con las causas 0ue pro,ocan los cam1ios de estado )ísico y9o estado demo,imiento" El o18eti,o de la din3mica es descri1ir los )actores de e,olución para dico sistemade operaciones"

O,JETIVOS ESPECÍ#ICOS:

: !enerar la plata)orma cuadricóptero/ aciendo uso de un microcontrolador ysensores adecuados para su implementación y manipulación"

: Comprender las leyes de la )ísica em1e1idas dentro de la construcción de estesistema no tripulado para dominarlas y aplicarlas en el mismo"

: $plicar los conocimientos ad0uiridos durante nuestra ,ida uni,ersitaria paraplasmarlos en el proyecto culminado en su totalidad"

: El cuadricoptero de1e ser capa2 de comunicarse con el controlador de ,uelo ymantenerse en el aire"

O,JETIVOS GENERALES:

: $prendi2a8e so1re ,eículos RC*control remoto+": Comprender el )uncionamiento de sistemas no tripulados": Com1inar ard;are y so)t;are": 7oner a prue1a nuestra capacidad de in,estigación e implementación": $plicar leyes de la din3mica"


3/20

-. PLANI#ICACI+N DEL PRO/ECTO-. RECURSOS

7ara desarrollar el proyecto/ se usar3n los siguientes recursos<

1r*1re:: Note1oo= DELL >?@A": Fuente de alimentación de 7c"

S$3t1re:: DE arduino": Bicroso)t indo;s ": $do1e Reader"

Met$*$4$5(1

MATERIALES

: Ca1leado de color< ro8o/ 1lanco/ negro: Control remoto: Soldador de Esta5o: elices de pl3stico: Cinta aislante: (oltímetro": Estructura metalica: Botores #rusless: ESCs *Electronic Speed Controller+": $rduino": B& *nertial Beasurement &nit+": #ateria *motores/micro $rduino+"

DESARROLLO

IN#ORMACI+N DE CADA DISPOSITIVOMOTORES ,RUSLESS OUTRUNNER6


4/20

C1r1cter7't(c1 b8'(c1 *e u& 9$t$r bru'4e'':G,/ .sta constante signi)ica simplemente la cantidad de ,ueltas *R7B+ 0ue da el motor por cada ,oltio de continua aplicado al ESC *$ m34ima potencia+" Es decir 0ue si a un

motor de HHAA G, le aplicamos HH/H, )uncionar3 a H@@HA R7B como m34imo *Con el

ESC se puede disminuir+" Esta es su ,elocidad nominal y nunca su1ir3 m3s ,elocidad ano ser 0ue aumentemos la di)erencia de potencial *(olta8e+"

M$t$r ,ru'4e'' A222


5/20

Características específicas:

Bodelo< @@H@-H?Botor si2e< I@JK@mmSa)t si2e< I?"H>K?mm

eigt< >AgG(*rpm9,+< HAAABa4 7o;er< H>A#attery< @-? Li-7oTest 7rop< HH49HA4>

Ri *BM+< A"H@*resistencia de el motor+

ESC*$+< ?A$*Control de ,elocidad+


6/20


7/20

CONTROL DE VELOCIDAD PARA MOTORES ,RUSLESS ;ESC<

=>u? e' u& ESC@ =P1r1 u? '(rBe@ &n ESC (Electronic Speed Controller) es undispositi,o electrónico 0ue sir,e para controlar la ,elocidad del motor 1rusless"

El ,ariador o ESC reci1ir3 la se5al 7B de >A 2 y dependiendo de la longitud delanco de pulso entregar3 m3s o menos potencia al motor" La longitud del pulso 7B,aría de H ms a @ ms a mínima y a m34ima potencia respecti,amente"

Figura. Modulación por ancho de pulso


8/20

Lo primero 0ue de1emos conocer de los ESC son sus conectores<

: Ca1le ro8o y negro< $limentación del motor/ ,a conectado a la 1atería lipo"

: Conector de ? pines< amarillo/ se5al 7B >A2 desde el arduino ro8o ynegro/ alimentación del ESC

