DRONI DIY IL MANUALE PER HOBBISTI E MAKER
Pier Calderan
© Apogeo - IF - Idee editoriali Feltrinelli s.r.l. Socio Unico Giangiacomo Feltrinelli Editore s.r.l.
ISBN edizione cartacea: 9788850333455
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A Patrick Djivas, un pilota vero e soprattutto un amico che mi ha insegnato a “volare”.
Introduzione
Dedicato a tutti gli amanti del volo Fin dalla notte dei tempi l’uomo ha sempre cercato di staccarsi da terra per vedere il mondo dall’alto, a volo d’uccello. La conquista del cielo è stata compiuta gradualmente con aquiloni, mongolfiere, aeromobili, via via fino alla conquista dello spazio con razzi, satelliti e altri veicoli. Fra i tanti oggetti usati per il volo, un posto di rilievo viene occupato oggi dai droni. Il termine drone è applicato a tutte le cose che volano e che non hanno un essere umano a bordo e purtroppo è diventato tristemente popolare a causa dell’uso prettamente militare che si fa dei droni. Dopo una breve introduzione storica dedicata ai droni in generale, questo libro si occuperà essenzialmente di multicotteri, ovvero di elicotteri dotati di più rotori. Se un multicottero può essere considerato un drone, non tutti i droni sono multicotteri, pertanto, verrà usato il termine drone anche se non concettualmente corretto. A essere precisi, dovremmo parlare di UAV, cioè di Unmanned Aerial Vehicle, tradotto in italiano come APR, cioè Aeromobile a Pilotaggio Remoto oppure SAPR, Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto, come specificato dall’ENAC, il nostro Ente Nazionale per l’Aviazione Civile. Ma la parola che va di moda oggi è “drone” e se questo libro si intitolasse “SAPR DIY”, probabilmente ben pochi appassionati avrebbero capito l’argomento trattato! Allo scopo di rendere più facile la comprensione di tutto quel che riguarda il mondo dei droni, questo libro è stato suddiviso nei seguenti capitoli. Capitolo 1, Da dove iniziare – Il capitolo dedica uno spazio alla storia del drone ed elenca vari tipi di drone con uno sguardo alle moltissime offerte del mercato. Capitolo 2, Come vola un drone – In questo capitolo viene spiegato il funzionamento di un multicottero dal punto di vista aerodinamico, con un accenno a qualche legge fisica. Capitolo 3, Componenti di un drone – Si entra nel vivo con l’esplorazione di tutti i componenti meccanici ed elettronici di un drone, dal telaio ai motori, dalle schede di controllo ai sistemi di ripresa video e di navigazione autonoma.
Capitolo 4, Drone fai-da-te – Il capitolo è dedicato all’assemblaggio fai-da-te di un drone attraverso la scelta personalizzata dei singoli componenti. Capitolo 5, Missione di volo – Viene spiegata la calibrazione del drone prima del volo e come impostare una missione di volo tramite un software molto popolare. Capitolo 6, MultiWii e Arduino – Questo capitolo è dedicato agli hacker, ai veri appassionati di elettronica e programmazione fai da te. Viene spiegato come costruire da zero una centralina di volo con MultiWii e Arduino. Capitolo 7, Imparare a volare – Come si vola? Questo capitolo spiega come iniziare a fare pratica da soli con il proprio drone e trarne il massimo profitto. Vengono elencate anche le scuole certificate ENAC per l’ottenimento dell’autorizzazione al pilotaggio di droni. Capitolo 8, La videoripresa aerea – È l’attività che può spingere all’acquisto di un drone. In questo capitolo vengono illustrate alcune tecniche di ripresa e come montare un filmato con commento musicale e titoli. Capitolo 9, Normativa ENAC – Il capitolo è dedicato alla normativa in vigore per sapere tutto quello che serve del regolamento ENAC, per la propria incolumità e per quella degli altri. Appendice A, Glossario – A completamento del libro, un utile glossario dei termini. Buona lettura! NOTA I materiali allegati al libro sono disponibili presso il sito dell’autore: www.pierduino.com/droni_diy. Da qui si possono scaricare liberamente le risorse gratuite e i diagrammi a colori del libro.
Capitolo 1
Da dove iniziare
Breve storia del drone Il termine “drone” ha assunto in inglese vari significati in vari periodi storici: da “rimbombo” a “fuco” (il maschio dell’ape), da “bordone” (il suono continuo delle cornamuse scozzesi) a una specie cyborg dell’universo fantascientifico di Star Trek (chi non ricorda lo stupendo drone Borg, Sette di Nove?). Da circa un centinaio d’anni, il concetto di drone è abbinato a un veicolo aereo senza pilota ovvero, un UAV (Unmanned Aerial Vehicle) o, in italiano, APR (Aeromobile a Pilotaggio Remoto). Probabilmente, il nome dato a questi oggetti volanti senza pilota viene associato al “ronzio” prodotto durante il volo, che assomiglia a quello di un fuco, oppure al fatto che i droni somigliano a insetti cibernetici. È strano notare come oggi il termine sia associato solo al volo. In realtà lo stesso termine può venire usato anche per mezzi di terra e di acqua (si veda il paragrafo “Tipi di drone” in questo capitolo).
I primi UAV Sembra che il primo uso documentato di un veicolo aereo da guerra senza equipaggio risalga al 1849, quando gli austriaci attaccarono Venezia con palloni senza pilota carichi di esplosivo. Probabilmente ci saranno stati altri casi simili non documentati, ma questo rimane il primo esempio storico di guerra a pilotaggio remoto. Un concetto più vicino all’immaginario collettivo di UAV moderno si può far risalire al periodo della Prima guerra mondiale (1915-1918). Sopwith AT In Inghilterra, il professor A.M. Low, stava lavorando in quegli anni al concetto di radar e partecipò allo sviluppo di velivoli senza pilota controllati in remoto con l’aviazione britannica. Il concetto era quello di sviluppare un piccolo aereo dotato di esplosivi da teleguidare su un bersaglio designato. La Sopwith, azienda orientata alla
produzione bellica fondata da Thomas Sopwith, diede vita nel 1916 a un aereo dotato di un motore bicilindrico da 35 CV con un’autonomia di due ore, apertura alare di circa quattro metri. Si chiamava Sopwith AT (Aerial Target) e ospitava una radio, le batterie e, naturalmente, gli esplosivi (Figura 1.1). La radio era montata in una scatola di legno con un coperchio di vetro, montata su supporti in gomma. Questa scatola conteneva tutti i relè, il ricevitore e un filtro antiinterferenze. È interessante notare che il Sopwith AT era dotato di tutti i controlli servo e pare che fosse funzionante, ma non volò mai, perché fu successivamente danneggiato nell’hangar e lì abbandonato.
Figura 1.1 Il Sopwith AT del 1916.
Hewitt-Sperry Automatic Airplane La possibilità di utilizzare la radio per il controllo aereo spinse molti inventori alle sperimentazioni più bizzarre. Fu Elmer Sperry, già noto per la sua azienda Sperry Gyroscope Company, operante in ambiente navale, che volle applicare un
radiocomando a un aereo, in collaborazione con Peter Hewitt, un ingegnere americano, divenuto famoso per la sua lampada a vapori di mercurio. Durante la Prima guerra mondiale, nel 1917, vide la luce lo Hewitt-Sperry Automatic Airplane, chiamato flying bomb, la bomba volante (Figura 1.2). Fu un progetto sviluppato sul concetto di siluro aereo, in grado di trasportare e lanciare esplosivi contro l’obiettivo. Molti lo considerano il precursore dei moderni missili Cruise. Il pilotaggio automatico fu progettato, ma il sistema di controllo radio non fu mai pienamente sviluppato e, alla fine, non fu mai utilizzato sullo Hewitt-Sperry Automatic Airplane.
Figura 1.2 Hewitt-Sperry Automatic Airplane, la bomba volante.
Larynx Dopo la Prima guerra mondiale, la storia racconta di un drone a pilotaggio remoto chiamato Larynx, da “Long Range Gun con motore Lynx” (Figura 2.3). Un aereo britannico senza pilota usato come arma anti-nave.
Figura 1.3 Il drone Larynx del 1927.
Si trattava di un piccolo monoplano alimentato da un motore da 200 CV con una velocità massima di circa 320 km/h e una radio di bordo sviluppata sui principi del professor A.M. Low. Fu testato con esiti positivi tra il 1927 e il 1929 dalla Royal Navy britannica, ma mai utilizzato in guerra. OQ-2 Radioplane Negli anni Trenta, l’attore britannico Reginald Denny, si interessò alla fabbricazione di aeromodelli radiocomandati e ottenne un contratto con l’esercito americano per la fabbricazione in serie di droni radiocomandati, chiamati OQ-2 Radioplane (Figura 1.4). Durante la Seconda guerra mondiale furono fabbricati quindicimila droni per l’esercito americano ed esiste una foto che ritrae addirittura una giovanissima Marylin Monroe mentre ne assembla uno in una fabbrica (http://en.wikipedia.org/wiki/Radioplane_OQ-2). All’epoca si chiamava ancora Norma Jeane Dougherty e venne ripresa da un fotografo attratto forse dal suo “potenziale… fisico”. Aerosiluranti senza pilota La marina statunitense iniziò a sperimentare aerosiluranti radiocomandati tra il 1930 e il 1937. Fu nel 1942 che venne sviluppato il TDN-1 (Figura 1.5), pensato come un Unmanned Combat Air Vehicle dalla Naval Aircraft Factory della Marina degli Stati Uniti durante la Seconda guerra mondiale. Sviluppato e testato durante il 1942 e il 1943, il progetto si è rivelato un discreto successo, ma lo sviluppo di droni migliori relegò il TDN-1 a compiti di seconda linea, e nessuno venne utilizzato in servizio.
Ci fermiamo qui con la storia dei droni da combattimento, anche perché la storia recente sottolinea come i veicoli aerei senza pilota siano considerati perfetti per scopi bellici e vengano usati quotidianamente in aree di guerra.
Figura 1.4 Un esemplare di OQ-2 Radioplane.
Figura 1.5 L’aereosilurante TDN-1.
Il primo quadricottero
Ci fu qualcuno che si dedicò al volo aereo in ambito civile per pura curiosità scientifica. Nell’estate del 1907 si alzò da terra il Gyroplane No. 1, costruito da Louis e Jacques Breguet in collaborazione con il professor Charles Richet. Non fu proprio un gran volo, perché l’altezza raggiunta fu di soli 60 centimetri, ma diede il via alla sperimentazione e alla costruzione del successivo Gyroplane No. 2 (Figura 1.6), che nel 1908 raggiunse addirittura un metro e mezzo di altezza. Alimentato da un motore Renault da 55 cavalli, il sistema faceva girare quattro coppie di eliche a quattro pale. Era dotato anche di un’ala fissa supplementare per un maggior sostentamento. Insomma un incrocio fra un elicottero e un aeroplano. Non si può annoverare come esempio di sistema di volo a pilotaggio remoto, ma l’idea delle quattro eliche diede spunto alle odierne macchine volanti.
Figura 1.6 Il Gyroplane No. 2.
The Flying Octopus Il veicolo aereo di George de Bothezat venne soprannominato The Flying Octopus, ovvero la piovra volante; era un quadrirotore sperimentale costruito agli inizi del 1920 su commissione dell’esercito statunitense. Era dotato di quattro motori con eliche a sei pale, ritenuto però molto difficile da pilotare. Dopo qualche volo di prova ad altezze irrisorie, l’esercito annullò il programma nel 1924 e il velivolo venne demolito.
Figura 1.7 Il quadricottero The Flying Octopus di George de Bothezat.
Tipi di drone Il denominatore comune di tutti i droni è il pilotaggio remoto. I droni sono normalmente dotati di telecamera e sensori controllati a distanza da un radiocomando e da un sistema di registrazione o di streaming video Wi-Fi. I droni possono essere distinti nelle seguenti categorie. Ad ala fissa: il drone ad ala fissa è un aeromobile a uno o più motori che per il suo sostentamento in aria sfrutta l’aerodinamica di una o più ali fisse. Un esempio è raffigurato in Figura 1.8a (Fly Fast di FlyTop) e uno in Figura 1.8b (F-330 di UMS Aero Group). Possono essere annoverati in questa categoria anche i normali aeromodelli radiocomandati. Ad ala rotante: il drone ad ala rotante è un elicottero a uno o più rotori collegati a eliche a due o più pale, che con la loro rotazione creano la cosiddetta “ala rotante”. Un esempio è raffigurato in Figura 1.8c (Koaxx X240 di Swiss UAV) e uno in Figura 1.8d (Neo 600 V2 di Century Helicopter Products). Possono essere annoverati in questa categoria anche i normali elicotteri radiocomandati. Terrestri: il drone di terra è un mezzo dotato di ruote o cingoli che può muoversi anche su terreni accidentati e in zone pericolose. Spesso sono chiamati rover. Un esempio è raffigurato in Figura 1.8e (Rover 2.0 di Brookstone) e uno in Figura 1.8f (Corobot di Coroware). Acquatico: il drone acquatico è un mezzo che può navigare sulla superficie dell’acqua oppure immergersi a mo’ di sommergibile. Un esempio è raffigurato in Figura 1.8g (Hydroview di Aquabotix). Anfibio: il drone anfibio è un mezzo che può essere impiegato sia sulla terra sia in acqua, come, per esempio, un hovercraft (Figura 1.8h). Ibrido: è una categoria unica nel suo genere. Fra le numerose commistioni possibili, citiamo il drone terra-aria prodotto da Parrot, in grado di volare, ma anche di correre a terra e arrampicarsi sui muri o sul soffitto. È un quadricottero dotato di due grosse ruote laterali (Figura 1.8i). Il drone ibrido sviluppato da Matthew Spenko e Arash Kalantari all’istituto di robotica dell’Illinois (IIT Robotics) si chiama HyTAK, Hybrid Terrestrial Aerial Robot: normalmente vola, ma riesce anche a correre per terra, resistendo a qualsiasi urto o caduta (Figura 1.8j). Esiste anche un drone ibrido che al posto delle ruote ha delle eliche che lo fanno volare ma anche correre per terra su qualsiasi superficie. Il progetto è di Witold Mielniczek dell’università di Southampton. Per vederlo in funzione ci sono molti filmati su YouTube come, per esempio: https://www.youtube.com/watch?v=weDwQXbJhKw.
NOTA Questo libro tratterà solo i droni multirotore ad ala rotante, chiamati anche multicotteri.
Figura 1.8 (a) Il drone ad ala fissa Fly Fast (http://www.flytop.it). (b) Il drone ad ala fissa F-330 (http://umsgroup.aero). (c) Il drone ad ala rotante Koaxx X240 (http://www.swiss-uav.com). (d) Il drone ad ala rotante Neo 600 V2 (http://www.centuryheli.com. (e) Il drone di terra Rover 2.0 (http://www.brookstone.com). (f) Il drone di terra Corobot (http://www.corobot.net). (g) Il drone acquatico Hydroview (http://www.aquabotix.com). (h) Un drone tipo hovercraft (http://www.raidentech.com). (i) Il drone ibrido Rolling Spider (http://www.parrot.com). (j) Il drone ibrido HyTAK (http://www.iit.edu/news/iittoday/?p=9904). (k) Il drone ibrido di Witold Mielniczek (http://www.southampton.ac.uk).
I giorni nostri Come abbiamo visto fin qui, la storia elenca successi e insuccessi. Oggi, grazie a tanta tecnologia, possiamo disporre di macchine volanti a pilotaggio remoto praticamente perfette e destinate ai più svariati usi. Ecco un elenco non esaustivo di alcuni impieghi dei droni, messi in ordine alfabetico e non di importanza. Aerofotografia. Agricoltura. Archeologia. Congestione del traffico. Controllo ferroviario. Controllo linee elettriche. Controllo petrolifero. Edilizia. Emergenze e pronto soccorso. Film e documentari amatoriali. Gare sportive. Gioco. Guardia costiera. Guardia forestale. Ispezione aree inaccessibili. Ispezione zone disastrate. Mappatura di infrastrutture. Meteorologia. Modellazione del terreno 3D. Monitoraggio sportivo. Pattugliamento aereo (civile e militare). Produzioni cinematografiche. Produzioni televisive. Ricerca e soccorso alpino e marittimo. Spionaggio. Topografia. Trasporto aereo. Video sorveglianza in generale. Possiamo aggiungere anche “controllo invasioni aliene” e la lista ci sembra completa. Scherzi a parte, il timore è quello di vedere i nostri cieli invasi da
telecamere volanti, come se non bastassero già quelle a terra, onnipresenti a ogni angolo di strada e che ci sorvegliano in ogni momento della nostra vita. Il mercato sta letteralmente esplodendo di proposte commerciali a tutti i livelli e non è difficile trovare il drone adatto agli scopi. Speriamo solo che la moda dei droni non porti all’abuso di questi meravigliosi veicoli aerei da parte di malintenzionati o di persone con “zero scrupoli”. Come al solito, la parte più difficile da mettere in atto è il controllo da parte degli organi di tutela. Fortunatamente ci hanno pensato i vari enti internazionali, compreso il nostro Ente Nazionale per l’Aviazione Civile (ENAC), a legiferare in materia di sicurezza pubblica e a imporre forti limitazioni per evitare un possibile e poco auspicabile far west (si veda il Capitolo 9 – Normativa ENAC). Detto questo, diamo un’occhiata a qualche proposta commerciale, consapevoli del fatto che i prodotti qui elencati fanno parte di un mercato in rapidissima evoluzione, per cui non sarà possibile dare più di tante informazioni aggiornate.
Cosa offre il mercato I droni multirotore disponibili oggi in commercio, nella maggioranza dei casi, sono quadricotteri o esacotteri destinati al mercato ludico e hobbistico, mentre gli ottocotteri o droni con configurazioni particolari sono destinati al mercato professionale. Si veda il Capitolo 2 per i dettagli sulle configurazioni dei multicotteri. Il prezzo di un multicottero è legato a diversi fattori. Ecco un elenco di quelli più significativi. RTF o kit: Ready To Fly (pronto al volo) o in kit di montaggio. Struttura del telaio: configurazione, materiale costruttivo e dimensioni del telaio. Motori: dimensioni e qualità dei motori. Eliche: dimensioni, materiale costruttivo e tipo di eliche. Centralina di volo: caratteristiche principali della centralina di volo. Sensori: quantità e tipo di sensori incorporati. GPS: qualità del modulo per il volo automatico. Radiocomando: portata RX/TX, canali, telemetria e caratteristiche speciali. Video: qualità della telecamera e del sistema di trasmissione video. Payload: carico utile trasportabile. Batteria: tipo e durata della batteria. Accessori: gimbal, predisposizione per upgrade. NOTA Per i dettagli tecnici sui singoli elementi di un drone si invita alla lettura del Capitolo 3 – Componenti di un drone.
La destinazione d’uso del multicottero dipende da quanto si è propensi a spendere. In altre parole, un drone giocattolo costerà qualche decina di euro; se invece il drone viene impiegato per applicazioni professionali si possono dover spendere svariate migliaia di euro. Nelle proposte commerciali che seguono non vengono indicati i prezzi al dettaglio. Basterà visitare i siti dei produttori o dei negozi online per avere questo dato. In base alle caratteristiche principali di ogni prodotto è comunque possibile avere un orientamento di massima. Nelle caratteristiche principali viene riportato il dato “RTF” (Ready To Fly) quando il drone viene venduto pronto al volo o “Kit” quando il drone è disponibile in kit di montaggio.
Viene inoltre indicato il livello che, in base all’utilizzo, determina il prezzo approssimativo del drone. Giocattolo: indica un drone piccolo, economico con funzionalità limitate. Fascia di prezzo da 50 ai 300 euro. Livello hobbistico: indica un drone con caratteristiche avanzate soprattutto per riprese video di qualità. Fascia di prezzo da 300 fino a 3000 euro. Livello professionale: drone per operazioni specializzate. Fascia di prezzo superiore ai 3000 euro.
Parrot Bebop Il successore della fortunata linea AR.Drone dell’azienda francese Parrot, si chiama Bebop. Si tratta di un quadricottero di dimensioni simili all’AR.Drone, ma totalmente rinnovato per quanto riguarda l’estetica e soprattutto il controllo video. Lo speciale radiocomando Skycontroller consente di inserire nel dock un tablet per lo streaming video da una telecamera con visione fisheye a 180 gradi (Figura 1.9). Caratteristiche principali Tipo: quadricottero RTF. Livello: hobbistico. Telecamera: fisheye da 14 MP con visione a 180 gradi. Registrazione video: Full HD 1080p. Radiocomando: Skycontroller. Dock per tablet e smartphone (fino a 10,6 pollici). Streaming video live su smartphone e tablet. Compatibile con occhiali FPV (Sony FPV, Zeiss Cinemizer e altri). Sistema avanzato di stabilizzazione video a 3 assi. GPS: integrato per il ritorno automatico al punto di decollo e pianificazione del volo. Portata: fino a 2 km grazie al WiFi Extender. Applicazione di pilotaggio gratuita FreeFlight 3 per iOS e Android. Eliche: a tre pale. Peso: 4400 g. Dimensioni: 40,9 × 39,1 × 29 cm. Batteria: 1× LiPo (inclusa). Interfaccia di rete: WiFi. Porta USB.
Sito ufficiale: http://www.parrot.com.
Figura 1.9 Il drone Parrot Bebop con il suo Skycontroller.
DJI Phantom 2 Vision+ Il Phantom 2 Vision+ di DJI è un quadricottero con videocamera incorporata e remote controller a 5,8 GHz. Il radiocomando è dotato anche di un attacco regolabile per il docking di uno smartphone per lo streaming video (Figura 1.10). Caratteristiche principali Tipo: quadricottero RTF. Livello: hobbistico. Stabilizzazione del gimbal su 3 assi. Connessione Wi-Fi fino a 700 metri. Controller con docking per smartphone. Scheda microSD da 4 GB. Registrazione video: Full HD 1080p 30/60i , 720p 60.
Peso: 4200 g. Dimensioni: 43,2 × 20,6 × 31,8 cm. Batteria: 1× LiPo 5200 mAh (inclusa). Memoria rimovibile: MicroSD. Sito ufficiale: http://www.dji.com.
Figura 1.10 DJI Phantom 2 Vision+.
DJI Flame Wheel ARF La linea Flame Wheel ARF di DJI propone diversi modelli per hobbisti in diverse configurazioni e dimensioni di telaio. Il montaggio in kit permette di risparmiare e di personalizzare il proprio drone in base alle esigenze e soprattutto al budget. I kit disponibili sono F330, F450 e F550 (Figura 1.11). Caratteristiche principali F330 Tipo: quadricottero in kit. Livello: hobbistico.
Dimensioni: 330 mm interasse. Contenuto del kit: 4× ESC, 4× motori (2212), 4× eliche, 1× telaio completo di PCB per le alimentazioni, 4 piedi di sostegno. Caratteristiche principali F450 Tipo: quadricottero in kit. Livello: hobbistico. Dimensioni: 450 mm interasse. Contenuto del kit: 4× ESC, 4× motori (2212), 4× eliche, 1× telaio completo di PCB per le alimentazioni, 4 piedi di sostegno. Caratteristiche principali F550 Tipo: esacottero in kit. Livello: hobbistico. Dimensioni: 550 mm interasse. Contenuto del kit: 6× ESC, 6× motori (2212), 6× eliche, 1× telaio completo di PCB per le alimentazioni, 4 piedi di sostegno. Al costo del singolo kit vanno aggiunti i costi della centralina di volo e del radiocomando. Accessori opzionali: modulo GPS, sistema RX/TX per telemetria e sistema RX/TX video. DJI mette a disposizione un set completo di accessori. Ciononostante tutti i componenti si possono scegliere anche di marche diverse (si veda il Capitolo 3 – Componenti di un drone). Sito ufficiale: http://www.dji.com.
Figura 1.11 La linea di Flame Wheel di DJI in kit di montaggio.
DJI Spreading Wings La linea Spreading Wings di DJI è dedicata prettamente all’uso professionale. I diversi modelli sono basati sul concetto di spreading wings, ovvero di ali che si dispiegano. La caratteristica di poter ripiegare le ali ne facilita il trasporto. Non solo, i piedi sono retraibili durante il volo, come i carrelli degli aerei, per lasciare campo libero alle riprese video (Figura 1.12). Sono disponibili i modelli S1000, S1000+, S900, S800 EVO. Caratteristiche comuni a tutti i modelli Grande capacità di carico. Robustezza e stabilità. Grande portabilità grazie ai bracci pieghevoli. Ampia gamma di angolazioni di ripresa. Carrello di atterraggio retrattile. Compatibilità con gimbal Zenmuse. Vibrazioni ridotte. Motori sovradimensionati. Telaio in carbonio. Eliche ripieghevoli. Caratteristiche principali S800 Tipo: esacottero RTF. Livello: professionale. Dimensioni: 800 mm interasse. Caratteristiche principali S900 Tipo: esacottero RTF. Livello: professionale. Dimensioni: 900 mm interasse. Caratteristiche principali S1000 Tipo: ottocottero RTF. Livello: professionale. Dimensioni: 1045 mm interasse.
