ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO
FACULT ACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRÓNICA ELECTRÓN ICA ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRÓNICA CONTROL Y REDES INDUSTRIALES ASIGNATURA: ASIGNATURA: MAQUINAS ELECTRICAS II TRABAJO Nº:
03
TEMA: DRONES
Ing. Jhon !"#$%&% M. ESTUDIANTES: A'%( C)**)+,o CODIGO: -/ B*on J"%n%# CODIGO: -1 SEMESTRE: A2*"' Ago+&o 104FECHA: M"5*,o'%+ 10 6% )2*"' 6% 104PROFESOR:
Introducción Drones
Los drones son aparatos voladores no tripulados y que pueden ser controlados en forma remota. Pueden ser usados en innidad de tareas que el humano no puede o no quiere realizar, por ejemplo tomar fotografías aéreas, lmaciones de películas, inspección de edicios o construcciones, etc. simplemente son demasiado peligrosas como la e!ploración o la limpieza de residuos tó!icos. "#P$ %& %'(&$ &l )uadcopter es un helicóptero multirrotor que es levantado y propulsado por cuatro rotores. Los )uadcopter se clasican como helicópteros, a diferencia de las aeronaves de ala ja, de*ido a que su elevación es generada por cuatro hélices orientadas verticalmente. + diferencia de la mayoría de los helicópteros, los )uadcopter utilizan dos conjuntos de hélices jas idénticas, dos que giran en el sentido de las agujas del reloj y dos en sentido contrario. &stas hélices utilizan una variación de 'P para controlar la elevación y la dirección de desplazamiento. &l control del movimiento del drone se consigue modicando la velocidad de rotación de uno o m-s discos de rotor, cam*iando así su carga de par y las características de empuje y elevación.
FUNCIONAMIENTO DE UN QUADCOPTERO Como hemos mencionado, que para el uncionamien!o del cuadricop!ero usan cua!ro mo!ores con h"lices, dos #iran en el sen!ido de las a#u$as del relo$ % las o!ras dos en sen!ido con!rario& 'as cua!ro h"lices !ra(a$an al mismo !iempo para crear la uer)a de empu$e necesaria para lle*ar al disposi!i*o hacia arri(a& +ariando el empu$e que se e$erce con cada h"lice se puede conse#uir una es!a(ilidad comple!a del apara!o& El peso !o!al del cuadricop!ero se di*ide en!re cada uno de los mo!ores % modiicando el par de cada uno de ellos, podremos con!rolar el *uelo&
Un cuadricop!ero !iene !res !ipos de mo*imien!o %a-, pi!ch % roll #ui.ada /hacia la derecha o i)quierda del e$e *er!ical0, inclinaci1n /hacia la derecha o i)quierda del e$e lon#i!udinal0, ca(eceo /ro!aci1n hacia delan!e o hac2a con respec!o al e$e !rans*ersal0
Es!os mo*imien!os es!3n con!rolados por la *ariaci1n o el a$us!e de la propulsi1n en cada h"lice& Por e$emplo, si queremos que el cuadricop!ero se incline o ca(ecee, de(eremos incremen!ar la propulsi1n de una de las h"lices % al mismo !iempo reducir la propulsi1n de la h"lice opues!a&
Es!o de(e hacerse de orma simul!3nea % al mismo ni*el lo que producir3 que la uer)a del *ec!or se di*ida en dos componen!es, la hori)on!al % la *er!ical, que !endr3 dos consecuencias 'a primera es que el cuadricop!ero empe)ar3 a *olar en sen!ido con!rario al componen!e hori)on!al, % la se#unda es que el componen!e *er!ical ser3 m3s peque.o causado por el disminuci1n de la uer)a del *ec!or& Es!o pro*ocar3 el descenso *er!ical en el uncionamien!o del cuadricop!ero& Para que es!o no ocurra, es necesario incremen!ar la propulsi1n de las cua!ro h"lices& PARTE4 PRINCIPA'E4 DE UN DRONE
Controlador central:
&s el cere*ro del %rone, su función *-sica es el mantener el %rone en vuelo esta*le independientemente de la ha*ilidad del piloto, su costo va desde /01 hasta unos cientos de dólares, las placas controladoras m-s conocidas en el mercado son la multicopter 23 y 24, +rdupilot, $5, y dji (+6+ 7lite. Fuselaje o Marco: &l marco o 8frame9 es el cuerpo del drone, este necesita ser lo sucientemente fuerte como para soportar las fuerzas opuestas de los motores sin :e!ionarse y hacer frente a los aterrizajes forzosos sin romperse. +l mismo tiempo, tam*ién de*e ser lo sucientemente ligero que sus motores pueden f-cilmente levantarlo, y lo ideal sería tener un peque;o perl aerodin-mico para evitar ser demasiado afectado por el viento. Los marcos de*en ser capaces de amortiguar las vi*raciones y eventualmente contar con soportes para colocar una c-mara u otro equipo. materiales que son muy resistentes y a la vez muy ligeros. Motores: La elección del motor adecuado es importante para un *uen rendimiento en cualquier %rone, pero es especialmente crítico en un )uad?opter, donde su %rone est- literalmente colgando en el aire, suspendido en virtud de los rotores. ?on el gran n@mero de motores disponi*les, y la gama de diferentes tama;os, velocidades y especicaciones para cada motor, la elección de motores adecuados puede ser una tarea desalentadora.