: ? ca1les de tri)3sica para la alimentación del motor 1rusless"

C1r1cter7't(c1' t?c&(c1' ESC: Entrada de (olta8e< (-H@(: Corriente constante< ?A: Corriente m34ima< A: #a8a Tensión de corte< $uto detectar y esta1lece: Tama5o< >> K @"> K >"?m: 7eso< @@ g *peso neto+: $lto índice 7B: Benor resistencia: 7rograma1le por el usuario )reno: #a8o ,olta8e con)iguración autom3tica so1re la 1ase de la 1atería: Rango de a8uste autom3tico del acelerador : $rran0ue sua,e rampa asta: $uto de corte de motor con resta1lecimiento: El motor )unciona en a,ance o retroceso: 7rograma de Seguro de armado de energía asegura motor no )uncionar3

accidentalmente despu.s de encender : #a8o par de arran0ue: $uto apagado cuando se pierde la se5al: Dimensiones< @"H 4 A" en en 4 A"@J en": 7eso< H"A o2


9/20

ESTRUCTURA DEL SISTEMA

D(9e&'($&e' 91'1:

La estructura seleccionada )ue elegida por su ni,el de rigide2/ uni)ormidad y el peso 0ueminimo proporciona" Fue dise5ada a 1ase de una lamina de aluminio cortada a la medida en lacual se detallan sus dimensiones a continuación<

: Base: Es el centro de nuestra estructura en la cual ir3n implementados loscensores y las cone4iones de nuestro sistema/ cuenta con un anco de cm 0ue es unespacio su)iciente para dicas implementaciones"

: 4 brazos: de HJ cm de largo 4 ? cm de largo de anco con una muesca cadauno para la disminución del peso"

: Masa: La masa total y peso total de esta estructura de aluminio es de AA g"


10/20

ARDUINO PRO MICRO $rduino es una plata)orma de ard;are li1re/ 1asada en una placa con unmicrocontrolador y un entorno de desarrollo/ dise5ada para )acilitar el uso de laelectrónica en proyectos multidisciplinares" El ard;are consiste en una placa con un

microcontrolador $tmel $(R y puertos de entrada9salida<

C1r1cter7't(c1' Pr(&c(14e':

Bicro controlador $Tmega?@u

(olta8e de Operación >(

(olta8e de entrada*recomendado+ -H@(

(olta8e de entrada *limites+ -@A(

7ines digitales 9O @A

Canales 7B

Canales de entrada analógica H@

Corriente DC para pines 9O Am$

Corriente DC para pines de ?/?( >Am$

Flas Bemory ?@G# *$Tmega?@u+ o) ;ic G#used 1y 1ootloader

SR$B @">G# *$Tmega?@u+EE7ROB HG# *$Tmega?@u+

(elocidad de relo8 H B2

: P(&e' *e '14(*1


11/20

SENSOR IMU ;G/"0<

Tar8eta 0ue integra cuatro sensores< $celerómetro de ? e8es/ !iroscopio de ? e8es/sensor de campo magn.tico de ? e8es y 1arómetro"

LFG-200D 5(r$'c$($


12/20

I&ter31 'er(14 I2Cay dos se5ales asociadas con el 1us @C< la línea de relo8 serie *SCL+ y la línea dedatos serie *SD$+" Esta 6ltima es una línea 1idireccional utili2ado para en,iar y reci1ir los datos a 9 desde la inter)a2" $m1as líneas de1en estar conectados a tra,.s de un(dd/ y un (O a tra,.s de una resistencia pull-up e4terna" Cuando el 1us est3 li1re/am1as líneas est3n en estado alto" La inter)a2 @C es compati1le con el modo r3pido

*AA =2+ est3ndares @C/ así como con el modo normal"

C$&eH($&e':El primer paso para reali2ar las cone4iones es anali2ar el tipo de topología de nuestro drone lascuales de)inen las cone4iones con los pines de arduino y las direcciones de giro de las .lices*HA4>+" Los pines de cone4ión son< HA-->- comen2ando por la parte superior dereca ensentido orario<