Al costo del drone brano vanno aggiunti gli accessori per le riprese video o foto. Si possono trasportare anche grosse macchine reflex. Sito ufficiale: http://www.dji.com.
Figura 1.12 DJI Spreading Wings. In alto i piedi retraibili. In basso, i bracci retratti in posizione di trasporto.
Walkera Scout X4 Questo di Walkera è un drone pronto al volo dotato di trasmettitore video a 5,8 GHz, Ground Control Station e radiocomando (Figura 1.13). I piedi retraibili aumentano il campo di ripresa video. Ideale per l’hobbista esigente, disposto a investire qualcosa in più per riprese video di qualità. Caratteristiche principali Tipo: quadricottero RTF. Livello: hobbistico. Streaming video su radiocomando.
Radiocomando: Devo F12E. Dimensioni: 33,5 × 33,5 × 27,5 cm. Peso: 1770 g (inclusa la batteria). Payload: 2.270 g. Motori brushless: WK-WS-34-002. ESC: WST 16Ah. Sistema di controllo multiasse: FCS-X4. Batteria: LiPo 22,2 V 5400 mAh. Datalink Bluetooth 2,4 GHz. Gimbal stabilizzato su 3 assi, compatibile GoPro 3/4 e Ilook camera. Ground Control Station per missioni di volo GPS. Funzione Follow me inclusa. Sito ufficiale: http://walkera.com/en.
Figura 1.13 Il drone Walkera Scout X4 con il radiocomando Devo F12E.
Walkera Voyager 3 Il Voyager 3 di Walkera è basato su un telaio H4 in carbonio che sostiene un’elegante fusoliera in plastica, contenente l’elettronica di bordo (Figura 1.14). Con una telecamera 4K montata su un gimbal rotativo a 360 gradi, il drone permette una larga visuale e la trasmissione di video Ultra HD sulla frequenza di 5,8 GHz, direttamente al radiocomando Devo F12E. Ideale per riprese di qualità professionale.
Caratteristiche principali Tipo: quadricottero RTF. Livello: hobbistico. Streaming video Ultra HD sul radiocomando. Gimbal con rotazione a 360 gradi. Radiocomando: Devo F12E. Telecamera: 4K 20 FPS. Batteria: LiPo 29,6 V 3300 mAh. Durata di volo: 25 minuti. Dimensioni: 33,5 × 33,5 × 27,5 cm. Ground Control Station per missioni di volo GPS. Funzione Follow me inclusa. Sito ufficiale: http://walkera.com/en.
Figura 1.14 Il drone Walkera Voyager 3 con il radiocomando Devo F12E.
Walkera QR W100S
Si tratta di un drone giocattolo di Walkera dotato di una piccola videocamera HD che trasmette in Wi-Fi il video direttamente su iPhone/iPad o Android (Figura 1.15). È possibile utilizzare contemporaneamente il radiocomando per pilotare il drone tramite la radio e lo smartphone per visualizzare il video tramite l’app WK-Remote di Walkera. Caratteristiche principali Tipo: quadricottero RTF. Livello: giocattolo. Telecamera HD incorporata. App WK-Remote per Android, iPhone/iPad. Radiocomando: Devo 4. Batteria: LiPo 3,7 V 600 mAh. Lunghezza: 13,3 cm. Larghezza: 12 cm. Motore principale: HS-8520. Peso: 76 g (batteria inclusa). Cavetto USB per la ricarica. Sito ufficiale: http://walkera.com/en.
Figura 1.15 Il drone giocattolo Walkera QR W100S con il suo radiocomando.
Hubsan X4 H107C Questo drone giocattolo di Hubsan pesa solo 40 g e misura 7 centimetri di interasse. È dotato di radiocomando a 2,4 GHz a 4 canali e telecamera video integrata (Figura 1.16).
Caratteristiche principali Tipo: quadricottero RTF. Livello: giocattolo. Dimensioni: 7 cm interasse. Peso: 40 g. Frequenza: 2,4 GHz. Batteria: 3,7 V 380 mAh. Tempo di volo: circa 7 minuti. Tempo di ricarica: 40 minuti. Trasmettitore: 2,4 GHz a 4 canali (incluso). Fotocamera: 0,3 MP. Registrazione video: inclusa. Scheda di memoria: micro SDHC (esclusa). Sistema di controllo di volo a 6 assi con sensibilità del giroscopio regolabile. Funzione flip 4 vie (sinistra, destra, avanti, indietro). Cavo di ricarica USB. Sito ufficiale: http://www.hubsan.com.
Figura 1.16 Il drone giocattolo Hubsan X4 H107C con il suo radiocomando.
Micro Drone 2.0 Un drone giocattolo made in UK ultraleggero, perfetto per il principiante che vuole divertirsi con acrobazie aeree (Figura 1.17). Opzionale la telecamera per registrazioni video.
Caratteristiche principali Tipo: quadricottero RTF. Livello: giocattolo. CPU auto-stabilizzante. Telecamera per registrazioni video HD (non inclusa). Gyro 6 assi e controllo accelerometro. Volo fino a 50 metri. Funzione flip 360 gradi. Porta USB di ricarica (anche da iPad). Viene fornito con 4 eliche di ricambio. Radiocomando: 2,4 GHz. Tempo di volo: 6-8 minuti. Batteria: LiPo 3,7 V 300 mAh. Tempo di ricarica: 25 minuti per una carica all’80% e 40 minuti per una carica completa. Dimensioni: 8,5 cm interasse. Peso: 34 g. Sito ufficiale: http://www.micro-drone.co.uk.
Figura 1.17 Il drone giocattolo Micro Drone 2.0 con il radiocomando e accessori.
Syma X5C
Il Syma X5C è un drone giocattolo con un ottimo rapporto prezzo/prestazioni, dotato di un radiocomando 2,4 GHz e di una telecamera per registrare video HD (Figura 1.18). Caratteristiche principali Tipo: quadricottero RTF. Livello: giocattolo. Radiocomando: 2,4 GHz a 4 canali. Giroscopio: 6 assi. Telecamera: 2 MP. Tempo di ripresa video: circa 30 minuti. Foto: 800 immagini circa. Memoria: card SD 2G. Dimensioni: 14 cm interasse. Batteria: LiPo 3,7 V 500 mAh. Tempo di ricarica: 90 minuti circa. Ricarica via USB. Tempo di volo: 7 minuti circa. Funzione flip 360 gradi. Distanza del radiocontrollo: circa 50 metri. Dimensioni: 31 × 31 × 8 cm. Peso: 916 g. Sito ufficiale: http://www.symatoys.com.
Figura 1.18 Il drone giocattolo Syma X5C con il suo radiocomando.
Micro HKPilot Mega Il kit Micro HKPilot Mega è un sistema hardware open-source completo che può esser integrato in qualsiasi drone autocostruito (Figura 1.19). Il kit pesa in totale solo 24 g e tutti i componenti possono stare in uno spazio di soli 35 × 35 × 30 mm. Il kit Micro HKPilot è basato sul progetto open-source Ardupilot (APM) di 3D Robotics. Il kit comprende i seguenti elementi. Scheda Micro Mega HKPilot 2.7.2. Modulo GPS Ublox NEO-6M (con bussola integrata di precisione). Telemetria radio 433 MHz con antenna su PCB. Modulo a terra per la ricezione dati. Modulo BEC 4s 60A. OSD per il feedback FPV. Set di cavi per plug-and-play. Progetto basato su open-source APM di 3D Robotics. Arduino e APM compatibile. Giroscopio a 3 assi. Accelerometro. Magnetometro. Barometro. Processore Atmel ATmega2560. Processore ATMEGA32U-2 per l’interfaccia USB seriale (FTDI). Supporto per bussola esterna (incluso). Sito ufficiale: http://www.hobbyking.com.
Figura 1.19 Il kit open-source Micro HKPilot Mega distribuito da HobbyKing.
3D Robotics Iris+ Iris+ di 3D Robotics è un drone RTF per amanti di foto e video, basato sul famoso progetto open-source APM, creato e diffuso dalla stessa 3D Robotics (Figura 1.20). Si può volare manualmente utilizzando il controller o utilizzare la modalità avanzata 3PV Follow Me che trasforma il drone in un perfetto inseguitore. Il software opensource per tablet facilita la pianificazione del volo automatico. Caratteristiche principali Tipo: quadricottero RTF. Livello: hobbistico. Tempo di volo: 16 minuti circa. Dimensioni: 550 mm interasse. Peso: 1282 g. GPS uBlox con magnetometro integrato. Payload: 400 g. Radiocomando 433 MHz o 915 MHZ. Supporto gimbal opzionale per GoPro HERO4. Telemetria su schermo. Motori: AC 2830, 850 kV.
Eliche auto serranti. Batteria: LiPo 11,1 V 3500 mAh (opzionale). Adattatore USB per tablet Android. Sul sito è possibile personalizzare il drone con l’aggiunta di vari accessori come gimbal, telecamera GoPro, valigetta, batteria, eliche e altro ancora. Al costo totale va aggiunto quello di un radiocomando PPM compatibile come, per esempio un Taranis di FrSky. Sito ufficiale: http://www.3drobotics.com.
Figura 1.20 Il drone 3D Robotics Iris+.
Mikrokopter EASY Okto XL2 4S L’azienda tedesca Mikrokopter propone una serie di multicotteri professionali in kit di montaggio con vari set di accessori e dispositivi per un drone personalizzato. Il modello EASY Okto XL2 4S è un ottocottero professionale, ma sono disponibili anche configurazioni base per esacotteri e per quadricotteri. I kit vengono pubblicizzati di facile montaggio (senza saldature), giacché i motori sono già montati sui bracci del telaio e le strisce di LED sono preassemblate. Opzionalmente può
essere montato un gimbal per sostenere una grossa reflex DSLR, come, per esempio, una Canon 5D MarkII. Contenuto del kit EASY Okto XL2 4S 1× FlightCtrl ME premontato. Okto Combi BL-Ctrl V3. 1× MKUSB. 1× telaio Okto XL con tubi colorati (1× rosso, 7× nero). 4× Hilander-26. 1× coperchio nero (può essere verniciato dall’interno). 1× coperchio trasparente (può essere verniciato dall’interno). 2× LiPo 5000 mAh 4s (versione FLAT) con cavo Y per l’utilizzo in parallelo. 4× coppie di eliche strong CFK1245/38. 8× coppie di eliche EPP1245. 8× motori brushless MK3638. 1× cavo di collegamento per il ricevitore. 1× supporto LiPo già assemblato. Striscia LED flessibile per l’illuminazione preassemblata. Al kit vanno aggiunti un trasmettitore e un ricevitore (tipo HoTT o Jeti), un gimbal e i dispositivi video. Sito ufficiale: http://www.mikrokopter.de.
Italdron E1100 8HSE L’azienda italiana Italdron, orientata alla produzione di droni professionali, propone il modello E1100 8HSE, un ottocottero ottimizzato per applicazioni dove sono richiesti payload elevati, grande autonomia e stabilità di volo. Importante il bollino di approvazione ENAC. Per mezzo di un preciso gimbal a movimento indipendente su 3 assi, può trasportare numerosi modelli di cineprese e sensori per la fotogrammetria. Inoltre, dispone di elettronica ridondante e paracadute balistico ad attivazione automatica. Caratteristiche principali Tipo: quadricottero RTF. Livello: professionale. 8× motori brushless.
8× eliche in carbonio. Telaio in carbonio ripiegabile per una facile trasportabilità.
Figura 1.21 Il drone Mikrokopter MK EASY Okto XL2 4S e i component base del kit di montaggio.
Autopilota ridondante. Movimento gimbal su tre assi a 360 gradi. Trasmittente datalink per il controllo del drone in modalità manuale o assistita. Pocket Control Station per la gestione del volo autonomo. Payload: 3000 g. Dimensioni: 110 × 110 × 29 cm. Altezza massima: 150 metri (limitata elettronicamente). Distanza massima: 1,5 km. Autonomia di volo: 8-15 minuti. Paracadute di emergenza.
L’azienda inoltre offre i seguenti servizi legati all’utilizzo del drone. Drone collaudato e fornito di tutti gli accessori per il controllo e la gestione del pilota e del secondo operatore. Assistenza diretta Italdron con sostituzione/riparazione rapida entro 10 giorni lavorativi. Implementazioni tecniche, manualistica e consulenza per validazione d’impiego secondo scenari previsti da ENAC. Ampia gamma di accessori con possibilità di personalizzazione secondo specifiche richieste. Corsi di formazione teorici e pratici per l’operatore. Sito ufficiale: http://www.italdron.com.
Figura 1.22 Il drone dell’azienda italiana Italdron E1100 8HSE, approvato ENAC.
Capitolo 2
Come vola un drone
Allo scopo di uniformare il linguaggio usato in questo libro, il termine drone verrà usato solo per indicare un velivolo a pilotaggio remoto dotato di più rotori, ovvero un drone multirotore, altrimenti chiamato multicottero. Verranno esclusi dalla trattazione i droni ad ala fissa o altri tipi di droni terrestri o acquatici.
L’elicottero Un drone multirotore o multicottero può essere paragonato a un elicottero dotato di più eliche. Il principio fisico che sostiene in aria un elicottero vale anche per i droni. Quindi, per spiegare come vola un drone, dobbiamo capire prima come vola un elicottero. L’elicottero è dotato di un motore che muove un rotore collegato a due o più pale, le quali vanno a formare la cosiddetta ala rotante. La rotazione delle pale produce la forza di coppia, una forza contraria al moto del rotore, che tende a ruotare la fusoliera del velivolo nella direzione opposta, per effetto della legge di conservazione del “momento angolare”. IL MOMENTO ANGOLARE Se mettiamo in rotazione una ruota, il sistema tende a mantenere la rotazione per effetto di una forza vettoriale chiamata momento angolare. Nella figura sottostante (a) è visibile un sistema rotante di una particella m con velocità v a distanza r dal centro. Si definisce momento angolare L il prodotto fra il moto del raggio della ruota r, la velocità di rotazione v e la massa del punto m: L = rmv dove r = moto del raggio della ruota (misurato in m/s) v = velocità di rotazione (misurata in m/s) m = massa (misurata in kg) Pertanto, nel Sistema Internazionale il momento angolare si misura in kg * m2/s, cioè in chilogrammi per metri quadrati al secondo. La legge di conservazione del momento angolare afferma che il momento angolare L di un sistema di corpi si conserva nel tempo se è nullo il momento totale delle forze esterne che agiscono su di esso. In altre parole, applicando una forza-peso al centro di rotazione del sistema, si annulla il momento della forza-peso e viene così mantenuto (conservato) il momento angolare. Una classica prova pratica della legge di conservazione del momento angolare è facilmente ottenibile facendo ruotare una ruota tenendola per il perno e stando seduti su una poltrona girevole. Il momento angolare della ruota provocherà una rotazione della poltrona che manterrà il suo moto contrario fintantoché girerà la ruota.
Coppia e anticoppia Per ovviare al problema legato alla coppia del motore, l’elicottero monta un piccolo rotore di coda che produce una spinta opposta alla forza di coppia, detta forza “anticoppia”. In questo modo, il rotore di coda permette di mantenere la fusoliera in posizione stabile, evitando che ruoti su se stessa (Figura 2.1).
Figura 2.1 Il funzionamento di un elicottero. Il rotore posteriore produce un forza che contrasta la coppia generata dall’elica del rotore principale.
Il multicottero Ogni elica di un multicottero agisce come un’ala rotante di un elicottero, pertanto se tutte le eliche (ali rotanti) di un multicottero girassero nello stesso verso, il multicottero girerebbe su stesso per effetto della conservazione del momento angolare (si veda il riquadro precedente). A prescindere dal numero di motori, per potersi muovere o galleggiare in un punto fisso in aria, il drone deve essere composto da almeno tre motori in grado di produrre la cosiddetta coppia di reazione, ovvero una forza prodotta dalla rotazione in senso orario e antiorario di motori contrapposti, come illustrato in Figura 2.2, in cui vengono illustrati un tricottero e un quadricottero.
Figura 2.2 Il movimento contrapposto delle eliche di un drone a tre motori (a) e a quattro motori (b).
Osservando la Figura 2.2a si vedono i due motori frontali controrotanti 1 e 2. Questi bilanciano l’effetto della coppia in modo parziale perché serve un terzo motore che faccia le veci del rotore di coda di un elicottero. Osservando la Figura 2.2b le due coppie di motori controrotanti sono sulle diagonali. In questo modo si ha un bilanciamento totale della coppia prodotta dai motori 1-3 e 2-4. Nel tricottero è il motore di coda che decide la direzione, mentre nel quadricottero sono sempre due coppie di motori a decidere la direzione. La tecnica costruttiva del tricottero ha dato origine a varie tipologie di esacotteri (droni a sei rotori), mentre quella del quadricottero ha ispirato la generazione di ottocotteri (droni a otto rotori).
Configurazione del drone Esistono molteplici configurazioni di un drone multirotore. L’elemento base per sostenere i motori e le eliche si chiama telaio e, di solito, viene progettato per una propulsione da tre fino a sedici motori, ma si può andare anche oltre. In Figura 2.3 sono illustrati i telai con le configurazioni più diffuse. Le configurazioni indicate con una I (la lettera “i” maiuscola) corrispondono alle configurazioni X o Y invertite (inverted). In pratica cambia solo la posizione del Nord (contrassegnato con una N), il cosiddetto “naso” del drone. La struttura invertita del telaio può essere utile per il posizionamento di una telecamera che ha le eliche poste al di fuori del campo visivo.
Figura 2.3 Le configurazioni di droni più diffuse.
Una variante molto diffusa delle configurazioni X4 e I4 è la configurazione H4, ovvero con i motori disposti simmetricamente rispetto al corpo per formare una specie di lettera “H”. Spesso i bracci che formano la “H” sono piegati di qualche grado.
Le configurazioni a sei o otto motori (e oltre) servono a dare più stabilità al drone e offrono un maggiore carico utile. Inoltre offrono anche maggior sicurezza per effetto della ridondanza. È vero che più motori significa più peso e maggior fabbisogno di batterie, ma in caso di un motore in panne, si possono utilizzare i rimanenti motori per portare a terra il drone in sicurezza. Cosa impossibile con un drone in configurazione X4, I4 o H4, il quale si schianterebbe inesorabilmente al suolo. Le configurazioni X6, Y6 sono degli esacotteri standard, ovvero un’evoluzione della versioni Y3, mentre le configurazioni invertite si chiamano I6 e IY6. Benché il telaio abbia tre bracci, essi montano sei motori contrapposti, ovvero tre motori sopra e tre motori posti a 180 gradi, con rotazione in senso opposto. Non è rara la versione H6, evoluzione della versione H4, con tre motori su un lato e tre motori sull’altro. Le configurazioni I8, V8 sono degli ottocotteri standard, mentre la configurazione X8 ha quattro bracci con quattro coppie di motori contrapposti. Le configurazioni con motori contrapposti a 180 gradi ottengono maggiore spinta dalla rotazione normale delle eliche superiori e dalla rotazione in senso opposto delle eliche inferiori. I droni con queste configurazioni sono progettati per un maggiore carico utile e una maggiore stabilità. Esistono infine configurazioni a 12 e 16 e anche più motori, ma sono perlopiù esperimenti di qualche appassionato.
Controllo dell’elevazione In un multicottero l’elevazione è molto simile a quella di un elicottero tradizionale. Un semplice aumento contemporaneo della velocità di tutti i motori spinge più aria verso il basso. In gergo aeronautico si dice “dare più gas”. Con la pressione dell’aria verso il basso, il multicottero si alza quando il volume d’aria che fluisce sotto le eliche ha maggiore spinta rispetto al peso del multicottero, vincendo la forza di gravità. Una volta effettuato il decollo, il multicottero può mantenere la propria posizione in quota bilanciando il peso del multicottero tramite un dosaggio della velocita dei motori. Riducendo la velocità di rotazione delle eliche (togliendo gas), il multicottero può abbassarsi sotto l’azione del suo stesso peso.
Controllo del beccheggio Proprio come un elicottero tradizionale, per muovere un multicottero in avanti (o indietro) basta inclinare in avanti il naso – o muso – (o inclinare indietro la coda). Per produrre un avanzamento, bisogna aumentare la velocità dei motori posteriori e diminuire quella dei motori anteriori. Così il naso si abbassa e la coda si solleva. In questo modo, la direzione del flusso d’aria non va solo verso il basso, ma anche sul retro del multicottero. Siccome ogni azione ha una reazione uguale e contraria, spingendo sulla parte posteriore, il multicottero si muoverà in avanti. Questa manovra si chiama beccheggio in avanti (Figura 2.4a). Viceversa, se si aumenta la velocità dei motori anteriori e si diminuisce quella dei motori posteriori si avrà l’effetto opposto e quindi il multicottero si muoverà all’indietro. Questa manovra si chiama beccheggio indietro (Figura 2.4b).
Figura 2.4 Controllo del beccheggio in avanti (a) e del beccheggio indietro (b). I motori a velocità maggiore sono indicati con un fondo scuro.
Controllo del rollio In modo simile al beccheggio, per virare di lato, ovvero a destra o a sinistra, viene aumentata la velocità dei motori laterali e ridotta la velocità di quelli sul lato opposto. Dando più gas ai motori di destra e togliendo gas a ai motori di sinistra, il multicottero si inclinerà a sinistra. Questa manovra si chiama rollio a sinistra (Figura 2.5a). Viceversa, dando più gas ai motori di sinistra e togliendo gas ai motori di destra, il multicottero si inclinerà a destra. Questa manovra si chiama rollio a destra (Figura 2.5b).
Figura 2.5 Controllo del rollio a sinistra (a) e del rollio a destra (b). I motori a velocità maggiore sono indicati con un fondo scuro.
Controllo dell’imbardata Il movimento di rotazione sull’asse verticale prende il nome di imbardata. In pratica, mentre il multicottero è fermo in aria su un punto fisso, l’imbardata consente di muovere il naso in un’altra direzione. Per ottenere una rotazione a destra o a sinistra, bisogna aumentare la velocità dei motori contrapposti. Per esempio, in un quadricottero bisogna dare più gas ai motori 1 e 3 e togliere gas ai motori 2 e 4 per ruotare il naso verso destra. Per un imbardata a sinistra, bisogna dare più gas ai motori 2 e 4 e togliere gas ai motori 1 e 3.
Figura 2.6 Controllo dell’imbardata a destra (a) e dell’imbardata a sinistra (b). I motori a velocità maggiore sono indicati con un fondo scuro. NOTA Per la spiegazione di tutte le manovre da eseguire con il radiocomando di un drone si veda il Capitolo 7 – Imparare a volare.
Capitolo 3
Componenti di un drone
In questo capitolo vengono descritti tutti i component di un drone. Data l’enorme quantità di marchi e di prodotti in commercio, verranno citati solo alcuni prodotti, allo scopo di facilitare la costruzione di un drone fai-da-te o per completare un drone ARF (Almost Ready to Fly). Tuttavia, anche per il possessore di un drone RTF (Ready To Fly), potrebbe rivelarsi utile leggere le caratteristiche e le funzionalità di ogni singolo componente, allo scopo di aggiungere accessori opzionali o di effettuare un upgrade del sistema.
Telaio Il telaio, frame in inglese, è la struttura portante del drone. Come abbiamo visto nel capitolo precedente, esistono molte configurazioni possibili. La scelta della configurazione e delle dimensioni del telaio dipende essenzialmente dallo scopo: si può scegliere un drone per giocare o per gareggiare o per la videoripresa amatoriale o per quella professionale. In base all’utilizzo si possono scegliere telai piccolissimi oppure giganteschi. Ovviamente, più è grande il telaio, più aumentano i costi per i motori, le eliche e l’elettronica di bordo. Ecco un riepilogo delle configurazioni tipiche di un telaio (Figura 3.1): Y3: tricottero su telaio a tre bracci; X4, H4, I4: quadricottero su telaio a quattro bracci; Y6, IY6: esacottero su telaio a tre bracci con motori controrotanti; X6, H6, I6: esacottero su telaio a sei bracci; I8, V8: ottocottero su telaio a otto bracci; X8: ottocottero su telaio a quattro bracci con motori controrotanti.
Figura 3.1 Configurazioni tipiche di un telaio.
Alle estremità dei bracci vanno avvitati i motori brushless, solitamente con quattro viti ciascuno. I bracci sono fissati saldamente a una piastra centrale, su cui andranno messi i vari dispositivi elettronici di bordo, come la centralina di volo, il GPS, la batteria e altri accessori. Soprattutto nei droni RTF, la piastra centrale viene ricoperta con una calotta in plastica a formare una specie di carlinga o fusoliera. Spesso i designer si sbizzarriscono a disegnare forme accattivanti come, per esempio, il mini quadricottero Ares Ethos QX130 (Figura 3.2a) e lo Sky Rider Drone disegnato da Pininfarina per De Agostini, che distribuisce in edicola l’elegante drone in scatola di montaggio (Figura 3.2b).
Figura 3.2 (a) Il quadricottero Ares Ethos (http://ares-rc.com). (b) Il quadricottero Sky Rider Drone di De Agostini, design Pininfarina (http://www.model-space.com/it).