Para comenzar el proceso de selección *-sico, necesitamos calcular cu-nto empuje ser- necesario para mantener la nave en el aire. La regla *-sica con multi7rotores es que sus motores de*en ser capaces de producir dos veces el peso total de vuelo de la nave en el empuje. &ste margen de seguridad se asegura de que sus motores ser-n capaces de responder r-pidamente a sus entradas de control, o
detener un decesenso vertical r-pido, incluso cuando el voltaje de la *atería se reduce con el tiempo. Por lo tanto, la ecuación es como sigueA Empuje requerido por motor = (peso de la aeronave x 2) ! motores
+sí que para una em*arcación de 5 motores B)uad?opterC, cada motor de*e ser capaz de producir un medio de peso de la aeronave en el empuje. Los motores "urnigy 331D tienen E141Fv. Los motores de*en ser de *aja velocidad para que produzcan pocas vi*raciones. Para calcular el n@mero de revoluciones del motor que se alimenta a 0$ BEE,E GC. &sto hace una velocidad m-!ima de E141 ! EE,E H EE.I44 r.p.m. $in em*argo el mismo motor de E141Fv conectado a una *atería de 5$ BE5,J GC tendr- una velocidad m-!ima de E141 ! E5,J H E4.451 r.p.m. lo que empiezan a ser muchas revoluciones y por lo tanto tiene a e!cesivas vi*raciones y asi inesta*ilidad.
Controlador de velocidad: &l controlador de velocidad o 8&$?9 B&lectronic $peed ?ontrolC, es un dispositivo que, comandado por un canal del receptor, es capaz de gobernar el motor del modelo haciendo que gire a más o menos revoluciones por minuto .
Los &$? se clasican principalmente para la cantidad de corriente que puede suministrar constantemente al motor. Para o*tener el &$? correcto, primero determina el consumo de corriente m-!imo de las especicaciones del motor elegido, a;adir un margen de seguridad
del E1K, y *uscar los &$? clasicados a por lo menos esta cantidad de corriente. "am*ién tendr- que compro*ar que su &$? elegido estclasicado para el n@mero correcto de células de la *atería Bgeneralmente 0 células o EE.GC y asegurarse de que no es demasiado pesado. %os son las características principales que hay que tener en cuenta para la elección de un &$?. &n primer lugar el rango de tensión con el que est- preparado para funcionar, normalmente e!presado en las celdas de *aterías lipo. Lo m-s com@n es un &$? para un rango entre 3$ y 5$. &n el caso de )uadcopteros lo m-s normal es con *aterías lipo de 0$. Proyectos m-s am*iciosos de )uadcopteros de mayores tama;os para llevar m-s peso pueden proyectarse con *aterías 5$. La segunda característica es la intensidad capaz de suministrar. &ste dato va directamente relacionado con las características de los motores seleccionados. ?omo es lógico nuestro &$? tiene que ser capaz de suministrar como mínimo la intensidad m-!ima del motor elegido, siempre teniendo en cuenta un peque;o margen de seguridad. "#lices $eleccionar las hélices es un tra*ajo *astante simple, en teoría. Las especicaciones para tu motor de*en indicar m-s o menos el tama;o que necesita, para crear el empuje que est-s *uscando. $in em*argo, hay algunas complicaciones. $ater%a:
&l método que utilizaremos para decidir qué *atería a utilizar es relativamente simple, recordemos que la regla de oro para elegir los motores es tener el do*le de empuje que el peso del %rone. ?omo la *atería es el @ltimo componente que se escoge, podemos tener una *uena idea del peso del %rone, restamos el empuje total de los 5 motores menos el peso del %rone Bincluyendo cargas @tiles adicionalesC, la diferencia de*e alcanzar para las *aterías de 0 cell.
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