M11 *e c$&eH()& ,ATERÍA" ESC"MOTOR"ARDUINO


13/20

C$&eH($&e' c1b4e1*1'

Ar*u(&$

Le)t upper motor< 7in Le)t 1ottom motor< 7in >Rigt upper motor< 7in HARigt 1ottom motor< 7in

ESCFor RP *recei,er+/ 77B signal *7ulse-position modulation+

Te pins are as )ollo;s<Roll< 7in H*diagonal+7itc< 7in H*Ca1eceo+a;< 7in H> *!iro en e8e+Trottle< 7in *$celerador+

$&PH< 7in J $&P@< 7in A

IMUSCL pin ? *Línea de relo8+

SD$ pin @ *Línea de datos+(CC pin @A *ENER!$+!N$ pin @@ *TERR$+


14/20

,1ter71 *e 9$t$re' L(P$

Las 1aterías Li7o o de 7olímero de Litio an ,enido a solucionar mucos pro1lemas yan supuesto un gran a,ance para mucas disciplinas del radiocontrol/ de1ido a lasBe&t11' 0ue presentan/ y 0ue principalmente son<

● Su alta densidad de energía 0ue pr3cticamente do1la a las deNiB*Ni0uel-metal-idruro+"● Tienen mucos menos ,olumen y o)recen un )ormato m3s pr3ctico/ lo 0ue

las ace m3s mane8a1les"● $lto ni,el de descarga● $lto ni,el de ,olta8e por c.lula/ lo 0ue permite mayores ,olta8es en menor

espacio"● Resistencia interna pe0ue5a/ lo 0ue ace 0ue se pueda apro,ecar casi

el HAA de la energía disponi1le"● La 1atería para micro $rduino admite @ a ? celdas se usar3n la de ? cada

celda es de ?", en total HH"H,

E'ecu41c()&. Capacidad< @@AAm$(olta8e< ?SH7 9 ? 9 celulares HH"H(Descarga< ?>C Constante 9 AC R3)aga7eso< H g *incluyendo ca1le/ el encu)e+

Dimensiones< HH>4?>4@mm#alance de encu)e< ST-P7lug descarga< PTA

Ve&t11' '$bre 41' b1ter71' tr1*(c($&14e' L(P$

U La densidad de potencia alcan2a /> =; 9 =g"

U Benos ueco de tensión durante la descarga ritmo ele,ado/ dando m3s poder


15/20

1a8o carga"

U impedancia interna puede alcan2ar un precio tan 1a8o como H"@mO comparacióncon la de ?mO de un Lipoly est3ndar"

U control t.rmico m3s/ pa0uete por lo general no supera AdegC

U inca2ón durante la carga pesada no e4ceda de >/ en comparación con H>de un Lipoly normal"

U Bayor capacidad durante la descarga pesada" B3s del A a la tasa de HAAC"

U Carga r3pida capa2/ asta H>C en algunas 1aterías"

U Bayor duración de ciclo/ casi el do1le 0ue el de la tecnología Li7oly est3ndar"

La tecnología de nano-core en las 1aterías de iones de litio es la aplicación deaditi,os conductores nanómetros" Los aditi,os nanómetros conductora )ormanultra-)uertes redes de electrones de conducción en los electrodos 0ue puedenaumentar la conducti,idad electrónica"

Estos aditi,os crean la capacidad de im1i1ición en el lí0uido portador parasuministrar m3s canales iónicos"Esto me8ora la capacidad de transmisión deiones y la di)usión de iones" $ tra,.s de la me8ora de la conducti,idad y de ionesde transmisión electrónica/ la impedancia se reduce y la polari2ación de ladescarga de alta tasa disminuye en gran medida"

Tur&(5 TG/"(0

El T!-iHA utili2a $FDS @"!2 @ *lupuli2ación de )recuencia autom3ticasistema digital @+ 0ue se e4tiende por toda la 1anda de )recuencias" E0uipado con

un receptor de alta sensi1ilidad/ este sistema de radio garanti2a un enlace óptimoy altamente segura entre el transmisor y el receptor"