Oltre alla configurazione del telaio, bisogna scegliere anche la dimensione. Di solito, la dimensione del telaio viene espressa in mm di interasse, ovvero la misura dagli assi dei motori più distanti. Per esempio, 250 mm, 350 mm, 450 mm, 550 mm, 800 mm e così via. In base alle dimensioni, cambiano anche i materiali costruttivi. Se un telaio per un piccolo quadricottero può essere fatto di plastica, un telaio per un grosso ottocottero deve essere obbligatoriamente fatto in fibra di carbonio e giunti in alluminio. La fibra di carbonio e l’alluminio sono i materiali maggiormente usati per i grossi esacotteri e ottocotteri. Quando i telai sono molto grandi esistono soluzioni pieghevoli “a ombrello” per facilitarne il trasporto, come illustrato in Figura 3.3.
Figura 3.3 Un telaio pieghevole a ombrello di un esacottero.
Se i bracci sono lunghi, devono essere molto resistenti e allo stesso tempo anche molto leggeri. Quando si sceglie il telaio bisogna calcolare il carico utile, ovvero il peso di un gimbal e di una videocamera o di una grossa reflex digitale. I bracci non devono piegarsi o vibrare in volo, specie durante le riprese video. Per i quadricotteri o esacotteri fino a 600 mm interasse si possono scegliere materiali in plastica. Oltre alla vasta scelta di telai in plastica pronti all’uso, se si possiede una stampante 3D o un amico che ce l’abbia, si può stampare il telaio in ABS. Ci sono molti file in formato STL pronti per la stampa 3D scaricabili gratuitamente da siti come Thingiverse (http://www.thingiverse.com) o Youmagine (https://www.youmagine.com).
Figura 3.4 Un telaio H4 stampato in 3D con accanto il quadricottero montato (a). Un telaio X4 stampato in 3D con il quadricottero montato (b). Il kit con telaio in poliammide di Diatone #17 (c).
Nella Figura 3.4a e 3.4b sono illustrati i telai H4 e X4 stampati in ABS e i quadricotteri montati e finiti. In alternativa, se non si possiede una stampante 3D, si possono trovare i telai già stampati presso Movo (http://www.movo.it). Esistono anche telai per piccoli quadricotteri in nylon poliammide, come quello offerto nel kit di Diatone #17 (Figura 3.4c). Un kit economico, ma molto interessante per chi inizia, in vendita presso Banggood (http://www.banggood.com).
Motori Tutto è importante nella scelta dei componenti di un drone, ma niente è più importante dei motori. Inutile dire che la qualità è proporzionale al prezzo, ma una scelta oculata può far risparmiare se si scelgono motori dimensionati al peso e alle finalità del drone. Innanzitutto, i motori di un drone devono essere brushless, cioè senza spazzole, a meno che non si tratti di un mini drone di pochi centimetri che può volare anche con mini motori DC a spazzole. Il motore a spazzole è dotato di contatti striscianti sul rotore che è posto all’interno di uno statore fisso, formato da un magnete con polarizzazione Nord e un magnete con polarizzazione Sud (Figura 3.5a). Applicando una corrente continua al rotore e quindi ai due avvolgimenti, si formeranno due campi magnetici di segno opposto ai campi magnetici fissi. Per effetto dell’attrazione e della repulsione degli avvolgimenti da questi poli magnetici, il rotore crea un moto rotatorio.
Figura 3.5 Lo schema di un motore a spazzole (a). Lo schema di un motore brushless, senza spazzole (b). Lo spaccato di un motore brushless (c).
Il motore brushless, invece, ha il rotore formato da magneti permanenti e lo statore a campo magnetico rotante. Contrariamente al motore a spazzole non ha contatti elettrici striscianti sull’albero motore (Figura 3.5b). Applicando una corrente continua agli avvolgimenti dello statore, vengono generati campi magnetici di segno opposto ai campi magnetici fissi quindi, sempre per effetto dell’attrazione e della repulsione degli avvolgimenti dai magneti fissi, lo statore crea un moto rotatorio. I motori brushless sono trifase e non è possibile alimentarli con una normale linea in tensione continua, come per i normali motori DC. Per la commutazione della tensione da mandare agli avvolgimenti dello statore ci si deve affidare a un circuito elettronico apposito che si chiama ESC (Electronic Speed Control), cioè controllo elettronico della velocità o semplicemente “variatore”, come ormai viene chiamato nel settore (si veda il prossimo paragrafo). Oltre ad avere caratteristiche di robustezza, affidabilità e potenza commisurate alle dimensioni del drone, il motore brushless deve produrre molta coppia motrice. In fisica, la coppia motrice è il momento meccanico applicato dal motore a una trasmissione. In altre parole, la coppia varia in base al regime di rotazione del motore e ovviamente dipende dal tipo di motore. Nel caso dei motori brushless, la possibilità di produrre pochi giri con la stessa potenza di quando è applicata a pieno regime, si traduce in efficienza, che è ciò che serve sia a basso sia ad alto regime di giri. Ci sono essenzialmente due tipi di motori brushless, chiamati in inglese outrunner e inrunner. I primi hanno la cassa esterna con la corona di magneti che gira solidalmente all’albero motore. I secondi hanno la cassa con la corona di magneti che sta ferma e fa girare l’albero motore all’interno, come i tradizionali motori DC. Per i droni sono preferibili gli outrunner (ormai sono tutti così) perché offrono più coppia motrice. La Figura 3.6a mostra lo schema degli avvolgimenti di un motore brushless outrunner. Come si può vedere, la tensione viene applicata ai tre avvolgimenti disposti in modo alternato. Applicando la tensione in un verso o nell’altro, il motore può girare in senso orario o antiorario.
Figura 3.6 Schema degli avvolgimenti di un motore brushless outrunner (a). Un motore brushless di tipo pancake (b). Due motori brushless con riportato il senso di rotazione (c).
In Figura 3.6b è illustrato un motore brushless di tipo pancake, cioè a basso profilo, mentre in Figura 3.6c sono visibili due motori brushless con riportato il senso di rotazione. Si noti il simbolo <<< e la filettatura destrorsa per la rotazione in senso orario e il simbolo >>> e la filettatura sinistrorsa per quella in senso antiorario. I costruttori di motori brushless riportano un parametro importante ai fini dell’efficienza, il cosiddetto kv, ovvero giri per volt. Il parametro indica quanti giri al minuto fa il motore per un volt, senza elica. Per esempio un motore da 920 kv, alimentato con una batteria LiPo a tre celle, cioè a 11,1 V, farà 10.212 giri (920 × 11,1). Un motore da 700 kv, alimentato con la stessa batteria LiPo, ne farà 7.770 (700 × 11,1). Per la connessione agli ESC i motori brushless per multicotteri sono dotati di tre fili con mini-connettori a banana maschio. I fili non sono necessariamente colorati e spesso sono tutti e tre di colore nero. In questo caso, per l’esatta rotazione del motore bisogna procedere per tentativi. Se il motore gira al contrario, basterà cambiare il collegamento di due fili qualsiasi all’ESC.
ESC Per controllare la velocità di ogni motore brushless è necessario un circuito ESC, Electronic Speed Control, chiamato anche variatore. Si tratta di un circuito elettronico che ha lo scopo di variare la velocità di un motore elettrico, di controllare la sua direzione e anche di agire come un freno dinamico. Gli ESC sono utilizzati in tutti i modelli radiocomandati alimentati in continua e possono essere unità a se stanti o incorporate nel ricevitore stesso, come nel caso dei droni giocattolo. Ogni ESC riceve la tensione di alimentazione dalla batteria del drone e la distribuisce elettronicamente sulla linea trifase del motore brushless. Oltre ai due fili per l’alimentazione dalla batteria, l’ESC è dotato di un connettore a tre fili di colore marrone (negativo), rosso (positivo) e arancio (controllo) che va collegato alla centralina di volo. L’ESC riceve il segnale di controllo dalla centralina di volo, che a sua volta è collegata al bus del segnale RX del ricevitore a bordo. Agendo sulla leva Throttle (gas) del radiocomando si può quindi controllare la velocità dei motori collegati agli ESC. Con gli altri movimenti delle leve dei due joystick si potranno gestire le altre manovre (Yaw, Pitch e Roll), aumentando e diminuendo proporzionalmente la velocità dei motori. Un fattore importante per la scelta di un ESC è la corrente assorbita, che va dimensionata a seconda dell’assorbimento del motore collegato. Per esempio si possono installare ESC da 10 ampere per piccoli quadricotteri e da 50 ampere e oltre per grossi ottocotteri. Meglio scegliere un ESC con amperaggio maggiore rispetto all’assorbimento del motore. Una cosa importante che l’ESC non deve assolutamente avere è il circuito LiPo Saver che toglie la tensione al motore quando la batteria è scarica. È una funzione che salva la batteria quando questa va sotto il limite minimo di 3 V (sotto-scarica), per cui sarebbe una funzione utile per i normali aeromodelli ad ala fissa che possono planare anche a motore spento, ma non per i droni, che si schianterebbero inesorabilmente al suolo. Per non disporre di questa funzione dannosa bisogna accertarsi che l’ESC abbia caricato il firmware SimonK, ideato da Simon Kirby e disponibile come open-source nel repository GitHub al seguente indirizzo: https://github.com/sim-/tgy. Il codice assembly è per ESC basati su processori Atmel ATmega. Nel caso si dovessero “flashare” gli ESC con il firmware SimonK, ci sono varie risorse online che possono essere d’aiuto.
Di solito è la centralina di volo che avverte quando la batteria è scarica, ma se la centralina fosse sprovvista di tale funzione, è sempre possibile collegare un dispositivo LiPo Saver esterno con LED ad alta luminosità, che avverte ma NON taglia la tensione di alimentazione. Ci sono anche circuiti LiPo Saver programmabili per evitare la sotto-scarica della batteria e lo sbilanciamento delle celle che riducono gradualmente la tensione senza tagliare improvvisamente. Gli ESC sono collegati direttamente alla batteria e di solito sono dotati di un circuito che si chiama BEC, Battery Eliminator Circuit, ovvero un circuito che preleva la tensione necessaria e pertanto evita l’uso di una seconda batteria per alimentare la centralina di volo e gli altri dispositivi a 5 V. In Figura 3.7a è illustrato lo schema di collegamento di quattro ESC dotati di BEC alla centralina di volo. Si noti che vengono eliminati i fili di alimentazione di tre BEC alla centralina. In alternativa, si possono usare ESC senza BEC, chiamati Opto, ovvero dotati di optoisolatore, per cui il segnale viene trasmesso dalla centralina agli ESC attraverso un fotodiodo. Per l’alimentazione dell’elettronica di bordo a 5 V, si può usare un comodo regolatore di tensione da collegare in parallelo all’alimentazione della batteria (Figura 3.7b). In Figura 3.7c è illustrato un ESC singolo DJI E300 optoisolato e in Figura 3.7c un ESC quadruplo Hobbywing dotato di BEC.
Figura 3.7 Un ESC singolo DJI E300 da 15 A optoisolato (a). Un ESC quadruplo Hobbywing dotato di BEC (b).
Eliche Dato che non è questo il luogo giusto per un trattato di aerodinamica, ci limiteremo a dare qualche indicazione di massima per la scelta e l’uso delle eliche di un multicottero. Ci sono due cose da conoscere di un’elica: il diametro e il passo, entrambe espresse in pollici. Il diametro è la misura del diametro del cerchio immaginario che l’elica disegna con la rotazione. Il passo è l’incidenza del profilo alare, cioè la sua inclinazione rispetto al suo perno. In modo simile a una vite, il passo di un’elica definisce quanta aria viene “avvitata”. Per fare un esempio, un’elica con un passo di 5 pollici avvita a ogni giro una colonna d’aria di 5 pollici (circa 13 centimetri). Un’elica con passo di 3,8 pollici avvita a ogni giro una colonna d’aria di 3,8 pollici (circa 9,5 centimetri). Da questo semplice esempio si intuisce che l’elica con un passo piccolo produce meno forza di avvitamento e quindi è più adatta per voli lenti. In Figura 3.8 è visibile lo schema di avvitamento di un’elica come illustrato nel sito HobbyKing. L’asse X rappresenta il diametro e l’asse Y il passo. Questo sito fornisce la pagina Propeller Finder per la ricerca dell’elica sulla base del diametro: .
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/rc_propeller_configuration_page.asp
Figura 3.8 Schema di avvitamento di un’elica.
Di solito si usano eliche a due pale, ma non sono rari i droni con eliche a tre pale. Con tre pale si possono usare eliche di diametro inferiore, quindi si può guadagnare
in spazio, ma si perde in efficienza. Siccome il drone si trova spesso in hovering, essendo tre pale più ravvicinate trovano aria più “disturbata” rispetto a due pale, In pratica, questo si traduce in minor stabilità e maggiori vibrazioni del drone in hovering. Se invece si usa il drone per gareggiare o per acrobazie, le tre pale sono da preferire. Un altro aspetto da non trascurare è il materiale costruttivo. Esistono pale in fibra di carbonio, plastica, nylon e legno. Normalmente si usano eliche in plastica o nylon, più economiche. Quelle in fibra di carbonio sono molto resistenti e leggere, ma il loro costo le confina a un uso per grossi multicotteri. Alcuni tipi di eliche in fibra di carbonio sono addirittura rivettate vicino al perno, per poter essere piegate e migliorarne la trasportabilità. Il legno è un materiale fragile, ma, proprio per questo, in caso di urto può salvare l’albero motore. Al contrario, un’elica in fibra di carbonio, data la sua robustezza e rigidità, potrebbe piegarlo o danneggiarlo. Che diametro e passo scegliere? Dipende dal peso del drone e del carico utile. Per un carico medio (drone e payload dai 2 ai 4 kg al decollo) si possono montare eliche da 10 a 13 pollici, mentre per un carico pesante (drone e payload oltre i 4 kg al decollo) si possono montare eliche da 15 pollici. I passi normalmente usati sono 4,5 o 5,5 pollici, ma si possono usare eliche con passo 3,8 per voli lenti. Ovviamente, va poi calcolato il numero di motori per riuscire a sollevare il tutto. In Figura 3.9 sono visibili alcuni tipi di eliche di diverse dimensioni, passo e materiali.
Figura 3.9 Alcuni tipi di eliche di diverse dimensioni, passo e materiali. ATTENZIONE Le eliche in fibra di carbonio danneggiate o crepate vanno sostituite, non riparate. Se un frammento di elica dovesse essere sparato ad alta velocità, potrebbe ferire qualcuno.
Bilanciamento dell’elica Anche se appena uscita dalla fabbrica, un’elica potrebbe essere sbilanciata, cioè con una pala più pesante dell’altra. Le eliche in fibra di carbonio sono bilanciate in fabbrica e non dovrebbero presentare difetti. Un’elica sbilanciata produce vibrazioni, quindi vale la pena di usare un bilanciatore, disponibile in commercio. Ce ne sono di vari tipi e fogge, magnetici o a bilanciere (Figura 3.10). Volendo lo si potrebbe anche costruire. Per usare il bilanciatore basta mettere l’elica sul perno e farla girare. Se una pala tende a fermarsi sempre in basso significa che è più pesante. Si può appesantire la pala più leggera pennellandola leggermente con un po’ di vernice trasparente vicino al perno e via via verso l’estremità, se fosse necessario.
Batteria Per i droni bisogna usare esclusivamente batterie o, meglio, accumulatori al litiopolimero, amichevolmente chiamate LiPo. Dal punto di vista chimico una batteria LiPo è formata da un sale di litio contenuto in un polimero solido, il poliacrilonitrile. Rispetto ad altri tipi, le LiPo sono più efficienti e mantengono la carica per un tempo superiore anche quando non vengono utilizzate. Le LiPo non hanno il cosiddetto effetto memoria, tipico delle batterie NiCD e NiMH, e possono venire ricaricate da 500 a 1000 volte (almeno così dichiarano i costruttori).
Figura 3.10 Un bilanciatore di eliche della du-bro (http://dubro.com).
La tensione nominale di una cella LiPo è di 3,7 V e può variare da 2,7 V a 4,23 V. Ma attenzione, devono essere protette dalla sovraccarica e dalla sotto-scarica, ovvero non devono scendere sotto i 3 V e non superare i 4,23 V. Per questo motivo è necessario usare un caricabatterie apposito. Le celle di una LiPo possono essere messe facilmente in serie o in parallelo, per cui si possono ottenere tensioni multiple di 3,7 V in serie o la somma della corrente, se messe in parallelo. Il numero di celle messe in serie viene indicato con la sigla xS, dove x è un numero che può variare da 2 a 10. Ecco alcuni esempi di tensioni di celle in serie: 2S: 3,7 V × 2 = 7,4 V;
3S: 3,7 V × 3 = 11,1 V; 4S: 3,7 V × 4 = 14,8 V; 5S: 3,7 V × 5 = 18,5 V; 6S: 3,7 V × 6 = 22,2 V; 7S: 3,7 V × 7 = 25,9 V; 8S: 3,7 V × 8 = 29,6 V; 9S: 3,7 V × 9 = 33,3 V; 10S: 3,7 V × 10 = 37 V. Di solito, per carichi piccoli si usano LiPo a una cella o 2S (mini droni fino a 250 mm), per carichi medi si usano LiPo 3S o 4S (quadricotteri fino a 650 mm), per carichi pesanti si usano LiPo 5S e 6S (multicotteri da 700 fino a 1000 mm). La corrente viene indicata in mAh, cioè milliampere/ora, mentre la capacità di scarica viene indicata con la lettera C. In pratica, la lettera C indica la massima intensità di corrente che la batteria è in grado di erogare in sicurezza. Per fare un esempio, una batteria da 4000 mAh 20C è in grado di erogare 80 A, ovvero 4000 mAh × 20 C = 80000 mAh, quindi 80 A. In altre parole, la batteria fornisce 20 volte la sua capacità. La corrente viene suddivisa per il tempo di utilizzo della batteria, per cui, a parità di ampere, più è alto il valore di C più corrente possiamo assorbire dalla batteria. Oltre alla capacità di scarica, un altro parametro importante da considerare è la capacità di carica, sempre espressa con la lettera C, ovvero la quantità di corrente con cui caricare la batteria senza rovinarla. Per esempio, una batteria dichiarata con massimo tasso di carica 2C, significa che può venire caricata al suo amperaggio nominale moltiplicato × 2. Ecco un esempio di dati che si possono trovare presso un produttore o un negozio di batterie LiPo. Configurazione (S): 3. Capacità (mAh): 2200. Scarica (C): 30. Peso (g): 190. Massimo tasso di carica (C): 2. Lunghezza (mm): 108. Altezza (mm): 36. Larghezza (mm): 26. Tipo di presa per il bilanciamento: JST-XH.
Tipo di presa per il collegamento: XT60. In base a questi dati, sappiamo che la batteria ha tre celle, quindi 11,1 V, una capacità di erogare 2200 milliampere per un’ora a 30 C, cioè alla massima potenza per 2 minuti, e può essere ricaricata a 2 C, cioè a 4,4 ampere. Inoltre, il produttore solitamente elenca le caratteristiche fisiche come peso e dimensioni e il tipo di connettore, per il collegamento al drone, di solito XT60 o Deans, e il tipo di connettore per il bilanciamento delle celle (si veda il prossimo paragrafo). La Figura 3.11a illustra tre tipi di batterie LiPo 3S e 4S normalmente usate per carichi medi, mentre in Figura 3.11b sono visibili due LiPo da 10000 mAh 6S per carichi pesanti.
Figura 3.11 Tre tipi di LiPo per carichi medi (a). due tipi di LiPo per carichi pesanti (b).
Alcune norme di sicurezza sull’uso delle LiPo Non lasciare la batteria in carica oltre il tempo necessario. Di solito il caricabatterie avverte quando la carica è terminata. Non usare la batteria se è deformata, “gonfia”. Non usare la batteria se la carica impiega troppo tempo. Probabilmente la batteria è danneggiata. Non usare la batteria se diventa eccessivamente calda. Non lasciare scaricare la batteria sotto i 3 V.
Non disassemblare la batteria. Non lasciare la batteria in luoghi troppo caldi o sotto il sole. Non gettare la batteria sul fuoco o in acqua. Non mettere in corto i terminali della batteria.
Caricabatterie Se per tutti gli accumulatori ricaricabili è necessario un caricabatterie dedicato, per le LiPo è obbligatorio disporre di un caricabatterie dotato di funzioni di bilanciamento e di scarica (Figura 3.12). Oltre al connettore tipo XT60 o Deans per il collegamento alla linea di alimentazione del drone, le LiPo sono dotate anche di un connettore JST-XH per il bilanciamento delle celle. Questo connettore va inserito nel caricabatterie durante la carica per poter bilanciare le celle. In base al numero di celle, il connettore è più o meno largo. Di solito si trovano caricabatterie con prese fino a 6 o 8 celle sul lato oppure con un cavo dotato di prese volanti.
Figura 3.12 Un caricabatterie dotato di funzioni di bilanciamento e di scarica.
Dal menu del caricabatterie si deve impostare la tensione nominale della batteria, ovvero il numero di celle, la corrente in mAh e il valore di C dichiarato dal produttore. Se non si conosce il valore di carica, bisogna ricaricare a 1C, cioè alla corrente nominale della batteria. Se il caricabatterie è dotato di monitoraggio del bilanciamento delle celle, si potranno vedere sul display i valori di tensione di ogni
singola cella. Si noterà che la carica di ogni cella tenderà ad arrivare a 4,21 V, cioè la tensione massima. Se si lascia scaricare eccessivamente una LiPo, si rischia che la tensione di una o più celle scenda sotto i 3 V. Il caricabatterie non sarà più in grado di caricare o bilanciare le celle e la batteria diventerà inutilizzabile. Per uno stoccaggio sicuro delle LiPo, si consiglia di scaricare le batterie con la funzione discharge del caricabatterie fino alla tensione di sicurezza di 3,7 V.
A ogni motore, il suo ESC, la sua elica e la sua batteria Eseguire tutti i calcoli necessari per trovare il giusto connubio fra telaio, motori, ESC, eliche e batteria potrebbe diventare molto difficile. Fortunatamente esiste un sito che risolve tutti i problemi di calcolo per i multicotteristi (Figura 3.13). Si chiama eCalc e la pagina di Multicopter Calculator è raggiungibile all’indirizzo: http://www.ecalc.ch/xcoptercalc.php. Il sito offre tutte le funzioni di calcolo in versione demo gratuita, ma alcuni dati non sono disponibili. Per ottenere l’accesso completo a tutti i dati basta pagare una quota di 0,99 dollari. Ne vale la pena.
Figura 3.13 La pagina Multicopter Calculator del sito eCalc.
Centralina di volo In inglese è Flight Control, abbreviato in FC. In italiano la centralina di volo può essere chiamata scheda di controllo, scheda di volo, sistema autopilota e via dicendo. A parte il nome che può assumere, la centralina di volo è la responsabile diretta di tutte le operazioni di volo. In pratica è una motherboard che ospita un microprocessore collegato a una serie di sensori, attraverso i quali può impartire comandi ai motori e agli accessori opzionali. Sostanzialmente le centraline di volo si differenziano per il numero di sensori incorporati. I sensori che normalmente sono presenti in una centralina di volo sono: giroscopio, accelerometro, barometro e magnetometro. È possibile comunque montare una scheda senza sensori e aggiungerli in seguito. Spesso la centralina di volo è completa di accessori e GPS in un pacchetto per un sistema di volo full optional. Fra le più diffuse centraline di volo o sistemi di volo completi disponibili in commercio, citiamo qui di seguito alcuni marchi e modelli.
DJI Naza Un sistema completo DJI Naza-M V2 comprende le seguenti caratteristiche fornite dal produttore (Figura 3.14). Nove tipi di multi-rotori supportati. Funzione Ground Station gratuita. Software Assistant per smartphone. PMU indipendente con estensione funzione. Modalità Failsafe avanzata. Due livelli di protezione per bassa tensione. Algoritmo di stabilizzazione Attitude avanzato e migliorato. Varie modalità di Flight Control/Intelligent Switching. Nuovo Assistant Software & Firmware Online Update. Modulo GPS disponibile/mantenimento accurato della posizione. iOSD mini supportato. Controllo intelligente di orientamento. Arma e disarma i motori. PPM, S-BUS e normale ricevitore supportati. Modulo LED independente. Funzione di stabilizzazione gimbal incorporata.
Regolazione del guadagno remoto. Il firmware è closed source e non può essere modificato se non da aggiornamenti del proprietario. Sito ufficiale: http://www.dji.com.
Figura 3.14 Il sistema di volo completo DJI Naza-M V2.
Pixhawk È un sistema di volo avanzato che fa parte del progetto open hardware PX4 e prodotto da 3D Robotics (Figura 3.15). È dotato di processore avanzato e tecnologia di sensori ST Microelectronics. Il sistema operativo real-time è NuttX, che offre alte prestazioni e affidabilità per il controllo di qualsiasi drone. È disponibile in kit di montaggio. Contenuto del kit Centralina di volo Pixhawk. Buzzer. Pulsante Interruttore di sicurezza. Modulo di alimentazione. 3DR con connettori XT60 e cavo con connettore a 6 pin. Cavo extra a 6 pin per collegare un modulo 3DR GPS + bussola. Cavo micro USB. SD card con adattatore. Biadesivo gommoso per il montaggio. Cavo per servo a 3 fili.
Modulo splitter I2C con cavo. Caratteristiche principali Processore ARM Cortex M4 a 32 bit con sistema operativo NuttX. 14 uscite PWM/servo. Opzioni di connettività per periferiche aggiuntive (UART, I2C, CAN). Sistema integrato di backup per il recupero in volo e comando manuale con processore dedicato e alimentazione autonoma. Ingressi di alimentazione ridondanti e Failover automatico. Pulsante esterno di sicurezza per l’attivazione facile del motore. Indicatore LED multicolore. Altoparlante piezo multi-tono ad alta potenza acustica. Scheda micro SD. Encoder PPM per ricevitori RC che non forniscono l’uscita PPM (opzionale). Telemetria con raggio di 1,5 km a due vie (opzionale). GPS u-blox con bussola (opzionale per il volo autonomo). Sensori: giroscopio, accelerometro, magnetometro, barometro. Interfacce: 5× UART (porte seriali), 2× CAN. Ingresso e uscita compatibile con Futaba S.BUS.
Figura 3.15 Il sistema di volo Pixhawk.
VR Brain Virtual robotix è una ditta italiana che produce accessori e centraline di volo di qualità riconosciuta a livello mondiale. VR Brain è un sistema autopilota versatile per droni, basato su una scheda multifunzione e software open-source di derivazione Arducopter (Figura 3.16). Fra i vari prodotti citiamo VR Brain micro 5.1 di cui elenchiamo le caratteristiche principali del produttore. Microcontrollore ARM CortexM4F 168 Mhz con DSP e accelerazione di calcolo in virgola mobile. 1024 KiB di memoria flash, 192 KiB di RAM. Accelerometro, giroscopio MEMS e barometro. Otto ingressi RC standard PPM , PPMSUM , SBUS. Otto uscite RC a 490 Hz. Micro SD card. Bus I2C per connessione a magnetometro esterno. Tre porte seriali: una per il GPS, una per SBUS e una per la telemetria. Tre switch digitali (ULN2003) per due LED e un Buzzer. Supporto JTAG per il debug in realtime. Ingresso per il controllo della tensione. IDE e strumenti di sviluppo: Arduino IDE, Arm GCC Toolchain. Per questa piattaforma sono disponibili molte librerie sviluppate dalle comunità Virtualrobotix e Diydrones. Il software base è una versione a 32 bit dei progetti Arducopter e TauLab. Sito ufficiale: http://virtualrobotix.it.
Figura 3.16 La centralina di volo VR Brain Micro 5.1.
IMU La sigla sta per Inertial Measurement Unit. Tradotto come unità di misura inerziale, è un sistema elettronico basato su sensori inerziali, come accelerometri e giroscopi. Su un drone, per esempio, permette di controllare e correggere le tre accelerazioni angolari di beccheggio, rollio e imbardata. I dati provenienti dai sensori devono essere combinati in un software per determinare il reale comportamento dell’aeromobile. Una tecnica per fare questo è il filtro di Kalman. Il filtro prende il nome da Rudolf E. Kalman, un ingegnere e matematico statunitense. L’algoritmo di filtraggio Kalman valuta lo stato di un sistema dinamico a partire da misure soggette a rumore, ovvero a variazioni casuali. Nel software di controllo di una scheda IMU, l’algoritmo può correggere i dati errati provenienti dai sensori.
Giroscopio, accelerometro, barometro e magnetometro In un sistema IMU sono presenti almeno alcuni di questi sensori: giroscopio, accelerometro, barometro e magnetometro. Il giroscopio, incorporato o aggiunto come sensore esterno alla centralina di volo, consente il controllo sui tre assi del drone. In pratica, mentre il drone vola, il giroscopio comunica la posizione su ognuno dei tre assi, per cui la centralina corregge automaticamente la velocità dei motori per effettuare le manovre di volo. La tecnologia usata nei giroscopi elettronici si chiama MEMS (Micro ElectroMechanical Systems). La dimensione dei tre sensori del giroscopio all’interno del circuito MEMS è tra 1 a 100 micrometri (Figura 3.17a). Quando il giroscopio viene ruotato, una microscopica massa risonante viene spostata in base alle variazioni di velocità angolare. Questo movimento viene convertito in segnali elettrici letti da un microcontrollore (centralina di volo). Come in tutti i giroscopi meccanici, anche il giroscopio elettronico accumula il tipico errore di precessione dovuto alla forza di gravità, che agisce sulla rotazione di un corpo in rotazione. L’esempio tipico di giroscopio e dell’errore di precessione è dato dalla trottola. Quando si fa girare velocemente una trottola, all’inizio la trottola tende a rimanere con il perno in posizione verticale, per effetto della legge di conservazione del momento angolare. Poi, man mano che gli attriti ne rallentano la corsa, si vedrà oscillare il perno della trottola che descriverà una circonferenza sempre più ampia, fino a che la forza di gravità vincerà sulla forza del momento angolare e la farà cadere (Figura 3.17b).
Figura 3.17 Il giroscopio MEMS (a). L’errore di precessione di una trottola (b).
Per evitare un accumulo eccessivo di errori di precessione del giroscopio è necessario abbinare un altro strumento che possa aiutare a correggere questi dati: l’accelerometro. L’accelerometro è un dispositivo che, in combinazione con il giroscopio, fornisce i dati di accelerazione alla centralina sui tre assi. In pratica, reagisce alla velocità di accelerazione nelle tre direzioni e permette di mantenere la manovra effettuata in volo o di correggere dati errati provenienti da agenti esterni come il vento o cambiamenti di pressione atmosferica. Questi dati accelerometrici e giroscopici non bastano alla centralina per mantenere una quota costante, per cui è necessario un altro strumento che fornisca i dati di pressione atmosferica, ovvero il barometro. Il barometro rileva le variazioni di pressione dell’aria, per cui la centralina può correggere autonomamente la velocità di rotazione dei motori. Oltre a tutti questi dati, la centralina di volo deve sapere esattamente il punto in cui si trova. Per questo motivo viene in aiuto la bussola o il magnetometro. In questo modo, il drone avrà sempre il naso puntato a Nord grazie al magnetismo terrestre. Grazie alla bussola, la centralina di volo potrà orientarsi, ma non potrà ancora sapere esattamente le coordinate terrestri del punto in cui si trova il drone. Ecco quindi che nasce l’esigenza di un accessorio opzionale, ma necessario: il modulo GPS.
GPS I sensori a bordo della centralina visti fin qui sono di aiuto alla navigazione manuale, ma per la navigazione automatica o guidata serve obbligatoriamente un modulo GPS (Global Positioning System), traducibile in italiano come sistema di posizionamento globale. Il modulo GPS è un dispositivo elettronico basato sulla rilevazione di satelliti in orbita geostazionaria e l’elaborazione dei dati inviati a terra, tramite un software chiamato GCS (Ground Control Station). Un modulo GPS, di solito è collegato esternamente alla centralina di volo, perché ha bisogno di un’antenna che rilevi la presenza dei satelliti e, di solito, è abbastanza ingombrante (Figura 3.18). Il sistema GPS si basa sulla triangolazione trigonometrica, per cui basterebbero, in teoria, tre satelliti per fare il punto a terra. Per una migliore precisione serve un quarto satellite per rilevare il tempo. I satelliti sono dotati di orologi atomici di precisione assoluta, per cui il modulo GPS a terra sincronizza il proprio orologio interno alla perfezione. Ma siccome serve conoscere anche il dato di altitudine, cioè l’altezza alla quale si trova il drone, è necessario anche un quinto satellite. Normalmente si imposta il software GCS come Mission Planner sulla ricezione minima di 6 satelliti (si veda il Capitolo 5 – Missione di volo). Insomma, più satelliti si ricevono e più precisa può essere la navigazione automatica o guidata. Per navigazione guidata si intende, per esempio, la modalità di volo Loiter, che sfrutta tutti i sensori di bordo e il GPS per aiutare al massimo il principiante.
Figura 3.18 Un modulo GPS con antenna.
Sistema di controllo radio Il sistema di controllo radio di un drone dipende essenzialmente dal tipo di drone. Per un drone giocattolo o per piccoli quadricotteri radiocomandi, di solito, il sistema di controllo radio è proprietario e non può essere né programmato né aggiornato. In Figura 3.19a si può vedere un tipico radiocomando proprietario per il controllo di un piccolo quadricottero.
Figura 3.19 Il radiocomando proprietario per il drone Ethos (a). Il radiocomando Hitec (b). Il radiocomando Spektrum (c). Il radiocomando Futaba (d). Il radiocomando Taranis (e).
Altri radiocomandi a livello hobbistico sono più o meno sofisticati e possono disporre anche di un display LCD, per il menu di configurazione, e di una porta USB, per l’aggiornamento del firmware. Essendo ormai tutti i radiocomandi funzionanti sulla frequenza standard dei 2,4 GHz, le differenze sostanziali riguardano soprattutto il numero di canali disponibili. Si va da un minimo di 4 canali per le normali manovre di volo con i due joystick, fino
a 8 o 16 canali e oltre, per poter cambiare la modalità di volo (Loiter, Stabilize, Alt Hold e così via) e gestire i motori del gimbal e altri servo. Ogni radiocomando va collegato con il suo ricevitore a bordo del drone che di solito viene dato in bundle. Il segnale del ricevitore va collegato bus RX della centralina, che impartirà i comandi ai motori, imposterà le modalità di volo e così via. Solo a titolo informativo citiamo alcuni radiocomandi: Hitec (Figura 3.19b); Spektrum (Figura 3.19c); Futaba (Figura 3.19d); FrSky Taranis (Figura 3.19e). Sul telecomando FrSky Taranis torneremo con maggiori dettagli nel Capitolo 4 – Drone fai-da-te.
Telemetria La telemetria è un sistema di trasmissione/ricezione dati dal drone al software GCS. In base alla lettura dei sensori e del GPS, i dati di telemetria sono elaborati dalla centralina, che li manda al modem TX collegato a bordo del drone. Il modem RX a terra viene collegato a un computer o a uno smartphone con installato un software GCS, per esempio, Mission Planner. Nel caso di missione controllata dal software GCS, la situazione si inverte, per cui si avrà il modem di terra che manda le coordinate al modem a bordo per effettuare la missione di volo automatico. Si possono usare due moduli RX/TX di qualsiasi marca e modello, purché siano compatibili con lo standard di comunicazione MAVLink usato da Mission Planner (si veda il Capitolo 5 – Missione di volo). Per trasmettere i dati di telemetria basta collegare un modem TX alla centralina di volo, mentre per ricevere i dati basta collegare un modem RX USB al computer o allo smartphone. Si possono usare anche dei normalissimi modem Xbee della Digi (http://www.digi.com). In mancanza di un computer o di uno smartphone con un software GCS, si può optare per un ricevitore di telemetria con visualizzazione dei dati telemetrici su display, come il modulo FLD-02 di FrSky compatibile con il modem FrSky DFT, DJT o DHT (Figura 3.20).
Figura 3.20 Il display di telemetria FLD-02 di FrSky (a). Il modem FrSky DFT (b).
Gimbal È stato tradotto come giunto cardanico, ma il termine in inglese è diventato ormai familiare. Il gimbal è un accessorio opzionale, ma indispensabile per chi voglia dedicarsi alla videoripresa. Il suo supporto è collegato al telaio tramite sospensioni ammortizzate, per cui non trasmette vibrazioni alla videocamera o alla reflex. A seconda del modello, si comporta come un giroscopio meccanico a due o tre assi. La scheda di controllo controlla i due/tre motori degli assi in modo autonomo o radiocomandato da terra, permettendo di effettuare riprese stabili e in totale indipendenza dal volo del drone. Fra i controller più diffusi ricordiamo AlexMOS, con firmware proprietario e Martinez con firmware open-source compatibile con Arduino. In modalità automatica, il gimbal rimane fisso sull’obiettivo da riprendere, annullando le manovre del drone. I motori che pilotano il gimbal sono anch’essi di tipo brushless e ovviamente sono costruiti con materiali più leggeri. In Figura 3.21 sono illustrati alcuni gimbal a due e tre assi.
Figura 3.21 Gimbal Walkera G-2D (a). Gimbal DIY CNC per DJI Phantom X525 Gopro Hero3 (b). Gimbal DJI Zenmuse Z15.
Videocamera Se l’intenzione è quella di dedicarsi alla videoripresa o alla fotografia aerea, è necessario dotare il proprio drone di un gimbal. Per i dettagli si veda il Capitolo 8 – La videoripresa aerea. A parte le costosissime fotocamere DSLR che possono essere montate su altrettanto costosissimi gimbal e multicotteri dal costo inaccessibile, crediamo che la scelta per l’hobbista esigente o per il videoamatore che voglia ingegnarsi a pilotare un quadricottero o al massimo un piccolo esacottero, sia abbastanza univoca: GoPro.
GoPro GoPro è un marchio di videocamere indossabili, progettate per chi fa sport. Di dimensioni e peso ridotti, resistenti all’acqua e agli urti, con l’esplosione del mercato dei droni, si sono imposte come scelta quasi obbligata come action-cam per il volo. Ci sono vari modelli di videocamere GoPro, anche costosi, ma per l’uso hobbistico sono disponibili alcuni modelli alla portata di tutti. Un modello che va per la maggiore è la GoPro HERO3, di cui si trovano molti gimbal compatibili. GoPro HERO3 Le caratteristiche principali di questa videocamera fornite dal produttore sono le seguenti. Qualità video professionale a 1080p 30 fps / 960p 48 fps / 720p 60 fps e altre. Acquisizione foto a 5MP con 3 scatti al secondo. Wi-Fi integrato per il controllo a distanza tramite Wi-Fi Remote o GoPro App tramite smartphone (inclusa funzione video live streaming). Custodia impermeabile fino a 40 m. Lenti in vetro asferiche a ƒ/2.8 6. Ultra grandangolare con distorsione ridotta. Foto: 5 MP, 3 foto al secondo. Time-lapse: scatto ogni 0.5, 1, 2, 5, 10, 30, 60 secondi. Batteria ricaricabile agli ioni di litio 1050 mAh tramite USB. Audio: Mono, 48 kHz, compressione AAC. MicroSD fino a 64 GB di capacità supportata.
Cavo Micro HDMI. Cavo video composito A/V. Sito ufficiale: http://www.gopro.com.
Figura 3.22 La videocamera GoPro HERO3.
Mobius ActionCam Pro 16G La ActionCam Pro 16G permette una registrazione video HD a 1080p su card SD da 16 GB inclusa. Viene venduta con kit di accessori adatti a tutti gli usi e per un facile montaggio ovunque. Le caratteristiche principali di questa mini videocamera fornite dal produttore sono le seguenti. Qualità video HD 1080p (lente standard). Micro SD 16 GB. Supporto di montaggio. Adattatore di montaggio (filetto 1/4-20). Coperchio di sicurezza. Cavo USB. Caricabatteria per auto. Striscia di velcro. Copriobiettivo. Disco di montaggio magnetico (dietro è adesivo). Barra di montaggio a V.
Montaggio magnete. 2× viti di montaggio. 4 fascette in plastica. Sito ufficiale: https://www.mobius-actioncam.com.
Figura 3.23 La mini videocamera Mobius ActionCam Pro 16G.
Accessori Una delle attività desiderabili per chi vola con un drone è l’immersione in volo o FPV (First Person View). Grazie alla diffusione di occhiali video, comunemente chiamati goggles, è possibile pilotare il proprio drone come se si stesse a bordo. Un altro accessorio utile è il monitor video per monitorare a terra quello che la videocamera vede dall’alto. Non è proprio come un volo FPV, ma è comunque affascinante. Per aggiungere un sistema video al drone si consiglia di usare unità RX/TX video a 5,8 GHz, per non interferire con le frequenze radio a 2,4 GHz. Per restare nei limite di legge la potenza di trasmissione non deve superare i 25 mW.
Goggles FPV Fra i moltissimi marchi che producono goggles, citiamo Flysight e Quanum FPV, dedicati esclusivamente al volo FPV. Flysight Spexman HD Questi goggles sono particolarmente adatti al volo FPV, perché sono dotati di una funzione “terza persona” che permette di atterrare senza dover togliere gli occhiali (Figura 3.24a). Ecco un elenco delle caratteristiche principali fornite dal produttore. Telecamera frontale per doppia prospettiva FPV e terza persona con funzione PIP (Picture In Picture). Ricevitore 5,8 GHz a 32 canali con funzione diversity. Entrata HDMI 1.3. Regolazione della distanza pupillare da 59,5 a 69,5 mm. Possibilità di inserire lenti per la correzione delle diottrie. Supporto per batterie da 2S a 6S con controllo della carica della batteria sul display. Filtro per la riduzione dei disturbi nei trasmettitori analogici. Display: FOV (Field Of View, campo visivo) 30 gradi. Risoluzione: 854 × 480 (WVGA). Ricevitore wireless frequenza 5,8 GHz. Sistema TV: NTSC/PAL.
Interfaccia: AV In video, HDMI In. Fotocamera frontale: FOV 100 gradi. Risoluzione: 640 × 480 (VGA). Sito ufficiale: www.flysight.com. Quanum FPV Se si va in cerca di una soluzione super economica per entrare nel mondo FPV, il bundle Quanum FPV è quello che fa al caso nostro (Figura 3.24b). Non elegantissimo, ma funzionale, il monitor da 4,3 pollici può essere indossato come una maschera da sub più che come occhiali. Sicuramente i raggi solari non entrano. Il sistema è dotato di un trasmettitore 200 mW video analogico e di una fotocamera CCD a 480 linee. È tutto plug & play e basta aggiungere una batteria per la stazione di terra e installare la telecamera sul drone per iniziare l’avventura con meno di 100 dollari di spesa. Caratteristiche principali fornite dal distributore: Ampio monitor 4,3” con grande FOV. Maschera personalizzabile per adattarsi a tutti i tipi di facce. Non si annebbia come gli occhiali tradizionali. Connessione Plug-n-Fly. Nessuna saldatura necessaria. Antenna circolare polarizzata in dotazione (LHCP). 32 canali: copertura bande A, B, E e F. Due pulsanti per la banda e la commutazione del canale con display a LED su VRX. Uscite video e audio indipendenti. Video TX leggero, ideale per l’utilizzo con piccoli droni. Frequenza del trasmettitore: 5645-5945 MHz con 200 mW di potenza. Distanza di trasmissione: maggiore di 1500 metri (all’aperto). Fotocamera Sony 480TVL CCD FPV. Il sito di vendita è: http://www.hobbyking.com.
Figura 3.24 I goggle Flysight Spexman HD (a). Il sistema economico Quanum FPV (b).
Monitor video Per i monitor ci sono varie soluzioni, comprese quelle che si adattano direttamente sul radiocomando. Una fra tutte è il monitor SeeTec, di cui possiamo vedere le caratteristiche principali qui del modello FPV-700DW (Figura 3.25). Risoluzione: 1024 × 600. Rapporto: 16:9. Luminosità: 500 cd/m2. Contrasto: 700:1. Segnale di ingresso: video, audio, RF, HDMI (opzionale). Segnale di uscita: video. Registrazione su card SD continua senza interruzioni. Risoluzione di registrazione: 720 × 576, 640 × 480, 320 × 240 (maggiore risoluzione = file più grande). Registrazione ciclica. Funzione foto. Funzione Motion Detection: registra solo quando rileva il movimento. Annotazioni vocali durante la registrazione video. Il monitor va collegato a un sistema TX video montato sul drone. Sito ufficiale: www.seetec.com.
Figura 3.25 Il monitor Seetec FPV-700DW.
Ringraziamenti Si ringrazia la ditta Movo - Modellisti dal 1932 (http://www.movo.it) nella persona di Carlo Cobianchi, grande esperto di droni, per la sua consulenza tecnica e per averci consentito di fotografare presso il suo laboratorio e punto vendita molti prodotti pubblicati in questo capitolo.
Capitolo 4
Drone fai-da-te
È certamente difficile dare indicazioni univoche per la costruzione di un drone, per cui questo capitolo è dedicato alla costruzione di un modello specifico di drone a quattro motori, detto anche quadricottero. Ci è sembrato utile spiegare a fondo la costruzione di un quadricottero, perché è la configurazione più popolare fra le centinaia di possibili varianti. Seguendo l’assemblaggio pezzo per pezzo di questo semplice quadricottero, si potrà capire quanto sia importante eseguire tutte le operazioni in un certo ordine e quanto facile o difficile sia il suo assemblaggio a seconda del proprio livello di preparazione. È sicuramente un’ottima base di partenza per poter passare a modelli decisamente più complessi, che sono stati volutamente scartati in partenza per non scoraggiare il principiante. Tutti i termini usati qui dovrebbero ormai essere familiari. In caso contrario, si invita alla (ri)lettura del Capitolo 3 – Componenti di un drone.
Drone pronto al volo o in kit? Fra le innumerevoli proposte nel mercato dei droni c’è solo l’imbarazzo della scelta. Ci sono droni RTF (Ready To Fly) ovvero “pronti al volo”, in fasce di prezzo che vanno da poche decine di euro fino a svariate migliaia di euro, ovvero da droni giocattolo fino a quelli a livello hobbistico, con prezzi che si aggirano intorno ai mille euro. Si possono spendere cifre anche oltre i duemila, tremila euro (e più) per i droni professionali. Escludendo a priori quest’ultima fascia e rimanendo nel settore hobbistico, esistono varie possibilità di risparmio se si decide di acquistare il drone in kit di montaggio. Già, ma quale kit? In linea con la filosofia di questo libro, che vuole essere una guida sui droni ma anche una guida per il fai-da-te, escludiamo a priori la soluzione di un drone pronto a volare. Chi desidera una soluzione RTF può fare riferimento alla sezione “Cosa offre il mercato” del Capitolo 1 per avere qualche indicazione su cosa scegliere. Internet e i motori di ricerca faranno il resto.
Scelta libera dei componenti L’alternativa alle soluzioni RTF o in kit di montaggio è la scelta libera dei componenti. Grazie a decine di siti che vendono componenti singoli di qualsiasi tipo e per ogni esigenza, è possibile assemblare il proprio drone risparmiando moltissimo, laddove si conoscano le caratteristiche fondamentali del drone che si intende assemblare. Volendo, si potrebbe fare tutto da zero, mettendo insieme quattro tubi di plastica o di alluminio e quattro motori recuperati da qualche surplus. È chiaro che, in questo caso, bisogna essere veri “smanettoni” e più che esperti di elettronica. Nonostante si possa avere molta esperienza nel campo del fai-da-te, è comunque difficilissimo e potrebbe diventare anche pericoloso assemblare pezzi di recupero. C’è chi si diverte a filmare e pubblicare su YouTube lo schianto del proprio drone raffazzonato alla bell’e meglio contro il primo albero o un edificio nelle vicinanze (nell’ipotesi più felice). Ma oggi la sicurezza di un oggetto volante è regolamentata da leggi severe e costruire un drone senza rispettare certi parametri di sicurezza potrebbe diventare un grosso problema, per se stessi e per gli altri. Chi vuole assemblare un velivolo sicuro deve necessariamente conoscere a fondo tutte le caratteristiche di ogni singolo componente e cercare di ottenere la massima sicurezza in volo. Il consiglio di chi scrive è quello di affidarsi a qualche produttore o assemblatore di droni molto esperto, ed evitare di improvvisare.
Scelta del kit di montaggio Nella scelta del kit di montaggio ci si può sbizzarrire fra le moltissime proposte del mercato. Spesso, però, si può cadere in una scelta errata o troppo costosa o non perfettamente in linea con l’obiettivo finale. Con un acquisto incauto su Internet può capitare di ricevere un kit difficile da montare, con scarse istruzioni e/o manualistica, oppure con un manuale scritto in un inglese approssimativo. Risultato: non si riesce a montare il proprio drone o, nella migliore delle ipotesi, non si riesce a farlo volare. L’assistenza tecnica magari è a Hong Kong e chi ci potrebbe aiutare non è disponibile o non capisce il problema. Fine della storia: soldi e tempo buttati. In Rete esistono molti siti che aiutano a far da soli, ma, come al solito, bisogna improvvisare soluzioni che spesso sono inutili. Specialmente per chi inizia, è meglio affidarsi a siti italiani che propongono kit di montaggio con configurazioni standard personalizzabili e che assicurano l’assistenza.