El dise5o inno,ador de la nue,a T!-iHA ace 0ue el tel.)ono muy ligero/mientras 0ue los elementos del men6 y los datos se presentan en su pantallat3ctil TFT de ?/>> pulgadasV

El sistema de radio T!-iHA utili2a alta ganancia/ antenas direccionales m6ltiplesde alta calidad/ cada transmisor tiene un identi)icador 6nico/ cuando la unión/ elreceptor guarda esa identi)icación 6nica y sólo aceptar3 las se5ales deltransmisor 0ue se corresponde con/ esto e,ita la inter)erencia de cual0uier otrasradios y garanti2a la seguridad de su modelo"

El sistema de radio T!-iHA utili2a componentes e4tremadamente e)icientes ycips de procesadores de alta ,elocidad para los a8ustes de me2cla complicados"En comparación este sistema de radio utili2a H 9 HAt de la potencia de un sistemade FB est3ndar"


16/20

Otra característica cla,e de la T!-iHA es su capacidad de telemetría/ el sistemade radio tiene la capacidad de monitorear rpm 9 ,olta8e y temperatura de datos entiempo real 0ue proporciona mayor seguridad al ,olar sus modelos"

Si necesita m3s de HA canales de un receptor i-#us *T!-$E(AH+ est3 incluido/ lo0ue le proporcionar3 un e4tra de canales 0ue permite un período adicional deH ser,os a conectar"

El T!-iHA realmente es uno de los sistemas de radio m3s inteligentes einno,adoras disponi1les oy y todos a un precio 0ue no rompa el 1ancoV

caracteristicas<

U @" !2 $FDS @ *de )recuencia autom3tica salto sistema digital+

U Compati1le con todos los receptores T! $FDS

U Bonitores de telemetría en tiempo real la se5al/ el ,olta8e de R4/ ,olta8e pa0uetede ,uelo/ R7B y temperatura

U $udio y a,isos ,isuales cuando se e4ceden los límites

U ?/>> pulgadas/ @A 4 AA pí4eles *Q(!$+ color/ alto contraste de la pantallat3ctil TFT-LCD

U La )unción de seguridad de encendido 9 apagado de alimentación

U ? ,ías interruptor de 4 @/ @ ,ías interruptor 4 >/ interruptor moment3neo 4 H y elcontrol desli2ante interruptor 4 @

U F3cil acceso pop-up 9 do;n (R controladores 4 ?

U De alta precisión de 1olas de do1le card3n rodamiento y dise5o ergonómicoU aga do1le estructura de la antena para una me8or transmisión de la se5al

U @A de memoria modelo ranura de e4pansión de memoria incluida

U $ctuali2aciones gratuitas de so)t;are disponi1les en línea

#u&c($&e' *e4 tr1&'9('$r (&c4ue&:

Funciones generales< Las condiciones de ,uelo/ lineal/ la cur,a de me2cla/ las)unciones/ el canal/ los retrasos del acelerador/ me2cla de canales/ interruptoreslógicos/ el tipo de aerona,e/ con)iguración RP/ tari)as duales/ e4po/ a8uste de

punto )inal/ canal compensados/ recortar/ su1trim/ acelerador a1a8o/ cur,a/retraso/ in,ierta/ men6 del sistema/ el nom1re del modelo/ tempori2adores/ etc"

Funciones $,ión 9 !lider< alerón/ aleta/ alerón/ ele,ador para 1atir/ mariposa/ colaen (/ do1le ascensor etc"

Funciones del elicóptero< retención del acelerador/ la me2cla/ la cur,a/ la cur,ade tono/ me2cla del plato cíclico/ tipo/ anillo/ go1ernador/ giroscopio/ etc"


17/20

E'ec(3(c1c($&e':