Realizzare il proprio drone online Soprattutto quando il budget è limitato, la configurazione personalizzabile del proprio drone consente di risparmiare molto nella scelta dei singoli componenti. Fra i pochi siti che propongono un configuratore online abbiamo scelto quello di Quantic Innovations by C&D Elettronica, raggiungibile al seguente indirizzo: https://www.cedelettronica.com/Data/DroneSelector/drone.html. Il sito è molto ricco di offerte, sia per droni pronti all’uso sia per la scelta di un kit fai-da-te. Non solo: il sito offre un’assistenza prevendita e postvendita. Se non si è in grado di montare o di configurare il proprio drone acquistato in kit, è sempre possibile richiederne l’assemblaggio e la messa a punto. Un altro fattore importantissimo riguarda la preconfigurazione di alcuni componenti quali il radiocomando, la centralina di volo, la telemetria e altri accessori a corredo, che vengono forniti appositamente per facilitare il montaggio elettronico. Ultimo, ma non meno importante, il manuale di istruzioni in italiano con tutte le indicazioni utili per un montaggio indolore. Ancora problemi? L’assistenza diretta è garantita. Ecco in breve, cosa si legge nella home page del sito. Droni pronti al volo completi e adatti all’uso ludico e hobbistico. Quasi tutti i droni sono dotati di una telecamera a bordo e sono disponibili in un’ampia fascia di prezzi per ogni esigenza. Tramite un portale interattivo è possibile creare la propria configurazione, allo scopo di realizzare il proprio drone professionale, corredandolo di ogni optional in base alle necessità. Il sistema calcola in tempo reale il costo, il peso e l’autonomia di volo del velivolo che si intende costruire. Catalogo completo con una vasta gamma di componenti per droni multirotori e svariati optional a corredo per effettuare un upgrade del proprio drone. Attraverso collaborazioni con aziende qualificate, sono disponibili anche i seguenti servizi: 1) ottenimento della patente; 2) autocertificazione del mezzo; 3) assicurazione; 4) leasing; 5) realizzazione di video panoramici a 360 gradi ottimizzati per smartphone e tablet.
Una volta entrati nella pagina di configurazione del portale, si possono scegliere i modelli di partenza e i componenti aggiuntivi per la realizzazione del proprio drone. In una finestra laterale è possibile vedere il totale della spesa, il peso totale del drone e l’autonomia di volo. Per le scelte errate di peso appare l’indicazione in rosso. Mentre si scorre il mouse sopra le varie voci, vengono comodamente evidenziate in una finestra a comparsa le caratteristiche principali dei vari componenti. Al termine della configurazione, si può mandare un’email in modo automatico con la “lista della spesa”. In breve tempo si riceve una risposta dal sito, dopo il controllo della configurazione scelta. Può capitare, per esempio, che il drone non sia in grado di sollevare il peso del gimbal scelto. Se non vengono evidenziati errori, si viene contattati nuovamente per procedere all’ordine e all’acquisto. Per sperimentare questo sistema di configurazione guidata, abbiamo scelto il modello entry level Hariel, basato sul kit F450 ARF prodotto da DJI, illustrato in Figura 4.1.
Figura 4.1 Il modello Hariel scelto tramite il configuratore online.
A detta del produttore, il modello prescelto è un quadricottero da 450 mm interasse, molto robusto e dedicato a chi vuole iniziare un’esperienza di volo senza problemi e senza costi eccessivi. Il quadricottero da 450 mm offre un buon rapporto di stabilità e reattività, per cui è ideale per chi ama le riprese sportive o effettuare voli acrobatici. Inoltre, è molto facile da manovrare e sopporta bene anche il vento sostenuto. Il carico utile, ovvero il peso trasportabile oltre a se stesso, è di circa 500 g. L’autonomia prevista è di 18 minuti circa, ma questa dipenderà molto dalla dimensione della batteria scelta. Se si decide di aggiungere anche un gimbal e una telecamera si dovrà scegliere la batteria più adatta, cercando di rimanere entro i limiti del carico utile. Il kit di questo modello di quadricottero comprende i seguenti componenti. 4× componenti del telaio in plastica. 2× piastre in rame per il sostegno del telaio e il cablaggio elettrico. 4× ESC DJI E300. 4× motori DJI 2212/920KV. 4× eliche DJI da 9” autoserranti. 4× supporti in plastica (per rialzare il drone da terra). Viti e cavetteria. Gli altri componenti scelti con il configuratore online sono i seguenti. Centralina di volo VR Micro Brain. Radiocomando Taranis (con messaggi parlati in italiano). Ground Control Station antenne 2,4 GHz per telemetria. Modulo GPS con antenna. Caricabatterie Jamara X-PEAK 80. Per limitare il costo totale e soprattutto rimanere sotto il migliaio di euro di budget, non abbiamo aggiunto il gimbal e la telecamera con relativo sistema di streaming e monitoraggio video. Gli accessori per il video, oltre a incidere molto sul costo, si possono sempre aggiungere in seguito, una volta acquisita una buona pratica di volo. Ricordiamo che per le riprese video è necessario disporre di un operatore, per cui sarebbe superfluo, nella fase di apprendistato, dotare il proprio drone degli accessori per le riprese video.
Una volta accettato e pagato l’ordine online, non resta che attendere la consegna del kit. Quando arriva il materiale, ha inizio l’avventura!
Assemblaggio del drone Le fasi dell’assemblaggio sono semplici, non richiedono particolari doti tecniche e non sono necessarie particolari conoscenze di elettronica o di meccanica. Bisogna solamente disporre di un po’ tempo e di fare tutto con calma. Le fasi del montaggio possono essere suddivise in questo modo: saldatura delle alimentazioni ESC e del connettore della batteria; fissaggio dei bracci alla piastra di sostegno; montaggio dei motori brushless; collegamenti alla centralina di volo; montaggio della radio ricevente; montaggio del modulo GPS; montaggio del modulo per la telemetria; calibrazione hardware/software; montaggio dei piedi; montaggio delle eliche. Procediamo con ordine.
Attrezzatura Si consiglia vivamente di disporre tutti i componenti del kit su un tavolo da lavoro, come illustrato in Figura 4.2. Prima di iniziare è utile munirsi di saldatore o, meglio, di una buona stazione saldante. Non si preoccupi eccessivamente chi non ha pratica di saldatura, perché le saldature da eseguire sono poche e riguardano solo i cavi, non le basette elettroniche. Altri attrezzi e materiali utili al montaggio: tronchesino; pinza; cacciavite a cricchetto; inserto con testa a brugola da 3 mm; cacciaviti a taglio e a croce; cassettino per le viti; guaina termo restringente; due mammut per serraggio dei cavi; fascette in plastica;
nastro biadesivo; velcro; multimetro (consigliato).
Figura 4.2 Tutti i componenti del kit di montaggio disposti su un tavolo da lavoro.
Elenco dei componenti Oltre ai suddetti attrezzi e materiali, è importante fare il censimento di tutti i componenti del quadricottero: 4× bracci in plastica del telaio; 4× ESC; 4× motori brushless; 4× eliche; 4× supporti in plastica del telaio; 1× centralina di volo; 1× piastra inferiore; 1× piastra superiore; 8× viti M2.5×8 per il fissaggio della piastra inferiore; 16× viti M3×6 per il fissaggio della piastra superiore; 16× viti M3×8 per il fissaggio dei motori brushless; 2× modem TX/RX per telemetria; 1× buzzer;
1× connettore batteria; 2× connettori Molex a tre pin; 1× modulo antenna GPS; 1× radiocomando (a terra); 1× modulo RX (a bordo); 1× caricabatteria; 1× batteria LiPo; 3× LED di segnalazione (fornitura del kit); 1× espansione connettore ESC (fornitura extra del kit); 3× cavetti pre-cablati di connessione telemetria (fornitura extra del kit); 1× spugnetta in gommapiuma.
Telaio I componenti in plastica relativi al telaio sono illustrati in Figura 4.3. I quattro bracci (Figura 4.3a) dovranno sostenere i quattro motori brushless.
Figura 4.3 I quattro bracci del telaio (a) e le due piastre di collegamento (b).
Due bracci sono di colore rosso; gli altri due sono di colore bianco. Questo per facilitare il corretto posizionamento del “naso” del drone. Di solito si usa tenere il colore rosso sul lato Sud (coda del drone) e il colore bianco sul lato Nord (naso del drone). Ricordiamo che nel caso di droni professionali senza colorazione del telaio, ci si dovrà affidare a qualche altro elemento di distinzione. Per fissare i quattro bracci bisogna usare le due piastre, una inferiore e una superiore, illustrate in Figura 4.3b. Si può già incollare una fettuccia di velcro alla piastra superiore, che servirà a tenere fissa la batteria LiPo. Per prima cosa è meglio decidere la posizione della centralina di volo (Figura 4.4a) ponendola al centro della piastra inferiore e fissando i quattro distanziali in plastica togliendo loro la pellicola adesiva (Figura 4.4b). Dopo il fissaggio dei distanziali in plastica, in questa fase non è necessario inserire la centralina. Lo si potrà fare in seguito.
Figura 4.4 La centralina al centro della piastra inferiore (a). Il posizionamento dei quattro distanziali in plastica (b).
Connettore batteria e alimentazione ESC
Alla piastra inferiore bisognerà saldare le alimentazioni dei quattro ESC e del connettore della batteria. La piastra inferiore è di rame spesso 3 mm e offre un ottimo fissaggio sia meccanico sia elettrico. Le piste in rame ricavate direttamente sulla piastra sopportano elevati assorbimenti di corrente, mentre la parte ricoperta in solder nero offre un buon isolamento. Per le operazioni di saldatura degli ESC e del connettore della batteria è necessario prestagnare abbondantemente le piazzole della piastra inferiore e la parte spelata dei fili. Per il connettore della batteria, meglio usare uno di tipo XT60 o Deans (i modelli più diffusi). Nel riquadro di Figura 4.5 è illustrato un connettore di tipo XT60. Nella stessa figura è visibile il connettore saldato alla piastra inferiore. Ovviamente il filo di colore rosso andrà saldato alla piazzola contrassegnata con il simbolo + (positivo) e il filo di colore nero andrà saldato alla piazzola contrassegnata con il simbolo – (negativo). Per un buon risultato si consiglia di effettuare la saldatura a 400-420 gradi circa. Se non si possiede una stazione saldante digitale con la visualizzazione della temperatura, si consiglia di usare un saldatore di almeno 70-80 watt di potenza.
Figura 4.5 Il connettore della batteria saldato alla piastra inferiore. Il connettore è del tipo XT60 (nel riquadro).
Allo stesso modo andranno saldati alla piastra inferiore le alimentazioni dei quattro ESC. Ogni ESC è dotato di un cavo coassiale, ma in altri tipi di ESC è possibile
trovare un filo rosso e uno nero, a seconda del modello di drone che si vuol costruire. I cavi di alimentazione coassiali possono essere usati per bracci lunghi, in modo da schermare eventuali interferenze radio. I cavi ESC non schermati possono essere impiegati per bracci più corti. Si possono lasciare i cavi coassiali dei quattro ESC della loro lunghezza, ma se vengono accorciati è necessario prestagnare le estremità spelate in modo da poterle saldare alle rispettive piazzole della piastra inferiore. La Figura 4.6a illustra i quattro cavi coassiali saldati alla piastra, con la calza saldata alle piazzole a massa (simbolo ) e l’anima saldata al positivo (simbolo +). La Figura 4.6b illustra lo schema elettrico del collegamento. Anche in questo caso si consiglia di effettuare una saldatura con la stazione saldante a 400-420 gradi. Al termine della saldatura, assicurarsi che le saldature non siano “fredde” ovvero non si distacchino tirando il cavo. Controllare anche che le connessioni alla piastra siano ben eseguite, ovvero che non vi sia alcun corto circuito fra una massa e un positivo e che tutti i fili collegati a massa e tutti i fili collegati al positivo siano stati saldati perfettamente. Per fare questo, usare un multimetro come ohmetro.
Figura 4.6 I quattro cavi coassiali degli ESC saldati alla piastra (a). Gli ESC sono del tipo E300 (nel riquadro). Schema elettrico di collegamento degli ESC (b).
I connettori di tipo Molex con i fili marrone, rosso, arancio, adibiti al controllo elettronico degli ESC andranno collegati alla centralina di volo in un secondo momento e vanno lasciati lunghi. Al termine della saldatura dei cavi di alimentazione degli ESC e del connettore della batteria, si possono avvitare i quattro bracci. La piastra superiore andrà fissata ai bracci solo alla fine del cablaggio elettronico.
Fissaggio dei bracci Iniziare a fissare i bracci Sud, di colore rosso, come illustrato in Figura 4.7a. Usare le otto viti lunghe del kit (M2.5×8) con testa a brugola, facendo passare il cavo di alimentazione e il cavetto di controllo ESC nell’apertura di ogni braccio. Fermare i
cavi con una fascetta in plastica. Gli ESC andranno posizionati meglio in seguito, per cui non è necessario stringere le fascette in questa fase. Seguendo la stessa procedura si devono avvitare i restanti bracci. Il risultato finale dovrebbe essere simile a quello illustrato in Figura 4.7b.
Figura 4.7 Fissaggio di un braccio alla piastra inferiore. I cavi vanno fatti passare al centro e fissati con una fascetta in plastica (a). I quattro bracci fissati alla piastra inferiore (b). NOTA Si consiglia di non serrare molto le viti dei bracci in questa fase, perché dovranno essere svitate nuovamente per il montaggio dei piedi, al termine della calibrazione. Montare i piedi in questa fase sarebbe solo di impiccio.
Motori brushless Come illustrato in Figura 4.8, i quattro motori brushless usati per questo quadricottero sono di marca DJI modello 2212/920KV, le cui caratteristiche principali sono le seguenti:
KV (giri per volt) - 920; assorbimento corrente - 15-25 A; LiPo consigliata - 3-4 celle; eliche consigliate - 9” (DJI autoserranti). ESC consigliato - 35 A max; peso - 56 g; dimensioni - diametro 28, altezza 24 mm.
Figura 4.8 I quattro motori brushless DJI 2212/920KV. Si notino le frecce sul corpo che indicano il senso di rotazione.
Facendo riferimento alla Figura 4.9a, è necessario prestare particolare attenzione al montaggio dei motori brushless. Innanzitutto, bisogna distinguere i due motori con il verso di rotazione in senso orario (in inglese clockwise, abbreviato in CW) da quelli con la rotazione in senso antiorario (in inglese counterclockwise, abbreviato in CCW). Sull’etichetta di ogni motore il senso di rotazione antiorario è evidenziato con il simbolo <<< e quello orario con il simbolo >>>. I motori CCW devono essere posizionati sui bracci 1 e 2, mentre i motori CW devono essere posizionati sui bracci 3 e 4. Per fare questo, usare le 16 viti M3×8, serrandole a mano con un cacciavite a cricchetto. È vivamente sconsigliato l’uso di un avvitatore elettrico, perché potrebbe facilmente spanare la sede della testa a brugola o il filetto del motore. Fare attenzione al collegamento corretto dei tre fili dei motori ai rispettivi ESC. Attraverso le aperture del telaio far passare i cavi attraverso le aperture di ogni braccio e infilare i connettori a banana (maschio) dei motori ai connettori a banana
(femmina) degli ESC, come illustrato in Figura 4.9b. Al termine, fascettare i cavi al braccio come illustrato in Figura 4.9c. Siccome i tre fili neri di ogni motore non hanno nessun riferimento, si può sbagliare facilmente il verso di rotazione dagli ESC. In fase di calibrazione sarà comunque possibile invertire il senso di rotazione scambiando la posizione di due cavi qualsiasi che vanno dai motori agli ESC. Per questo motivo, in questa fase si consiglia di non stringere le fascette attorno ai cavi, ma di lasciarle lasche.
Figura 4.9 Schema di collegamento dei quattro motori brushless (a). Fissaggio dei connettori a banana agli ESC (b). Fissaggio dei cavi del motore al braccio con le fascette (c).
Eliche Attenzione! Le eliche non vanno mai montate durante la fase di assemblaggio meccanico o elettronico. Si potranno montare SOLO dopo aver effettuato la calibrazione del drone, come spiegato nel Capitolo 5 – Missione di volo.
Centralina di volo La centralina di volo usata per il nostro quadricottero è una VR Micro Brain 5.1, prodotta dall’azienda italiana VirtualRobotix (sito ufficiale: http://www.virtualrobotix.it). La scheda Micro Brain 5.1 è molto compatta e pesa solo 10 g. La piattaforma software è open-source e consente un’ampia gamma di configurazioni per realizzare autopiloti molto affidabili per quadricotteri, esacotteri, ottocotteri e altri tipi di droni. Le caratteristiche principali della scheda sono le seguenti: microcontrollore ARM CortexM4F 168 MHz con DSP; accelerazione di calcolo in virgola mobile; 1024 KiB di memoria flash; 192 KiB di memoria RAM; accelerometro; giroscopio MEMS; barometro; otto ingressi standard RC (PPM, PPMSUM, SBUS); otto uscite RC a 490 Hz; supporto per card SD fino a 64 gigabyte; bus I2C per connessione a magnetometro esterno; tre porte seriali - una per il GPS, una per SBUS invertita, una per telemetria; tre switch digitali (ULN2003); due prese LED; una presa buzzer; un ingresso per il controllo della tensione; porta JTAG per il debug in realtime; dimensioni - 3,7 × 3,7 cm; distanza dei fori; 3,2 × 3,2 cm; peso 10 g; IDE e strumenti di sviluppo - Arduino IDE, ARM GCC Toolchain; completamente compatibile con il linguaggio Arduino; firmware - sono disponibili molte librerie sviluppate dalle comunità VirtualRobotix e Diy Drones; il software base è una versione a 32 bit dei progetti Arducopter e TauLab; i firmware attualmente supportati a livello nativo sono APM Copter, APM Plane e APM Rover e sono scaricabili e installabili direttamente da Mission Planner.
La Figura 4.10 illustra i collegamenti esterni alla centralina di volo VR Micro Brain 5.1 e i cavi con i connettori in dotazione. Per approfondimenti, è disponibile anche un mini sito della scheda VR Brain al seguente indirizzo: http://vrbrain.wordpress.com. Un videoesempio di configurazione hardware della scheda VR Micro Brain 5.1 è disponibile al seguente indirizzo: http://www.youtube.com/watch?v=nMFM1cmwb5A%3Cbr%20/%3E.
Figura 4.10 I collegamenti esterni alla centralina di volo VR Micro Brain 5.1 e i cavi con i connettori in dotazione.
Pur essendo una scelta minimale, una centralina di volo di questo tipo è completa di tutto quel che basta per un quadricottero di qualità a un prezzo molto conveniente, soprattutto per chi inizia. Per un eventuale upgrade hardware si potrà optare in seguito per il modello VR Brain 5.2 Full, dotato di numerose caratteristiche professionali. PROTEGGERE LA CENTRALINA DI VOLO Il barometro a bordo della centralina di volo deve essere protetto da raffiche di vento e da raggi di luce diretta. Per evitare comportamenti errati del barometro, con il kit viene fornita una spugnetta in gommapiuma da ritagliare e inserire sotto la centralina di volo. In questo modo viene attenuata la sensibilità del barometro. Allo stesso tempo si consiglia di mettere anche un piccolo pezzo di gommapiuma in corrispondenza del connettore per la telemetria, onde evitare che le vibrazioni durante il volo provochino il suo distacco.
Nord e Sud della centralina di volo Come illustrato dalla freccia di Figura 4.11a, la centralina di volo va orientata a Nord seguendo l’indicazione della serigrafia della scheda stessa. Questa operazione determinerà il corretto orientamento della bussola. Connettore espansione ESC 6x1 Usando il connettore espansione ESC 6×1, fornito con il kit, è possibile collegare molto facilmente la centralina di volo ai quattro ESC. In Figura 4.11 b è visibile il collegamento fisico del connettore 6×1, mentre in Figura 4.11c è visibile lo schema di collegamento. Questo semplice circuito preassemblato da Quantic Innovations consente di risparmiare molti collegamenti agli ESC, velocizzando e rendendo più sicuro tutto l’assemblaggio. L’ordine dei collegamenti dalla centralina di volo all’espansione ESC 6×1 è il seguente, da sinistra a destra: alimentazione 5 V; massa (GND); segnale motore 1; segnale motore 2; segnale motore 3; segnale motore 4.
Per una configurazione a sei/otto motori sono disponibili anche i collegamenti per i motori 5, 6, 7 e 8. Nel caso di un quadricottero, vengono semplicemente ignorati. Il motore numero 1 è comandato dall’ESC1, il numero 2 dall’ESC2 e così via. Ogni ESC è dotato di un connettore con tre fili di colore marrone, rosso e arancio: filo marrone - massa (GND); filo rosso - alimentazione 5 V; filo arancione - segnale. Ogni connettore va inserito verticalmente nell’espansione ESC come illustrato in Figura 4.11d, posizionando il filo marrone verso il basso. Collegare i quattro connettori ESC in ordine a partire dal pin denominato “motor1” e procedendo verso destra. Nel caso si utilizzassero droni a sei o otto motori sono disponibili i rimanenti contatti.
Figura 4.11 La centralina posizionata con il riferimento a Nord (a). Connettore di espansione ESC 6x1 (b). Schema di collegamento all’espansione ESC (c). Collegamento pratico degli ESC alla scheda espansione (d).
Scheda ricevente FrSky X8R Per il controllo radio del quadricottero è stata scelta la scheda ricevente FrSky X8R (Figura 4.12a), prodotta da FrSky (sito ufficiale: http://www.frsky-rc.com). La scheda viene data in bundle con telecomando FrSky Taranis X9D (si veda più avanti). Le caratteristiche della scheda ricevente principali sono le seguenti: canali radio - 8; modulazione - ACCST (Advanced Continuous Channel Shifting Technology); banda operativa - 2,4 GHz; dimensioni - 45×26×9 mm; alimentazione - da 4 a 10 V; peso - 16 g; telemetria - predisposta; portata - 1,5 km; compatibile con i radiocomandi Taranis e moduli DFT, DJT, DHT; firmware aggiornabile; corrente assorbita - 100 mA a 5 V. Come illustrato dalle frecce di Figura 4.12b, è necessario configurare la scheda ricevente FrSky X8R cortocircuitando, per mezzo dei due jumper in dotazione, i pin 1-2 e 3-4. Per il collegamento alla centralina di volo basta inserire il cavo del segnale e dell’alimentazione della scheda ricevente al connettore della centralina di volo, come indicato dalla freccia di Figura 4.12c. Con riferimento alla precedente Figura 4.10, collegare per mezzo del cavo a 3 poli in dotazione, la scheda ricevente alla centralina di volo. Il segnale positivo va collegato a +5 V, il negativo a GND e il segnale al pin denominato S-bus. Una volta effettuati i collegamenti fra scheda ricevente e centralina di volo, è possibile alloggiare la scheda ricevente sulla piastra inferiore, come illustrato in Figura 4.12d, fissandola con del nastro biadesivo. Le antenne della scheda ricevente devono essere disposte ortogonalmente, l’una rispetto all’altra. La Figura 4.12e mostra un possibile posizionamento delle due antenne. Un’antenna può essere fissata a un braccio con del nastro biadesivo, mentre l’altra può essere infilata con una leggera pressione in un’apertura del braccio stesso.
Figura 4.12 La scheda ricevente FrSky X8R (a). La configurazione con i due jumper e la connessione al segnale e all’alimentazione (b). Collegamento fisico alla centralina di volo (c). Posizionamento sulla piastra inferiore (d). Posizionamento delle antenne a un braccio (e).
Modulo GPS La Figura 4.13a mostra il modulo GPS fornito con il kit. Questo va semplicemente collegato alla centralina di volo tramite i due connettori in dotazione, con riferimento alla precedente Figura 4.10. L’alberino dell’antenna va avvitato in qualsiasi punto della piastra inferiore tramite il dado sottostante. Assicurarsi che l’antenna sia in posizione verticale e che la freccia stampata sul modulo sia rivolta verso il Nord del drone. I due connettori vanno inseriti alla centralina di volo, rispettivamente alla presa GPS sul fronte della centralina di volo e Compass sul retro della centralina di volo (riferimento Figura 4.10).
Sul modulo GPS sono installate due segnalazioni luminose, una di alimentazione e una che indica l’avvenuta connessione con almeno un satellite.
Figura 4.13 Il modulo GPS in dotazione.
Telemetria Il cosiddetto Ground Control Station è formato da due moduli RX/TX e da un software per il controllo della telemetria. Un modulo TX va montato a bordo del drone, mentre un modulo RX a terra va collegato a un computer che elabori i dati tramite un software di gestione. Con la telemetria è possibile ricevere informazioni remote dal drone in volo come la sua posizione, la carica della batteria, l’altezza, la velocità, la modalità di volo e molto altro ancora. I moduli radio per la telemetria possono essere in versione a 433 MHz (Europa) o a 915 MHz (USA). In alternativa, si possono usare due modem Xbee, basati sul protocollo wireless 802.15.4 sulla frequenza dei 2,4 GHz. La Figura 4.14a illustra i modem usati per il nostro quadricottero. Il modulo TX va fissato sulla piastra inferiore con del biadesivo e collegato al connettore Telemetry sul retro della centralina di volo, con riferimento alla Figura 4.14b. Questo connettore, come già detto, andrà pressato dalla gommapiuma precedentemente messa sotto la centralina di volo, per evitare che si sfili durante il volo.
La piedinatura del connettore Telemetry è la seguente. 1. 2. 3. 4. 5. 6.
3V3: tensione di alimentazione del modem a 3,3 V. RX: piedino di ricezione dati. GND: massa. TX: piedino di trasmissione dati. CTS: da non collegare. NC: non connesso.