Canales< HA

Bodelo Tipo< elicóptero 9 a,ión 9 planeador

Rango RF< @"A>>-@">!2

anco de 1anda< >AAG2#anda< HA

Energía RF< Benos de @A d#m

Sistema de @"!< $FDS@$

Tipo de Código< !FSG

#a8a Tensión $d,ertencia< Sí *menos de ?">(+

7uerto DSC< Sí *&S#/ D+

E4pansión de memoria< tar8eta SD

$ntena Longitud< @mm4@

7eso< @A gramos *con 1atería+Capacidad de la 1atería< ?"( *HAAm$+

Dimensiones< H> 4 HJ 4 ? mmRe'u4t1*$'

$l )inali2ar el presente in)orme nos dio como resultados/ nue,os conocimientos so1reconecciones entre dispositi,os el.ctricos y programación/ como es en el caso denuestro Drone"

Si 1ien asta aora el Drone cuenta con todos los re0uisitos necesarios para unper)ecto )uncionamiento/ tam1i.n depende de la con)iguración 0ue a este se leimplemente/ gracias a este proyecto se a podido )usionar conocimientos y con ellolle,ar a ca1o la utili2ación de ,arios )actores 0ue en la )ísica tiene para poder lograr 0ue nuestro Drone )uncione correctamente"

7odemos darnos cuenta 0ue la )ísica en sí tiene a interactuar en gran parte de cadaacción y reacción 0ue se da en la ,ida cotidiana y a6n m3s cuando se trata de in)luir enla gra,edad y llegar a la le,itación de alguna masa y para acerlo m3s interesante y

pilota8e de dicas masas"

C$&c4u'($&e'


18/20

Con las e4perimentaciones y prue1as reali2adas para la construcción lógica de el drone0ue nos emos propuesto acer/ podemos concluir 0ue<

: La parte m3s importante para el an3lisis y la construcción de esteproyecto propuesto es la cultura de la in,estigación 0ue como estudiantes

uni,ersitarios nos an inculcado desde los primeros ciclos de nuestra carrera/ lain,estigación nos a in)luido de tal manera 0ue los conceptos in,estigados sonm3s )3ciles de comprender y anali2ar"

: El m.todo de prue1a- error 0ue utili2amos para la implementación de esteproyecto aun0ue pueda parecer un poco r6stico es uno de los m3s e)ecti,os almomento de comprender los conceptos lógicos y relacionarlos con los )ísicos"

: La estructura )ísica del drone es una de las m3s importantes pues so1reella se encuentran todos los componentes )ísicos de el drone por tanto esrecomenda1le dise5ar una estructura propia 0ue proporcione peso adecuadocomo la resistencia del material por lo 0ue es aconse8a1le reali2ar un dise5o deuna estructura de un material en pre)erencia"

: &n punto muy importante al momento de dise5ar el drone es tomar encuenta el ,olta8e 0ue ser3 dado por la 1atería pues de1er3 ser su)iciente paraa1astecer a todo el sistema y darle la )uncionalidad adecuada"

Rec$9e&*1c($&e'

: $ntes de empe2ar un proyecto se de1e tener conocimientos 13sicos deelectrónica y programación/ ya 0ue son necesarios para la construcción y lacomprensión de la logica de programacion para el drone""

: Es recomenda1le usar el $RD&NO 7RO BCRO ya 0ue es m3sresistente a )allos o interrupciones 0ue pueden surgir durante la e8ecución delprograma"

: Es recomenda1le usar materiales resistentes ya 0ue durante el periodode prue1a estos materiales podrían destruirse"


19/20

ANEO

RE#ERENCIAS ,I,LIOGRK#ICAS

1. Carlos Eduardo Faría Hernández. (Noie!"re del #$1%). &'NE CENE'.

*logspot Sitio +e", ttp


20/20

/. El2Fatatr3 -. (#$$%). 4nertial !easure!ent units 4M5 (No. '2EN2-621$7).

*-E S8SEMS CHE9MSF'& (5N4E& :4N;&M) 'ESE-'CH CEN'E.

Documents

Pro Yec to Drone