Collegare il connettore del modem TX che va bordo del quadricottero ai primi quattro pin del connettore Telemetry della centralina di volo (Figura 4.14c). Il modulo RX andrà invece collegato a una porta USB del computer o del tablet, su cui verranno visualizzati i dati telemetrici tramite il software Mission Planner o DroidPlanner o altri software simili. Si veda il Capitolo 5 – Missione di volo per i dettagli su Mission Planner e l’installazione del modem RX al computer.
Figura 4.14 I modem per telemetria (a). Schema di collegamento del modem TX alla centralina di volo (b).
Illuminazione, buzzer e regolatore di tensione Gli accessori necessari al volo sono l’impianto di illuminazione, il buzzer e il regolatore di tensione, tutti forniti nel kit. In Figura 4.15a sono visibili le strisce di LED RGB ad alta luminosità che servono all’illuminazione del drone durante le fasi di decollo, volo e atterraggio e per il GPS. È importantissimo disporre di questi elementi visivi per poter gestire al meglio le varie fasi di volo. In Figura 4.15b è visibile il buzzer che serve a comunicare acusticamente le varie operazioni prima e dopo la calibrazione, l’accensione corretta dell’alimentazione ed eventuali problemi durante il volo. Il regolatore di tensione illustrato in Figura 4.15c è un utile dispositivo che permette indifferentemente l’uso di batterie a 3, 4 o più celle. Questo circuito di regolazione della tensione permette di alimentare sempre a 5 V la centralina di volo e i dispositivi a essa collegati (ESC, GPS, telemetria, LED e altro). L’alimentazione a tutti questi dispositivi è comune e quindi si consiglia di usare un paio di mammut, come illustrato in Figura 4.15d.
Figura 4.15 L’impianto di illuminazione a LED (a), il buzzer (b) e il regolatore di tensione (c). Collegamento ai mammut (d). Schema di collegamento alla centralina di volo dei vari elementi (e).
In un mammut vanno collegati i fili delle alimentazioni a 5 V in comune al buzzer, alle strisce di LED e al regolatore di tensione, mentre nell’altro mammut vanno collegati i fili delle masse del regolatore di tensione e della striscia di LED bianchi (così rimangono sempre accesi una volta alimentati). Quindi, basta connettere i rimanenti fili ai piedini del connettore della centralina di volo: LED 1, LED 2 e Buzzer. Per il collegamento alla centralina, seguire lo schema di Figura 4.15e che fa riferimento alla piedinatura della centralina di Figura 4.10. L’uscita del regolatore di tensione va collegata ai piedini 5V e GND del connettore della centralina di volo. LED di segnalazione Il montaggio fisico dei LED di segnalazione è semplice. Si possono mettere ovunque sul quadricottero, rispettando però le regole seguenti. LED 1 rosso: sinistra (Sud). LED 2 verde: destra (Sud). LED 3 bianco: accensione e naso del drone (Nord).
La soluzione più semplice è quella di fascettare i LED rossi e verdi sul lato esterno dei bracci rossi come illustrato in Figura 4.16a. Il LED bianco va invece montato davanti (Figura 4.16b), in mezzo ai due bracci bianchi per indicare il naso del quadricottero. Ricordarsi di fascettare ai bracci anche i cavi che alimentano i LED. Ricordiamo che il LED bianco resterà sempre acceso durante l’accensione dell’alimentazione e durante il volo (non viene controllato dalla centralina), mentre i LED rossi e verdi avranno comportamenti diversi a seconda delle fasi operative, come si vedrà in seguito.
Figura 4.16 I led di segnalazione rossi e verdi (a). Il led di segnalazione bianco (b).
Buzzer di segnalazione Il buzzer (in italiano, cicalino) è un dispositivo importantissimo nell’economia del drone. Tramite vari tipi di segnalazioni acustiche il buzzer comunica lo stato operativo del drone e, in caso di potenza limitata (per esempio, batteria scarica), può salvare il drone dalla catastrofe. Il buzzer può essere collocato ovunque. La Figura 4.17 illustra un possibile posizionamento a bordo. Anche il buzzer viene controllato dal software di gestione della centralina di volo.
Figura 4.17 Il buzzer a bordo del quadricottero.
Regolatore di tensione Il regolatore di tensione è un dispositivo importante e, come già detto, grazie a un circuito di regolazione della tensione è possibile alimentare a 5 V la centralina di volo e tutti i dispositivi a essa collegati con qualsiasi tipo di batteria. Si può mettere ovunque sul drone, fissato o infilato da qualche parte. Il collegamento è semplice: due fili vanno collegati alla linea di tensione di alimentazione di ingresso (in pratica, al connettore della batteria) e due fili alla linea di alimentazione di uscita, ovvero alla centralina di volo.
Piedi A questo punto il quadricottero è quasi terminato. Si potrebbero montare i piedi, ma in questa fase sarebbero solo d’impiccio e si consiglia di montarli solo dopo aver effettuato la calibrazione del drone, come spiegato nel Capitolo 5 – Missione di volo.
Batteria LiPo Per informazioni dettagliate e le avvertenze sull’uso delle batterie LiPo si veda il Capitolo 3 – Componenti di un drone. La batteria LiPo è la “centrale elettrica” del drone. Dalle sue caratteristiche dipendono molto le funzionalità del drone e la durata del volo. Quella usata per dare energia ai quattro motori del nostro quadricottero è una FullPower 4S (Figura 4.18a).
Le sue caratteristiche principali sono le seguenti. Celle: 4 × 3,7 V; Tensione: 14,8 V; Corrente: 5000 mAh; Dimensioni: 49×143×32 mm: Peso: 513 g; Cavetto per il bilanciamento: JST-XH; Spina: XT60; Scarica continua: 30C (150 ampere) ; Scarica picco: 45C (225 ampere) ; Corrente di carica: 1-3C. La batteria può venire posizionata indifferentemente sopra o sotto il drone. L’importante è che sia fissata bene con del velcro alla base e una cinghietta di sicurezza, come illustrato in Figura 4.18b. Una batteria di questo tipo pesa molto e arriva a coprire l’intero carico utile del quadricottero. Per un uso con una telecamera bisognerà optare per una batteria più leggera e meno potente. Dopo aver verificato la carica della batteria, per alimentare i motori e i vari circuiti a bordo è sufficiente collegare il connettore XT60 della batteria al connettore precedentemente saldato alla piastra inferiore. Non sono previsti interruttori di accensione o spegnimento. All’accensione, se tutto è collegato perfettamente si vedranno lampeggiare i LED e si sentirà emettere un fastidioso bip-bip dal buzzer, segno che non è stata effettuata nessuna calibrazione. A questo punto, prima di procedere alla calibrazione, spiegata nel Capitolo 5, si può tranquillamente spegnere tutto e mettere in carica la batteria.
Figura 4.18 La batteria LiPo prodotta da FullPower (a). Fissaggio della batteria sopra il quadricottero (b).
Il caricabatterie è un accessorio insostituibile. Meglio scegliere un buon modello dotato anche di funzioni di scarica e di bilanciamento. Quello scelto per la nostra batteria è un Jamara X-PEAK 80 (Figura 4.19a). Le sue caratteristiche principali sono le seguenti: adattatore Dual Power AC/DC 230 V e 12 V; bilanciatore al Litio incorporato; bilanciamento individuale; adatto per vari tipi di pacco batterie al Litio; modo di programmazione per vari tipi di pacco batterie; sicurezza di carica; funzionalità Overload; controllo Input; limite di capacità; controllo della temperatura con disinnesto automatico; limite di temperatura; limite tempo di carica; monitoraggio della ricarica; supporta Litio, NiMh, NiCD e PB; corrente di carica max. 80 W, 0,1 ~ 6,0 A;
corrente di scarica max. 10 W, 0,1 ~ 1,0 A; corrente bilanciatore 300 mAh/Celle; corrente per batterie Pb 2 V ~ 20 V; cavo di carica BEC, JR, LiPo, candele, presa, coccodrilli. Per usare questo caricabatterie in modo corretto, adottare la seguente procedura: inserire il cavo di alimentazione in una presa di corrente 230 V; leggendo le indicazioni sul display, impostare il tipo di batteria, usando i tasti BATTERY/TYPE STOP, DEC, INC e START/ENTER; impostare la procedura di carica, per esempio, LiPo CHARGE; impostare il numero di celle, per esempio, 14,8V 4S; impostare la corrente di carica, per esempio, 5,0 A; collegare la batteria LiPo con il connettore Deans o l’adattatore XT60; nel caso si voglia effettuare anche il bilanciamento (consigliato), collegare la spina di bilanciamento della batteria, rispettando la corretta polarità, con l’entrata di bilanciamento per 3 o 4 celle (Figura 4.19b); avviare la procedura di carica. Per avviare la procedura di carica, tenere premuto il tasto START/ENTER per almeno due secondi. Una volta avviata la carica si può vedere anche il bilanciamento delle celle in una seconda videata, premendo il tasto INC. Un segnale acustico avverte quando la batteria è carica, mentre sul display appare la scritta lampeggiante FULL. È disponibile anche una funzione FAST CHG per una ricarica veloce, che però non carica efficacemente la batteria, per cui è meglio non abusarne per non rovinare la batteria. Con la funzione DISCHARGE è possibile scaricare la batteria per individuare la capacità rimanente dopo l’uso. Se la batteria non viene usata per un lungo periodo, è consigliabile eseguire la funzione STORAGE, in modo che le celle abbiano la tensione ottimale di 3,7 V prima di essere messe a riposo. Per tutte le funzioni è possibile modificare i parametri tramite un menu utente e salvare i parametri in memoria.
Figura 4.19 Il caricabatterie Jamara X-PEAK 80 (a). Il collegamento della presa di bilanciamento delle celle della batteria (b).
Radiocomando Benché si potesse risparmiare sul radiocomando, la scelta è ricaduta sul modello Taranis X9D, prodotto da FrSky. Questo radiocomando professionale è ideale per l’utilizzo con la scheda ricevente X8R, che viene data in bundle e può essere impiegato anche per il controllo di droni professionali. Le sue caratteristiche principali sono le seguenti. Allarmi RSSI (in caso di problemi di ricezione prima che diventino un incidente aereo). 16 canali (più uno quando combinato con un modulo esterno). 64 mixer, 9 modalità di volo. 16 curve personalizzate con 3-17 punti ciascuna, 32 interruttori logici. Auto-test dell’antenna trasmittente. 60 memorie di modelli (espandibili tramite scheda SD). Uscite audio del parlato. Slot USB e schede SD con memoria illimitata e aggiornamenti del firmware, modifiche audio.
Sistema a lungo raggio in grado di fornire fino a tre volte la gamma dei sistemi attuali. Software open-source. Super bassa latenza per una risposta ultra-rapida (9 ms). Registrazione dei dati in tempo reale. Blocco del ricevitore. Processore: STM32 ARM Cortex M3 60 MHz. Batteria 2000 mAh. Scheda ricevitore X8R in bundle. Vibration Haptic Command. Tensione di funzionamento: 6-15 V (2S, 3S LiPo). Corrente di funzionamento: 260 mA massima. Temperatura di funzionamento: -10 gradi ~ 60 gradi C. LCD retroilluminato: 212×64 pixel monocromatico. Tracolla. In Figura 4.20a è visibile il radiocomando reale e in Figura 4.20b la disposizione dei comandi con alcune sigle di riferimento e simboli usati per la calibrazione del nostro drone.
Figura 4.20 Il telecomando Taranis X9D (a). Disposizione e sigle dei comandi (b).
Il radiocomando che abbiamo ricevuto assieme al kit viene fornito già configurato secondo le funzionalità standard di Quantic Innovations by C&D Elettronica. Facendo riferimento alla Figura 4.20b, sono state assegnate alle leve dei due joystick le seguenti funzioni. J1 – THROTTLE (gas): spostando la leva in avanti o indietro, viene aumentato o diminuito il gas, ovvero i giri dei motori, contemporaneamente. J2 – YAW (imbardata): spostando la leva a destra o a sinistra si ottiene rispettivamente un’imbardata a destra o a sinistra del drone. J3 – PITCH (beccheggio): spostando la leva in avanti, il drone avanzerà in riferimento al suo naso; viceversa indietreggerà. J4 – ROLL (rollio): spostando la leva a destra, il drone virerà in direzione del suo lato destro e viceversa. Ai due interruttori contrassegnati come SE e SF in Figura 4.20b sono state assegnate le seguenti funzioni. In base alle posizioni combinate delle due levette si potranno impostare diverse modalità di volo. SE, interruttore a due posizioni, con la levetta appositamente colorata in verde per distinguerla meglio: selezione della modalità di volo. SF, interruttore a tre posizioni, con la levetta appositamente colorata in rosso per distinguerla meglio: selezione della modalità di volo.
Joystick e Trim del radiocomando I due Joystick sono stati impostati per il pilotaggio in MODE 2 e, come spiegato nel prossimo capitolo, sarà necessario calibrarli in modo che la centralina di volo possa agire in modo corretto. Tramite i trimmer a slitta posti ai lati e sotto i due joystick è possibile effettuare una regolazione fine (Trim) del controllo aereo. Se dopo il decollo il drone tende a ruotare sull’asse verticale verso sinistra, spostate il trimmer sotto la leva dell’imbardata verso destra. Se il drone dopo il decollo tende a ruotare verso destra, spostare il trimmer sotto la leva dell’imbardata verso sinistra. Se dopo il decollo il drone tende a sollevarsi, spostate il trimmer sotto la leva del gas verso il basso. Se il drone dopo il decollo tende a scendere, spostare il trimmer sotto la leva del gas verso l’alto.
Se il drone dopo il decollo, si sposta autonomamente in avanti, spostare il trimmer vicino la leva del beccheggio verso il basso. Se il drone dopo il decollo, si sposta autonomamente indietro, spostare il trimmer vicino la leva del beccheggio verso l’alto. Se il drone dopo il decollo, si sposta autonomamente a sinistra, spostare il trimmer vicino la leva del rollio verso destra. Se il drone dopo il decollo, si sposta autonomamente a destra, spostare il trimmer vicino la leva del rollio verso sinistra.
Modalità di volo Il radiocomando permette di impostare diverse modalità di volo tramite i canali aggiuntivi del radiocomando. Le funzioni legate alle modalità di volo sono state assegnate ai due interruttori denominati SF e SE posti in alto a sinistra, facendo riferimento alla precedente Figura 4.20b. Modalità di volo STABILIZE Questa modalità viene attivata dagli interruttori denominati SF e SE. Con questa modalità il drone fa uso del giroscopio e dell’accelerometro per fare in modo che, quando la leva del ROLL/PITCH del radiocomando si trova al centro, il drone si livelli in orizzontale. In pratica, è la modalità “autolivellante”. Fra le modalità di volo disponibili, è la più complicata, in quanto non viene fornito alcun aiuto nel controllo della posizione e dell’altezza. Per volare in questa modalità bisogna posizionare le due leve in questo modo: SF (leva rossa) verso l’alto; SE (leva verde) in una qualsiasi delle tre posizioni possibili.
Modalità di volo LOITER In questa modalità il drone rimane fermo sul punto utilizzando il GPS e controllando l’altezza automaticamente. È la modalità consigliata ai principianti. Per volare in questa modalità bisogna posizionare le due leve in questo modo: SF (leva rossa) verso il basso; SE (leva verde) verso l’alto.
Modalità di volo ALT HOLD Questa modalità mantiene l’altezza in modo automatico facendo uso del barometro e utilizza il modo autolivellante come nella modalità STABILIZE. Per volare in questa modalità bisogna posizionare le due leve in questo modo: SF (leva rossa) verso il basso; SE (leva verde) in mezzo.
Modalità di volo LAND In questa modalità il drone effettua l’atterraggio automatico. Per volare in questa modalità bisogna posizionare le due leve in questo modo: SF (leva rossa) verso il basso; SE (leva verde) verso il basso.
Altre modalità di volo Per altre modalità di volo automatico ci si deve affidare ai piani di volo (Flight Plan) e alle impostazioni di sicurezza (Failsafe) da effettuare con il software Mission Planner che viene descritto nel Capitolo 5 – Missione di volo. Modalità di volo RTL In questa modalità il drone effettua un RTL, ovvero Return To Launch, in italiano “ritorno al punto di lancio”. Dopo essersi portato a un’altezza predefinita di 50 m, modificabile dalla schermata Tuning Setting di Mission Planner, il drone torna automaticamente nel punto del decollo. Per volare in questa modalità bisogna posizionare il pomello sinistro tutto verso l’alto, facendo riferimento alla precedente Figura 4.20b. Visualizzazione dei satelliti trovati Per poter volare con il GPS è necessario osservare alcune indicazioni. La posizione di partenza è il punto da cui il drone decolla, ovvero il punto in cui il sistema è stato inizializzato e dove tutti i processi di controllo automatici sono stati completati. Finché il LED verde di segnalazione, posto sul braccio Sud a destra, lampeggia, il GPS non ha ancora trovato satelliti sufficienti per la navigazione satellitare. Per
impostazione predefinita i satelliti devono essere come minimo 6. Per i dettagli si veda il Capitolo 5 – Missione di volo.
Ringraziamenti Si ringrazia la Quantic Innovations by C&D Elettronica per la grande qualità del servizio prevendita e per la consulenza tecnica durante l’assemblaggio del nostro quadricottero. Sito ufficiale di progettazione: http://quanticinnovations.it. Sito di vendita: http://www.cedelettronica.com.
Capitolo 5
Missione di volo
Per la calibrazione del drone che abbiamo assemblato nel Capitolo 4, è stato usato il software Mission Planner, un software open-source compatibile con tutte le centraline dotate di firmware APM:Plane, APM:Copter o APM:Rover. Mission Planner, sviluppato da Michael Oborne, è il software più diffuso nell’ambiente dei droni, diventando una delle applicazioni GCS più supportate dalla comunità open-source. Il protocollo di comunicazione adottato dalla linea di software APM è MAVLink (Micro Air Vehicle Link). Chiunque abbia voglia di montare un drone simile a quello assemblato nel capitolo precedente o possiede già un drone dotato di una centralina di volo compatibile con il firmware APM sarà in grado di effettuare la calibrazione e impostare la missione di volo con Mission Planner. Il software è compatibile solo con Windows e si può scaricare liberamente al seguente indirizzo: http://ardupilot.com. La versione di riferimento nel momento in cui scriviamo è la 1.3.19 e l’interfaccia usata è ArduCopter 3.2 rc10. Per l’uso di un’applicazione GCS su altre piattaforme (Windows, OS X, Linux) si veda il riquadro a pagina seguente. ATTENZIONE Non installare le eliche sui motori del drone prima di aver terminato le varie operazioni di calibrazione e verifica. MAVLINK MAVLink o Micro Air Vehicle Link è un protocollo di comunicazione progettato esclusivamente per droni. È un progetto open-source rilasciato all’inizio del 2009 da Lorenz Meier sotto licenza LGPL. Il protocollo MAVLink impacchetta i dati strutturati in C e li invia su canali seriali alla stazione di controllo a terra (GCS). È stato ampiamente testato sulle piattaforme PX4, PIXHAWK, APM e Parrot AR Drone. Viene impiegato come spina dorsale per la comunicazione MCU/IMU da vari software GCS. Le caratteristiche principali dell’interfaccia MAVLink sono: mappe aeree 2D e 3D (supporto Google Earth) con drag-and-drop dei waypoint; manipolazione durante il volo dei waypoint e dei parametri di bordo (in EEPROM); plotting dei dati dei sensori e telemetria in tempo reale; registrazione e logging dei dati dei sensori; supporto per comunicazioni UDP, seriale (modem radio) e reti mesh; supporto per molti autopiloti (pxIMU, ArduPilotMega, SLUGS, MatrixPilot, UAVDevBoard e altri);
supporto di un massimo di 255 veicoli personalizzati, in parallelo; possono essere aggiunte specifiche progettuali personalizzate; supporto per trasmissione/display di video digitale; supporto per sistemi operativi Windows, Linux e OS X. Il programma si installa con il nome di QGroundControl. Per ulteriori informazioni e download per Windows, Linux e OS X il sito ufficiale è: http://qgroundcontrol.org.
Primo avvio La centralina di volo VR Micro Brain 5.1 montata nel nostro drone ha già precaricato il firmare Ardupilot e quindi è già in grado di comunicare con i sensori della scheda con MAVLink attraverso Mission Planner. Bisogna solo scaricare e installare i driver di lettura della porta seriale dal seguente indirizzo: http://www.nonplace.tv/vrbrain/drivers/VRBRIAN_Drivers.zip. Una volta scompattato il file compresso, lanciare il file eseguibile DPInstx86.exe o DPInstx64.exe a seconda della versione Windows. In caso di problemi di installazione del driver VR, installare il driver Silicon Labs CP201x disponibile al seguente indirizzo: https://www.silabs.com/products/mcu/Pages/USBtoUARTBridgeVCPDrivers.aspx. Dopo aver installato il driver, collegare il modem di telemetria a una presa USB (Figura 5.1a). Il driver installato non è altro che un convertitore di dati seriali da USB a UART, ovvero la porta seriale del modem. Come risultato, si otterrà in Windows una porta seriale COM virtuale che andrà selezionata come porta di comunicazione con il modem (Figura 5.1b).
Figura 5.1 Il modem di telemetria da collegare a una porta USB del computer (a). Il driver da USB a UART installa una porta virtuale COM (b).
Dopo aver installato e avviato Mission Planner, si aprirà la videata principale, simile a quella di Figura 5.2. La videata che apparirà sarà “poco simile” alla figura per il semplice motivo che abbiamo voluto eseguire lo screenshot con la posizione reale del nostro drone che, nonostante fosse poggiato su una sedia all’interno di
un’abitazione, ha comunque comunicato la posizione corretta a Mission Planner, collegandosi a qualche satellite con il modulo GPS. I dati di telemetria sono stati perfettamente trasmessi dal drone al modem USB, tanto che il dato di altitudine indicato nell’interfaccia è di 4,30 metri, che corrisponde esattamente al piano rialzato dell’abitazione in cui si trova il drone. Tutto questo per dire che si possono ottenere risultati molto affidabili con l’ausilio di sensori e GPS di qualità come quelli usati per il nostro drone. Nella videata principale si possono visualizzare dati telemetrici come: livello della batteria, modalità di volo, posizione fisica del drone sul simulatore, altitudine, velocità, distanza del wayPoint e così via.
Figura 5.2 La videata principale di Mission Planner con l’ubicazione esatta del drone. NOTA Mission Planner è parzialmente localizzato in italiano dalla community open-source, per cui alcune voci nelle videate e nei menu appaiono in italiano, mentre la maggior parte è ancora in inglese.
Connessione alla porta dati La prima operazione da fare consiste nel collegare i due modem di telemetria. Per fare questo, basta accendere il drone e collegare il modem ricevente a una porta USB
del computer. Una volta avviato Mission Planner, basterà selezionare una porta COM dal menu a discesa in alto a destra, come illustrato in Figura 5.3a. Premendo sul tasto rosso CONNECT, il software tenterà la connessione MAVLink e, se l’operazione avrà successo, il tasto rosso diventerà verde con la scritta DISCONNECT (Figura 5.3b). La porta COM da selezionare può essere impostata in “Auto” oppure manualmente su “COMXX Silicon Labs CP201x USB to UA”, dove XX è il numero che viene assegnato dall’installazione del driver alla porta di comunicazione del modem USB. Il BaudRate dovrebbe essere impostato a 57.600. Nel caso il BaudRate del trasmettitore a bordo del drone fosse diverso, bisognerà provare un’altra velocità. Se la connessione con MAVLink ha successo, si vedrà apparire il tasto verde DISCONNECT. A connessione avvenuta, il programma inizia lo scaricamento dei parametri del drone, visibili nella finestra Getting Params, come illustrato in Figura 5.3c.
Figura 5.3 La porta di comunicazione COM (a). Tentativo di connessione (b). Connessione avvenuta e scaricamento dei parametri del drone (c).
Scelta del tipo di telaio Per iniziare il processo di calibrazione bisogna andare nella sezione INITIAL SETUP della barra dei menu di Mission Planner e selezionare la voce Mandatory Hardware (hardware obbligatorio) che apparirà nella barra laterale sinistra. Questa sezione permette di effettuare la calibrazione dei dispositivi obbligatori, senza i quali il drone non può volare. Per prima cosa è meglio controllare il tipo di telaio in uso, anche se dovrebbe già essere impostato per default. Nella sezione Mandatory Hardware, selezionare Frame Type. Si aprirà una videata simile alla Figura 5.4 in cui si possono scegliere varie configurazioni di telaio. La configurazione caricata di default è 3DR_AEREO_M.param, ma è possibile selezionare e caricare qualsiasi altra configurazione.
Figura 5.4 La videata Frame Type per la scelta del tipo di telaio.
Calibrazione della bussola La prima volta che si usa il drone, è necessario calibrare la bussola (in inglese, compass). In seguito non sarà più necessario. Solo se si dovesse traslocare il drone a diversi chilometri di distanza, la bussola dovrà essere ricalibrata. È un’operazione necessaria e utile soprattutto quando si vola con l’aiuto del GPS. Sotto Mandatory Hardware, selezionare la voce Compass. Apparirà una videata simile a quella illustrata in Figura 5.5a. Fra le varie opzioni c’è anche il link Esempio YouTube che apre una pagina con un filmato in inglese (Figura 5.5b) che spiega molto chiaramente come effettuare la calibrazione della bussola.
Figura 5.5 La sezione Compass con le varie opzioni (a). Il filmato esplicativo su YouTube (b).
Per iniziare la calibrazione della bussola, selezionare il tasto Calibrazione. Apparirà un messaggio come quello di Figura 5.6a in cui si invita a ruotare l’autopilota attorno a tutti gli assi con movimenti circolari (Please click and move the autopilot around all axises in a circular motion). Con un clic su OK apparirà la schermata di Figura 5.6b in cui si aggiungono punti su un sistema di assi tridimensionale man mano che si fa ruotare il drone in tutte le direzioni possibili. Lo scopo è quello di creare più punti possibili nella mappatura 3D, per dare più riferimenti alla bussola. Per una buona calibrazione della bussola l’ideale sarebbe creare una sfera completa (Figura 5.6c).
Figura 5.6 Messaggio di avvio per la calibrazione della bussola (a). La finestra con i punti disegnati su un sistema di assi tridimensionale (b). Sfera di punti ideale per la calibrazione della bussola (c).
Man mano che si procede a ruotare il drone sui tre assi, appare la scritta che indica quali assi hanno ancora bisogno di punti di riferimento. Per esempio, more data needed Aim For Yellow-Green significa che “L’asse giallo-verde ha bisogno di dati di riferimento”, per cui bisogna ruotare il drone sull’asse verticale di 180 gradi e muoverlo creando un cerchio di punti. Quando i punti sono sufficienti, la finestra si chiuderà da sola oppure, se si pensa di aver aggiunto abbastanza punti, si può fare clic su DONE. Apparirà un messaggio riassuntivo con i dati raccolti oppure un messaggio che invita a ripetere la calibrazione. Suggerimenti: non eseguire la calibrazione della bussola in ambienti in cui si trovano forti campi magnetici;
non indossare o avvicinare oggetti magnetici durante la calibrazione della bussola; la calibrazione della bussola è estremamente importante e va eseguita con molta cura, altrimenti il drone non può volare correttamente; dopo un incidente con il drone eseguire nuovamente la calibrazione della bussola.
Calibrazione dell’accelerometro Rimanendo sempre nella sezione Mandatory Hardware, selezionare la voce Accel Calibration. Si tratta della calibrazione dell’accelerometro della centralina di volo. È un’operazione molto importante, perché consente al drone di capire quando viene inclinato in una direzione. Nella videata simile a quella di Figura 5.7a il testo in inglese dice Place vehicle level and press any key mentre il pulsante riporta la scritta Click When Done. Tradotto in italiano significa “Mettere il drone in posizione piana e premere qualsiasi tasto” e “Fare clic al termine”. Se dopo trenta secondi circa non si termina un’operazione di calibrazione dell’accelerometro oppure non è stato posizionato bene il drone durante le varie fasi, apparirà il messaggio Calibration FAILED, ovvero la calibrazione è fallita (Figura 5.7b). Facendo clic sul pulsante DONE si potrà ricominciare. Ecco i passi da seguire per la procedura completa. Posizionare il drone su un tavolo. Assicurarsi che sia perfettamente in piano, magari usando una bolla. Con il drone in posizione piana, fare clic sul pulsante Click When Done. Apparirà il testo Place vehicle on its LEFT side and press any key (Figura 5.7c). Posizionare il drone sul suo lato sinistro e fare clic sul pulsante Click When Done. Apparirà il testo Place vehicle on its RIGHT side and press any key (Figura 5.7d). Posizionare il drone sul suo lato destro e fare clic sul pulsante Click When Done. Apparirà il testo Place vehicle nose DOWN and press any key (Figura 5.7e). Posizionare il drone con il naso verso il basso e fare clic sul pulsante Click When Done. Apparirà il testo Place vehicle nose UP and press any key (Figura 5.7f). Posizionare il drone con il naso verso l’alto e fare clic sul pulsante Click When Done. Apparirà il testo Place vehicle on its BACK and press any key (Figura 5.7g). Posizionare il drone capovolto (sulla “schiena”) e fare clic sul pulsante Click When Done. Apparirà il testo Calibration successful, ovvero calibrazione avvenuta con successo (Figura 5.7h), altrimenti, se appare Calibration FAILED, bisogna ricominciare tutto daccapo.
Figura 5.7 Le fasi della calibrazione dell’accelerometro. Posizionare il drone in piano (a). Messaggio di calibrazione fallita (b). Posizionare il drone sul lato sinistro (c). Posizionare il drone sul lato destro (d). Posizionare il drone con il naso all’ingiù (e). Posizionare il drone con il naso all’insù (f). Posizionare il drone sulla schiena (f). Messaggio di calibrazione avvenuta con successo (h).
Per maggior chiarezza riportiamo in Figura 5.8 anche le foto di alcune posizioni chiave del drone durante la calibrazione dell’accelerometro.
Figura 5.8 Il drone sul lato destro (a). Il drone sul lato sinistro (a). Il drone con il naso all’insù (c). Il drone di schiena (d).
Calibrazione del radiocomando Per la calibrazione dei comandi del radiocomando, sotto la stessa voce Mandatory Hardware, selezionare la voce Radio Calibration. Apparirà una videata simile alla Figura 5.9a. Nel nostro caso si tratta del radiocomando Taranis X9D già preconfigurato. Se il radiocomando non è configurato, si veda il Capitolo 6, paragrafo “OpenTX”. I cursori visualizzati corrispondono ai seguenti comandi, con riferimento alle sigle riportate in Figura 5.9b: leve J1, J2 del primo joystick; leve J3 e J4 del secondo joystick; interruttori SE, SF sul lato sinistro; pomello S2 sul lato destro; pomello sx e pomello dx. Accendere il radiocomando e assicurarsi che sia collegato alla telemetria (si dovrebbe sentire il messaggio vocale “Telemetria disponibile”). Fare clic sul pulsante Calibrazione Radio. Apparirà un messaggio che dice Ensure your transmitter is on and receiver is powered and connected. Ensure your motor does not have power/no props. Tradotto in italiano significa “Assicurarsi che il trasmettitore sia acceso e che il ricevitore sia alimentato e collegato. Assicurarsi che il motore non sia alimentato/senza eliche”. In pratica, significa che il radiocomando deve essere acceso, collegato alla telemetria e che non ci siano motori che girano. Le eliche non devono essere montate.
Figura 5.9 La videata Calibrazione Radio (a). I comandi da impostare (b). Avviso di accendere e collegare il radiocomando (c). Avviso per iniziare la procedura di calibrazione (d).
Un volta dato l’OK nella finestra del messaggio, apparirà una seconda finestra che dice Click OK and move all RC sticks and switches to their extreme positions, so the red bars hit the limits. Tradotto, significa “Fare clic su OK e spostare tutte le leve RC e gli interruttori nelle loro posizioni estreme, in modo che le barre rosse possano fissare i limiti”. In pratica, bisogna spostare le leve dei due joystick, i due interruttori SF e SE, il pomello S2 e i pomelli sx e dx, ognuno nelle relative posizioni minime e massime. Si vedranno apparire delle linee rosse sui cursori che identificano i valori minimi e i massimi dei comandi, come illustrato in Figura 5.10a. Una volta terminata l’operazione, fare clic sul tasto Click When Done. Apparirà un messaggio che invita a riportare le leve al centro e il gas al minimo (Figura 5.10b). Fare clic per continuare. Apparirà anche una finestra con il riepilogo dei valori minimi e massimi letti dai comandi relativamente ai canali RX/TX (Figura 5.10c). Nel nostro caso, i canali impostati sono 8. Chiudendo questa finestra, apparirà la scritta COMPLETED nella videata di calibrazione. A questo punto, si consiglia di spegnere e riaccendere il drone per rendere attivi i nuovi parametri.
Figura 5.10 La finestra con i dati minimi e massimi di calibrazione (a). Avviso di riportare le leve in posizione centrale e il gas al minimo (b). Finestra di riepilogo dei dati impostati negli 8 canali (c). NOTA Se il radiocomando rimane inattivo per oltre 5 minuti, si sentirà il messaggio vocale ripetere “Radio inattiva, controllare”. Basta muovere una leva o un pulsante per disattivare il messaggio oppure spegnere il radiocomando.
Armare e disarmare i motori Una volta impostato il radiocomando è possibile usarlo per controllare la velocità dei motori. Prima però è necessario “armare i motori”, ovvero attivare i motori senza però dare gas. È un’operazione di sicurezza che previene spostamenti incauti della leva del gas. Per armare i motori bisogna portare la leva del gas al minimo e verso destra e mantenere questa posizione per circa tre secondi, come illustrato in Figura 5.11a. Se l’operazione riesce, viene emesso un suono dal buzzer e i LED rossi sul braccio sinistro smettono di lampeggiare, rimanendo accesi. Per ragioni di sicurezza, se entro dieci secondi non si dà gas, la centralina di volo disarma automaticamente i motori. Per disarmare i motori manualmente è necessario spostare la leva del gas al minimo e verso sinistra e mantenere questa posizione per qualche secondo, come illustrato in Figura 5.11b. Se l’operazione riesce, viene emesso un suono dal buzzer e i LED rossi tornano a lampeggiare. NOTA
È necessario sottolineare che in modalità di volo Loiter il drone ha bisogno del GPS, per cui se non vengono trovati almeno sei satelliti, non sarà possibile armare i motori. Il numero minimo di sei satelliti è stato impostato nei parametri avanzati di Mission Planner per dare una maggiore sicurezza al principiante. Nelle modalità per esperti (ALT Hold o Stabilize) sarà sempre possibile armare i motori.
Figura 5.11 Come armare i motori (a). Come disarmare i motori (b). ATTENZIONE Non installare le eliche sui motori del drone prima di aver terminato le varie verifiche.
Prima del volo Bisogna effettuare un ultimo test, per cui non è ancora giunto il momento di montare le eliche e i piedi. Con il drone in posizione piana su un tavolo, collegare la batteria e accendere il radiocomando. Avviare Mission Planner (se non è già aperto) e assicurarsi di avere il modem ricevente collegato alla porta USB. Aprire la porta COM di comunicazione e assicurarsi che la connessione dati avvenga con successo. Dalla videata principale selezionare la voce FLIGHT DATA dal menu di Mission Planner. Se le calibrazioni hanno avuto successo, sarà possibile osservare sul simulatore i movimenti del drone spostandolo con una mano. Si potranno vedere anche i parametri telemetrici e GPS, se è stato agganciato qualche satellite (Figura 5.12a). A questo punto, selezionare dal radiocomando la modalità di volo Loiter (interruttore SF giù, interruttore SE su), come illustrato in Figura 5.12b.
Figura 5.12 La finestra del simulatore (a). Selezione della modalità Loiter (b).
Verifica dell’accelerometro Prima di tutto è necessario verificare la risposta dell’accelerometro. Armare i motori e alzare il gas al minimo per far girare i motori lentamente. Inclinare il drone a 90 gradi sul lato destro e verificare che i motori sul lato sinistro rallentino o si fermino del tutto. Sarà sufficiente applicare una piccola resistenza con la punta del dito per fermare la rotazione del rotore superiore. Quelli in basso dovrebbero invece aumentare la velocità (meglio non toccarli!).
Ripetere l’operazione con il drone in tutte le posizioni e verificare il comportamento dei motori: quelli in basso aumenteranno i giri, quelli in alto rallenteranno e/o si fermeranno.
Impostazioni FailSafe Sempre nella sezione Mandatory Hardware, selezionare la voce FailSafe. Si tratta di una finestra in cui impostare i parametri di sicurezza. Prima di aprirsi, appare un messaggio che avverte Ensure your props are not on the Plane/Quad, cioè “Assicurarsi che le eliche non siano montate sull’aereo/quadricottero”. Nella videata ci sono due tipi di FailSafe, uno per Radio e uno per Battery, entrambi disabilitati per default. Per abilitare il FailSafe del software Grand Control Station, mettere il segno di spunta nella casella GCS FS Enable.
FailSafe Radio Una volta abilitato e impostato correttamente, il FailSafe Radio si attiverà nelle seguenti situazioni: il drone va fuori portata radio; si spegne la radio; il ricevitore RX perde potenza per qualche motivo; il filo del segnale del canale viene staccato; il segnale del canale 3 non viene aggiornato per 2 secondi (situazione rara). Quando si verifica una delle suddette situazioni, il FailSafe Radio si attiva e verrà eseguita una delle seguenti azioni impostate nel menu a discesa indicato dalla freccia di Figura 5.13a. Enabled always RTL (Return To Launch): il drone ritorna sempre al punto di lancio. Enabled Continue with Mission in Auto Mode: il drone continua la missione in modalità Auto. Enabled always Land (atterraggio): il drone atterra sempre. Disabled: il FailSafe è disabilitato (sconsigliato). Al principiante si consiglia di abilitare la funzione RTL o, meglio, la funzione LAND. Nel campo FSPWM è possibile impostare un valore di FailSafe per il PWM, ovvero i giri motore del gas. Il valore standard è di 965 PWM.
FailSafe Battery
Se viene abilitato e impostato correttamente, il FailSafe della batteria si attiverà quando la tensione della batteria scende sotto la soglia per oltre 10 secondi (valore di default). Per abilitare il Failsafe Battery bisogna impostare nel menu a discesa un’azione come indicato dalla freccia di Figura 5.13b. RTL (Return To Launch): il drone ritorna al punto di lancio. LAND (atterraggio): il drone atterra sempre in tutti i casi. Disabled: il FailSafe è disabilitato (sconsigliato). Al principiante si consiglia di abilitare la funzione RTL o LAND. Si devono impostare anche i valori di tensione minima e massima, entro i quali interviene il FailSafe. In caso di LAND il FailSafe della batteria deve essere di 0,2 volt inferiore alla tensione nominale. Per esempio, per una batteria 4S da 14,8V, il FailSafe deve essere 14,6V. In caso di RTL il FailSafe della batteria deve essere di 0,4 volt superiore alla tensione nominale. Per esempio, per una batteria 4S da 14,8V, il FailSafe deve essere 15,2V. Il parametro Reserved MAH può essere lasciato a 0.
Figura 5.13 La finestra FailSafe Radio (a) e FailSafe Battery (b).
Montaggio dei piedi Dopo aver effettuato tutte le calibrazioni e le verifiche è giunto il momento di fissare i piedi del drone. I piedi sarebbero stati di impiccio nei movimenti del drone durante le calibrazioni della bussola e dell’accelerometro. Per fissare i piedi è sufficiente capovolgere il drone e svitare le quattro viti di ogni braccio. Posizionare il piede e riavvitare, come illustrato in Figura 5.14. Non c’è pericolo che qualcosa si sposti, perché i bracci sono fissati dal lato opposto alla piastra superiore. Terminato il montaggio dei quattro piedi del quadricottero, è possibile passare al montaggio delle eliche.
Figura 5.14 Il montaggio del piede sotto a un braccio.
Montaggio delle eliche Prima di montare le eliche è necessario effettuare le seguenti verifiche: senso di rotazione corretto dei motori; senso di rotazione corretto delle eliche. Per verificare che i motori girino nel verso giusto, bisogna armare i motori e dare un po’ di gas. Si deve controllare che ogni motore giri dalla parte indicata dai simboli <<< e >>> riportati sul corpo di ogni motore. Se un motore gira al contrario, è sufficiente scambiare due fili qualsiasi dei tre che vanno collegati all’ESC (Figura 5.15), scollegando gli spinotti a banana sotto i bracci. Una volta verificato il senso di rotazione dei motori è possibile stringere bene le fascette.
Figura 5.15 Scambiare due fili qualsiasi del motore all’ESC se il motore gira al contrario.
Anche le eliche hanno un senso di rotazione e vanno montate nel verso giusto. Oltre al pomello al centro di colore grigio chiaro e nero per distinguerle, le eliche sono diverse anche nel profilo. Le eliche CCW devono essere montate sui motori 1 e 3, mentre le eliche CW vanno montate sui motori 2 e 4, rispettando ovviamente la filettatura sinistrorsa o destrorsa del perno di ogni motore (Figura 5.16a). Siccome sono eliche autoserranti, sul corpo riportano il simbolo del lucchetto, per cui basta avvitarle un po’ nel senso appropriato senza stringerle troppo. Il motore, girando, stringerà meccanicamente l’elica al perno del motore (Figura 5.16b).
Figura 5.16 Le quattro eliche autoserranti (a). Un’elica montata su un motore (b).
Il primo volo di prova Con eliche e piedi montati, basta uscire di casa e provare il drone, sperando che non piova o tiri vento. NON provare il drone in casa, specie se si tratta di un primo volo di test. Potrebbe succedere l’irreparabile. Il posto ideale è un prato erboso lontano da caseggiati, alberi, pali della luce e altri ostacoli. Posizionare il drone a qualche metro di distanza e accenderlo. Accendere il radiocomando e selezionare la modalità di volo Loiter. Sarebbe opportuno monitorare i parametri del drone attraverso i dati di telemetria. Invece di portarsi appresso un computer portatile, si può optare per un comodo smartphone con un’app GCS come DroidPlanner (si veda il prossimo paragrafo). In modalità Loiter (la modalità di volo per principianti) il drone ha bisogno del GPS per il volo automatico, per cui bisogna attendere che si accendano stabilmente i LED verdi sul braccio posteriore destro. Quando il GPS ha agganciato almeno sei satelliti e i LED verdi rimangono fissi, si possono armare i motori. Si dovrebbero accendere stabilmente i LED rossi. A questo punto, si può dare un po’ di gas molto lentamente, portando verso l’alto la leva sinistra Throttle. Se i motori girano nel senso corretto, le eliche autosserranti si stringeranno, altrimenti si distaccheranno dal perno. Per questo motivo meglio stare a distanza di sicurezza. Se tutto procede bene, si può dare più gas, sempre molto lentamente, fino a che si vedrà il drone staccarsi da terra. Riportare gradualmente il gas al minimo e atterrare. Si consiglia vivamente la lettura del Capitolo 7 – Imparare a volare per prendere le prime lezioni di volo.
DroidPlanner Quando si è all’aperto è utile accedere ai dati di telemetria. Invece di un computer portatile è meglio propendere per un tablet o uno smartphone. Fra le tante app GCS disponibili per Android e per Apple abbiamo scelto DroidPlanner di Arthur Benemann per Android. La schermata principale di DroidPlanner è simile a quella di Figura 5.17a. DroidPlanner è una stazione di controllo a terra per droni basati su Ardupilot e MAVLink, molto simile a Mission Planner.
Figura 5.17 La videata principale di DroidPlanner (a). L’adattatore micro-USB a USB femmina tipo A (b).
Il progetto è open-source e il codice sorgente può essere trovato all’indirizzo: https://github.com/DroidPlanner/droidplanner. Per ulteriori informazioni, si consiglia di visitare il forum DroidPlanner all’indirizzo: http://ardupilot.com/forum/viewforum.php?f=15.
DroidPlanner può essere scaricato direttamente dal sito Google Play. L’applicazione è rilasciata sotto licenza pubblica GNU v3. Una volta installata l’app sullo smartphone o tablet Android, sarà sufficiente collegare il modem USB di telemetria direttamente allo smartphone tramite un adattatore micro-USB (solitamente presente in tutti gli smartphone) a USB femmina tipo A (Figura 5.17b). Unico requisito necessario è quello di aver abilitato sullo smartphone la funzionalità USB OTG (USB On The Go). Solo così sarà possibile comunicare con il modem USB di telemetria.
Piano di volo Con Mission Planner è possibile impostare un piano di volo sfruttando il GPS a bordo del drone. Selezionando dal menu di Mission Planner la voce FLIGHT PLAN si aprirà una finestra simile a quella illustrata in Figura 5.18a. Come si può vedere, il luogo scelto per il piano di volo è un prato molto ampio e privo di ostacoli, lontano da caseggiati, alberi e strade di comunicazione. Per questo tipo di operazioni non servono le norme restrittive di cui si parla nel Capitolo 9 – Normativa ENAC e di cui si consiglia vivamente la lettura. Per fissare i waypoint (in italiano potrebbero essere tradotti come “tappe”) basta fare clic con il mouse sulla pianta satellitare trasmessa da Google Earth a Mission Planner. Una volta fissati i waypoint è possibile modificare le loro proprietà e/o il comportamento del drone tramite il menu contestuale che si apre con il tasto destro del mouse su ogni waypoint (Figura 5.18b). Le voci del menu (un po’ in italiano, un po’ in inglese) sono le seguenti. Elimina WP: elimina un waypoint. Insert WP: inserisce un waypoint. Insert spline WP: inserisce un waypoint spline. Loiter: menu con opzioni Per sempre, Tempo, Cerchi. Salta: menu con Avvia, WP # (salta al waypoint numero #). RTL: Return To Launch. Land: atterraggio. Decollo: decollo. Set ROI: imposta un punto Region Of Interest (regione di interesse). Cancella missione: cancella la missione. Disegna poligono: menu con varie opzioni per disegnare un poligono. Rally points: menu con varie opzioni di Rally Points. Geo Fence: menu non abilitato. Auto WP: menu con varie opzioni di waypoint. Strumenti Map: menu con vari strumenti di misurazione. File Load/Save: menu con varie opzioni di caricamento e salvataggio dei file waypoint. POI: menu per aggiungere, eliminare o modificare Point Of Interest (punti di interesse).
Tracker Home: menu di tracciamento dati dal GPS. Modify Alt: modifica l’altitudine del valore impostato. Enter UTM coord: inserimento coordinate UTM (Universal Transverse of Mercator) ovvero coordinate bidimensionali di Mercator. Switch Docking: abilita/disabilita il docking della finestra principale con la finestra di modifica dei waypoint (Figura 5.18c).
Figura 5.18 La finestra FLIGHT PLAN con alcuni waypoint (a). Il menu contestuale di un waypoint (b). La finestra di modifica dei waypoint (c).
Waypoint La finestra di editing dei waypoint appare sotto la mappa satellitare e consente di assegnare vari comandi a ogni punto. Qui di seguito viene impostato un percorso minimale di waypoint per un breve piano di volo, con riferimento alla Figura 5.19a.
La posizione iniziale (Home) è impostata come il luogo in cui il drone viene armato. Questo significa che se si esegue un RTL (Return To Launch), il drone tornerà in quella posizione. Per cui bisogna armare il drone nel punto esatto chiamato “Home” nel piano di volo. Ogni voce della finestra di editing dei waypoint ha un menu a tendina per la scelta dei comandi e caselle in cui modificare il testo (Figura 5.19b). Altre possibili azioni sono: cancellare un waypoint con il pulsante X; spostare i waypoint in su e in giù con i tasti contrassegnati con una freccia in su e una freccia in giù; la voce Alt di default è l’altitudine di default quando si entra in nuovi waypoint. Ha anche un menu a discesa con le opzioni Relative, Absolute e Terrain con cui stabilire l’altitudine relativa, assoluta e terreno; la casella Verify Height utilizza i dati di topologia di Google Earth per regolare l’altitudine desiderata per ogni waypoint per riflettere l’altezza del terreno sottostante. Così, se il waypoint è su una collina, con questa opzione selezionata verrà sommata l’impostazione “Alt” all’altezza della collina. Questo è un buon modo per essere sicuri di non sbattere contro le montagne; il pulsante Aggiungi Sotto permette di aggiungere un waypoint sotto quello selezionato. Per ogni waypoint è possibile modificare le seguenti caselle di testo. Dela Ritardo in secondi (default 0,0,0,0)
Lat Latitudine
Long Longitudine
Alt Altitudine
Nell’esempio di Figura 5.19b sono stati impostati i seguenti comandi per i waypoint 1, 2, 3 e 4. Waypoint 1: TAKEOFF, Altitudine 20 (metri). Waypoint 2: WAYPOINT, Altitudine 50 (metri). Waypoint 3: WAYPOINT, Altitudine 30 (metri). Waypoint 4: LAND. Con questo semplice piano di volo, il drone decollerà dal punto 1 (Home) e si porterà a un altezza di 20 metri, poi si dirigerà verso il punto 2 portandosi a un’altezza di 50 metri, quindi si dirigerà verso il punto 3 portandosi a un’altezza di 30 metri e infine atterrerà al punto 4.
Figura 5.19 Un breve piano di volo (a). Il menu a tendina della finestra di editing dei waypoint (b).
Qualche comando per i waypoint Ecco una breve lista di comandi che si possono impartire ai waypoint. TAKEOFF Quando viene impartito il comando TAKEOFF, il drone decolla da quel punto. WAYPOINT Quando viene impartito il comando WAYPOINT, il drone si dirige semplicemente verso il punto designato. LAND Quando viene impartito il comando LAND, il drone atterra nella posizione corrente. Non volerà verso una posizione, ma atterrerà nel punto in cui si trova. Se si vuole atterrare in un determinato waypoint, si deve volare su un WP normale (designato come WAYPOINT), poi il comando successivo sarà LAND. CONDITION_DELAY
Il comando è di ritardare l’esecuzione del comando condizionale successivo. CONDITION_DISTANCE Il comando impone la priorità sull’altitudine del waypoint successivo. È utile quando viene usato dopo un comando condizionale di ritardo o di distanza. RETURN_TO_LAUNCH Il comando forza il ritorno alla posizione impostata come Home. Se Altitude è impostata a 0, il drone tornerà verso il punto Home alla quota indicata da Mission Planner. Per ulteriori istruzioni su tutti gli altri comandi si consiglia di visitare la pagina wiki: http://planner.ardupilot.com/wiki/common-planning-a-mission-with-waypoints-and-events.
Capitolo 6
MultiWii e Arduino
Premessa Esistono vari siti che insegnano a costruire un drone sfruttando risorse open-source e open-hardware. È ovvio che per assemblare un drone seguendo tali spiegazioni, è necessario avere un minimo di esperienza elettronica e, soprattutto, un forte spirito da hacker, nel senso buono del termine. In queste pagine abbiamo voluto descrivere le procedure e i componenti necessari per la realizzazione di un sistema di volo basato su MultiWii e Arduino o schede compatibili, due piattaforme open-source e open-hardware fra le più diffuse al mondo. A fronte di un mercato fiorente di schede compatibili MultiWii, lo scopo di questo capitolo è quello di spiegare come assemblare una centralina di volo “fatta in casa” economica ed efficiente. Per quanto riguarda la scelta del telaio, dei motori, degli ESC e degli altri accessori opzionali, si prega di fare riferimento al Capitolo 3 – Componenti di un drone. Se il budget è limitato e non consente l’acquisto di un telaio pronto all’uso, si può optare per una soluzione fatta in casa: un telaio di piccole dimensioni stampato in plastica oppure fatto con profilati di alluminio o altri materiali purché leggeri.
MultiWii MultiWii è un software open-source inizialmente sviluppato per supportare i giroscopi e gli accelerometri della Wii, la famosa console per videogiochi, prodotta dall’azienda giapponese Nintendo, lanciata sul mercato nel 2006 e divenuta una fra le più diffuse console in ambito ludico. Il firmware MultiWii è disponibile per piattaforma Arduino e il software per la configurazione è disponibile per Windows a 32/64 bit, OS X, Linux a 32/64 bit e Processing. Nel momento in cui scriviamo, l’ultima versione disponibile è la 2.4. Il software MultiWii è in continuo aggiornamento e mantenuto da Alexinparis. Si può scaricare liberamente dal repository https://code.google.com/p/multiwii. Una volta scaricato ed espanso il file zip di una delle versioni disponibili, ci sono due cartelle, una con il firmware per Arduino e una con i file eseguibili di configurazione (GUI) per Windows, OS X e Linux. Chi si diletta a programmare può lavorare direttamente sul file sorgente in Processing presente nella cartella. Il file MultiWiiConf.pde per Processing necessita della libreria “controlp5”, scaricabile direttamente da questo indirizzo: https://controlp5.googlecode.com/files/controlP5.
2.0.4.zip
Tutte le informazioni riguardanti il software MultiWii sono disponibili sul sito ufficiale: http://www.multiwii.com. Esiste anche una versione italiana del sito MultiWii, con guide, suggerimenti, link e la traduzione del sito ufficiale: http://www.multiwii.it. Per una maggiore compatibilità con nuove schede IMU e sensori standalone, si consiglia di scaricare l’ultima versione disponibile di MultiWii. Per una maggiore semplicità di configurazione si consiglia invece di scaricare la versione 2.2, soprattutto ai meno esperti.
Componenti hardware Nel sito ufficiale o, se si preferisce, nel sito tradotto in italiano, si trovano tutte le indicazioni per il montaggio della parte elettronica. Per questo montaggio è necessario disporre di due controller per Wii e di una scheda Arduino Pro Mini. Vengono suggeriti due controller, ovvero Wii Motion Plus e Wii Nunchuk che si possono trovare usati per pochi euro sui mercati online. Il Wii Motion Plus utilizza
tre giroscopi, mentre il Wii Nunchuk utilizza tre accelerometri. Un drone non può essere pilotato senza questi sensori che determinano la posizione angolare e le accelerazioni sui tre assi, per cui il software MultiWii, grazie ai sensori ricavati dai due controller per Wii, potrà applicare un algoritmo per rilevare con precisione l’angolo di beccheggio o di rollio. Prima di tutto, bisogna smontare i controller Wii Motion Plus e Wii Nunchuk e recuperare le schede con i sensori montati al loro interno, come illustrato nelle Figure 6.1a e 6.1b.
Figura 6.1 Il controller Wii Motion Plus e la scheda elettronica al suo interno (a). Il controller Wii Nunchuk e la scheda elettronica al suo interno (b).
Arduino Pro Mini Una volta recuperate le schede con i sensori dai due controller, queste andranno collegate a una scheda Arduino Pro Mini saldando solo alcuni fili. La scheda Arduino Pro Mini è basata sul microcontrollore ATmega368 ed è stata progettata da Sparkfun (Figura 6.2a). Come molte schede Arduino basate su questo
microcontrollore, dispone di 14 pin digitali di ingresso/uscita, di cui 6 possono essere uscite PWM, 8 ingressi analogici, un quarzo, un pulsante di reset e i fori per il montaggio dei pin laterali. Un connettore a 6 pin permette di collegare un cavo FTDI o una scheda breakout FTDI per fornire l’alimentazione USB e programmare l’Arduino Pro Mini dal computer. Si può usare una qualsiasi scheda FTDI, come per esempio quella prodotta da Sparkfun (Figura 6.2b).
Figura 6.2 Arduino Pro Mini (a). La scheda FTDI Basic Breakout 5V (b).
Esistono due versioni di Pro Mini: a 3.3V e 8 MHz di clock e a 5V e 16 MHz di clock. Si consiglia la versione a 5 volt, 16 MHz. Le dimensioni della scheda sono davvero ridotte al minimo, solo 18 × 33 mm, ed è questa l’unica ragione per cui è stata scelta per questo progetto. Se non si hanno problemi di spazio sul drone, tutte le schede Arduino dotate di processore Atmel ATmega 328 (o simili) possono essere usate in alternativa (si veda in fondo al capitolo). Le informazioni dettagliate su Arduino Pro Mini sono disponibili sul sito ufficiale, http://www.arduino.cc, mentre per l’acquisto si può fare riferimento a Sparkfun al seguente indirizzo: https://www.sparkfun.com/products/11113. La scheda FTDI Basic Breakout - 5V è disponibile a questo indirizzo: https://www.sparkfun.com/products/9716. Wii Motion Plus e Arduino Pro Mini Per collegare correttamente i fili da Wii Motion Plus ad Arduino Pro Mini, seguire le indicazioni di Figura 6.3a. Sulla scheda Wii Motion Plus sono visibili i contatti
contrassegnati nella figura con le sigle seguenti. VCC: alimentazione 5 volt. SCL: linea SCL dell’interfaccia I2C. nc: non collegato. nc: non collegato. SDA: linea SDA dell’interfaccia I2C. GND: ground (massa). GND: ground (massa). L’alimentazione VCC va collegata al piedino VCC di Arduino Pro Mini. La linea SCL va collegata al piedino A5 (senza indicazioni sopra il piedino A3). La linea SDA va collegata al piedino A4 (senza indicazioni sopra il piedino A2). La massa va collegata a una massa (GND) di Arduino Pro Mini. Ricordiamo che l’interfaccia I2C (Inter Integrated Circuit) consente il trasferimento di dati seriali fra circuiti integrati ad alta velocità a 400 kbit/s, utilizzando solamente una linea dati (SDA) e un linea di clock (SCL).
Figura 6.3 Il collegamento Wii Motion Plus ad Arduino Pro Mini (a). Il collegamento fisico dei quattro fili (b).
L’alimentazione a 5 volt per l’Arduino Pro Mini può venire fornita dalla batteria del drone tramite un opportuno regolatore di tensione collegato ai piedini GND e RAW.
Il collegamento fisico dei quattro fili è illustrato in Figura 6.3b. Si fa notare che nel sito ufficiale viene riportato un collegamento alternativo dell’alimentazione del controller Wii Motion Plus sul piedino 12 di Arduino Pro Mini. Questo pin viene “alzato”, cioè alimentato a 5 volt via software, subito dopo la sequenza di avvio di Arduino perché alcuni controller Wii a volte vanno inspiegabilmente in blocco. Wii Motion Plus + Wii Nunchuk Se si vuole ottenere una funzione di auto-livellamento del drone, si può aggiungere opzionalmente una scheda recuperata da un controller Wii Nunchuk. Il software MultiWii riconosce automaticamente la presenza di un Nunchuk eventualmente connesso. Sono necessari quattro fili saldati alla scheda Wii Motion Plus come illustrato in Figura 6.4. Attenzione all’orientamento delle due schede che deve essere rispettato per non interferire con le funzioni dei giroscopi. I collegamenti sono indicati nella figura con le sigle seguenti. VCC: alimentazione 5 volt. SCL: linea SCL dell’interfaccia I2C. Ponticello con VCC. nc: non collegato. SDA: linea SDA dell’interfaccia I2C. GND: ground (massa). Freccia di orientamento delle due schede. Si fa notare che è necessario saldare un ponticello con l’alimentazione VCC. Per maggiore chiarezza nella figura non è indicato il collegamento alla scheda Arduino Pro Mini descritto prima.
Figura 6.4 Collegamento della scheda Wii Nunchuck alla scheda Wii Motion plus.
Configurazione del drone Una volta collegato Arduino Pro Mini alla scheda Wii Motion Plus e opzionalmente alla scheda Wii Nunchuck, si ottiene una centralina di volo completa. Non resta che configurare il drone scegliendo una delle configurazione possibili: bicottero (stile Avatar); tricottero; quadricottero X4 o I4 o H4; esacottero Y6 o IY6; esacottero X6 o I6 o H6. Benché il software MultiWii possa gestire anche configurazioni di ottocotteri, se si utilizza Arduino Pro Mini sarà possibile arrivare al massimo a un esacottero, visto che sono sei le uscite digitali PWM. Per configurazioni di droni a otto o più motori bisogna scegliere una scheda Arduino con più porte digitali PWM, per esempio, Arduino Mega 2560. Questa scheda è molto più grande di Arduino Pro Mini e quindi può essere alloggiata in un drone di dimensioni adeguate. Fra le molte opzioni disponibili abbiamo scelto quella più pratica e anche la più diffusa, ovvero la configurazione di un quadricottero X4. Per la dimensione del telaio si potrebbe pensare a un ipotetico 250 o 350 mm di interasse, per contenere la spesa.
Si ricorda che l’installazione della centralina di volo a bordo del drone deve rispettare l’orientamento del naso del drone, come indicato in Figura 6.5. Facendo sempre riferimento alla Figura 6.5, i collegamenti sono quelli di una normale centralina: agli ESC, al ricevitore radio e all’alimentazione. ATTENZIONE I quattro motori sono alimentati direttamente dai quattro ESC che sono collegati alla batteria LiPo, la quale, normalmente, dovrebbe essere a 3-4 celle, ovvero 3S o 4S. Quindi, l’alimentazione dei motori brushless è a 11,1 volt o a 14,8 volt e sarà necessario collegare un regolatore di tensione per ottenere 5 volt da mandare alla centralina di volo, al ricevitore radio e ai controller degli ESC (per esempio un circuito UBEC). Prima di collegare la batteria LiPo alla linea di alimentazione si consiglia di effettuare tutti gli altri collegamenti.
Figura 6.5 Collegamento della centralina di volo (Arduino Pro Mini + controller Wii) agli ESC, al ricevitore radio e all’alimentazione.
Controllo ESC
Com’è noto, tutti gli ESC sono dotati di un connettore a tre fili, di cui uno è il controllo e gli altri due sono di alimentazione (5 volt e massa). I fili di controllo dei quattro ESC vanno collegati ai pin 3, 9, 10 e 11 di Arduino Pro Mini, ovvero a quattro porte digitali PWM. Facendo riferimento alla Figura 6.5, bisogna disporre i quattro motori brushless sul telaio del quadricottero X4, rispettando il senso di rotazione delle eliche e l’orientamento del naso del quadricottero. Ricevitore radio Il software MultiWii è compatibile con qualsiasi ricevitore standard dotato di minimo 4 canali o qualsiasi ricevitore con somma PPM (Pulse Position Modulation). Ricordiamo che un sistema RX/TX con codifica PPM (sum PPM) miscela il segnale generato dai joystick del radiocomando e dagli eventuali canali supplementari. I segnali miscelati vengono inviati senza nessuna elaborazione e nessun ritardo. Per il controllo radio con Arduino Pro Mini è invece previsto un collegamento alle uscite dirette del ricevitore radio non in somma PPM. Nel caso di un quadricottero è necessario disporre di un ricevitore con minimo 4 canali, ma se ne consiglia uno a 68 canali. I collegamenti del ricevitore radio ad Arduino Pro Mini sono i seguenti. Canale THROTTLE: pin 2. Canale ROLL: pin 4. Canale PITCH: pin 5. Canale YAW: pin 6. Canale MODE: pin 7. Se non si aggiunge il supporto per GPS (opzionale), non si potrà impostare una modalità di volo autonomo o guidato (Loiter), per cui le modalità di volo potranno essere Acro o Stable (Stabilize). Per la modalità Stable bisogna installare necessariamente i due controller Wii Motion Plus e Nunchuck. Lo schema elettrico completo dei collegamenti per un quadricottero con Arduino Pro Mini più controller Wii Motion Plus e Wii Nunchuck è illustrato in Figura 6.6. Controllo batteria Per avere un controllo del livello della batteria si può usare opzionalmente il pin A3, collegato a due resistenze: una resistenza da 33 kΩ in serie alla massa e una da
56 kΩ in serie al positivo della LiPo. Per avere anche una segnalazione acustica o luminosa in caso di batteria scarica, si può collegare un buzzer o un LED ad alta luminosità al pin 8 di Arduino Pro Mini.
Figura 6.6 Lo schema elettrico completo dei collegamenti per un quadricottero con Arduino Pro Mini più controller Wii Motion Plus e Wii Nunchuck.
Gimbal Per controllare un gimbal a due assi tramite due canali del ricevitore radio, si possono collegare due servomotori alle uscite A0 e A1 di Arduino Pro Mini, come illustrato in Figura 6.7. Normalmente i pin contrassegnati con la lettera “A” sono ingressi analogici, ma si possono impostare come porte digitali di uscita via software. Per fare questo bisognerà correggere il codice di configurazione del firmware MultiWii per Arduino, alla riga #define GIMBAL del file confih.h (si veda più avanti).
Figura 6.7 Collegamento di due servomotori ai pin A0 e A1 di Arduino Pro Mini.
Altre configurazioni Per avere un quadro completo di molte altre possibili configurazioni con schede compatibili con MultiWii e Arduino, si consiglia di consultare la discussione all’indirizzo: http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=1340771. Si tratta di un thread molto curato e in continuo aggiornamento del forum di RC Groups, una grande community di appassionati di modellismo, in cui si possono trovare decine di diagrammi di collegamento con Arduino Pro Mini, ma anche Seeeduino e Flyduino. Inoltre, per chi non vuole usare (o cannibalizzare) i controller Wii, sono disponibili i diagrammi per il collegamento con molti altri sensori, fra cui l’accelerometro a tre assi ADXL345 (Figura 6.8a) prodotto e venduto da Sparkfun, disponibile all’indirizzo https://www.sparkfun.com/products/9836 e il barometro BMP085 (Figura 6.8b) prodotto da Adafruit e disponibile all’indirizzo http://www.adafruit.com/products/391.
Figura 6.8 L’accelerometro a tre assi ADXL345 di Sparkfun (a). Il barometro BMP085 di Adafruit (b).
Software di configurazione MultiWii Una volta terminati i cablaggi e i collegamenti elettrici del quadricottero, bisogna caricare e configurare il firmware MultiWii per la scheda Arduino Pro Mini. Il firmware va caricato nella memoria interna della scheda Arduino Pro Mini tramite l’interfaccia IDE di Arduino e un collegamento USB dal computer alla scheda FTDI, inserita opportunamente nel connettore a sei pin della scheda Arduino Pro Mini. Se non si ha dimestichezza con l’IDE di Arduino, si consiglia la lettura del testo Il manuale di Arduino, edito da Apogeo. All’apertura del firmware MultiWii appare qualcosa di simile alla Figura 6.9. Il firmware è composto da molti file, disposti in vari tab. La freccia in figura indica il tab del file “config.h” che bisogna modificare opportunamente.
Figura 6.9 La videata con il firmware MultiWii 2.2. La freccia indica il tab del file config.h.
La prima cosa da fare è togliere il commento alla riga corrispondente al tipo di multicottero usato, nella sezione The type of multicopter. Nel nostro caso, bisogna decommentare la riga relativa alla definizione del tipo di multicottero come quadricottero X4, come indicato dalla freccia in Figura 6.10a: #define QUADX
Scorrendo il file config.h si devono de-commentare le righe relative ai sensori utilizzati nella sezione independent sensors, come indicato dalle frecce di Figura 6.10b. Nel nostro caso: #define WMP //Wii Motion Plus #define NUNCHUCK //(decommentare solo se viene collegato // un Nunchuck al Wii Motion Plus)
Gli altri (moltissimi) parametri possono essere lasciati invariati, per il momento. In fase di calibrazione del drone, si potranno/dovranno ritoccare.
Figura 6.10 La modifica al file config.h per impostare un quadricottero X4 (a). Le modifiche per impostare i sensori dei controller Wii usati (b).
Configuratore online Come anticipato, per semplificare le cose si consiglia di scaricare e usare la versione 2.2 di MultiWii. La scelta non è casuale, perché esiste un sito con un configuratore online che permette di configurare facilmente il proprio drone in pochi minuti. La pagina del configuratore per MultiWii 2.2 si trova all’indirizzo http://panoramaic.se/configurator. Probabilmente i link mostrati verranno aggiornati alle versioni successive e converrà farvi visita ogni tanto. La Figura 6.11 illustra la home page di MultiWiiCopter con tutti i campi modificabili dall’utente per impostare il tipo di drone, i sensori o la IMU utilizzata e tutti i parametri più importanti. I parametri obbligatori sono contrassegnati con un asterisco, mentre tutti gli altri sono perlopiù per utenti esperti. Una volta impostati tutti i campi, basta fare clic sul tasto Generate code in fondo alla pagina per generare il codice da copiare e incollare nella finestra config.h del firmware MultiWii.
Figura 6.11 La pagina MultiWiiCopter del configuratore online per MultiWii 2.2.
Configurazioni alternative Abbiamo visto che con il configuratore online, se si conoscono i parametri da impostare, verrà generato automaticamente tutto il codice necessario. Purtroppo la versione di MultiWii a cui si riferisce è la 2.2, mentre la versione 2.4 è molto più ricca e chissà quanto ancora verrà arricchita in futuro. Scorrendo il file config.h della versione 2.4 l’elenco di centraline e di configurazioni alternative è molto ampio. L’elenco attuale ne conta una settantina. Ecco qualche esempio di scheda completa di IMU nella sezione Combined IMU Boards, in ordine alfabetico: AEROQUADSHIELD ALLINONE ATAVRSBIN1 BOARD_PROTO
BOBS CHERRY CITRUS CRIUS DESQUARED DIYFLYING DROTEK FFIMU FLYDUINO FREEIMU GY HK_MULTIWII INNOVWORKS IOI_MINI_MULTIWII LADYBIRD MEGAWAP MICROWII MINIWII MONGOOSE MULTIWII_32U4_SE MULTIWIIMEGA NANO_PLANE NANOWII OPENLRS PIPO PROTO_DIY QUADRINO RCNET_FC SIRIUS Le suddette IMU sono tutte dotate di sensori, tipicamente accelerometri, giroscopi, barometri e magnetometri. Quando viene attivata una centralina di volo completa di IMU, di solito non è necessario aggiungere ulteriori sensori. È comunque possibile attivarli dalla sezione independent sensors. Ecco una lista di sensori supportati dal firmware e disponibili in commercio. Giroscopio: ITG3050, ITG3200, MPU3050, L3G4200D. Giroscopio + accelerometro: MPU6050, LSM330.
Accelerometro: MMA7455, ADXL345, BMA020, BMA180, BMA280, LIS3LV02, LSM303DL, MMA8451Q. Barometro: BMP085, MS561101BA. Magnetometro: HMC5843, HMC5883, AK8975, MAG3110. Sensore ultrasuoni: SRF02, SRF08, SRF10, SRF23.
Flyduino Le schede di controllo del produttore tedesco Flyduino possono essere una valida alternativa al progetto fatto con Arduino Pro Mini. Fra le numerose schede compatibili con il software MultiWii e Arduino, la scheda NanoWii è piccolissima, economica ed è già dotata del sensore MPU-6050, prodotto da InvenSense (http://www.invensense.com). Il sensore MPU-6050 contiene in un singolo chip un accelerometro a tre assi e un giroscopio a tre assi, entrambi con tecnologia MEMS. In tal modo, il sensore è molto preciso e, grazie a una risoluzione a 16 bit per ciascun canale, è in grado di catturare contemporaneamente la posizione degli assi x, y, z con precisione elevatissima. Il sensore utilizza il bus I2C per interfacciarsi con schede Arduino o simili. La scheda NanoWii è un sistema di volo completo per varie configurazioni di drone multirotore. Si basa sul processore ATmega32u4, che è il processore montato su Arduino Leonardo. Viene venduta con una striscia di pin maschio, da saldare sulla motherboard a seconda delle necessità. Questi pin andranno poi connessi agli ESC, al ricevitore radio e all’alimentazione. Essendo già dotata di interfaccia FTDI, una volta collegata alla presa USB del computer viene installata come una scheda Arduino Leonardo. Fra le caratteristiche principali ricordiamo le seguenti. USB on chip (nessuna scheda FTDI necessaria). Porta seriale aggiuntiva: è possibile utilizzare un ricevitore Spektrum Satellite di Horizon Hobby (http://www.horizonhobby.com). 6 uscite PWM ad alta risoluzione (11 bit) + 2 porte digitali di uscita per altri due motori. 2,5 kB di RAM programmabile. Pienamente compatibile con MultiWii versione 2.1 o successive. CPU a 16 MHz. Memoria flash 32 kB (per il firmware). 6 ingressi RX ad alta risoluzione (2 canali AUX). Supporto PPM in ricezione. Peso 4 grammi. Dimensioni 3,7 × 3,7 centimetri. Per acquisti e ulteriori informazioni: http://flyduino.net.
Figura 6.12 La scheda Flyduino NanoWii.
Collegamenti hardware alla scheda NanoWii La Figura 6.13a illustra la piedinatura della scheda NanoWii. Iniziamo con l’alimentazione, che può essere di tre tipi. La scheda può venire alimentata da una batteria LiPo collegata ai pin indicati come LiPo e RAW. È possibile collegare una LiPo 2S o 3S. In questo caso non è necessario collegare l’alimentazione ESC. La scheda può venire alimentata da un ESC (o UBEC). In questo caso bisogna saldare il ponticello JP2. Se viene saldato il ponticello, non si deve assolutamente collegare una batteria LiPo. La scheda può venire alimentata dal ricevitore radio (già alimentato a 5 V) tramite il pin VCC. In questo caso, bisogna lasciare il ponticello JP2 aperto. È possibile utilizzare un ricevitore radio standard a 4-6-8 canali. Solo per la connessione del canale GAS/THROTTLE vengono collegati tutti e tre i fili (segnale, alimentazione +5 e massa). Per gli altri canali sono sufficienti i fili di segnale (Figura 6.13b).
Figura 6.13 La piedinatura della scheda NanoWii (a). Collegamento a un ricevitore radio standard (b). Collegamento a un ricevitore con somma PPM (c). Il collegamento fino a 8 ESC e il senso di rotazione dei motori nelle varie configurazioni (d). I sensori esterni da collegare al bus I2C.
Se si utilizza un ricevitore con somma PPM è possibile utilizzare fino a 8 canali con un solo filo, come illustrato in Figura 6.13c. La NanoWii può essere collegata normalmente a 4 o 6 ESC, ma utilizzando i pin aggiuntivi A2 e 4, si può arrivare a 8 ESC (Figura 6.13d). Nella stessa figura sono illustrate le posizioni dei motori nelle varie configurazioni e la rotazione delle eliche: il colore più scuro indica il senso antiorario, il colore più chiaro il senso orario. Per l’eventuale monitoraggio della batteria eseguire il cablaggio illustrato in Figura 6.13e: una resistenza da 33 kΩ in serie alla massa e una da 56 kΩ in serie al positivo della LiPo. Infine, è possibile collegare qualsiasi sensore esterno nella sezione I2C della scheda NanoWii, come illustrato in Figura 6.13f. I sensori extra consigliati sono i seguenti.
Barometro: BMP085 o MS561101BA. Magnetometro: HMC5843, HMC5883, AK8975 o MAG3110. GPS: qualsiasi modello.
Configurazione software della scheda NanoWii Per la configurazione hardware della NanoWii basterebbe modificare opportunamente i parametri nel file config.h del firmware MultiWii. Esiste però una comoda configurazione di un quadricottero X4 per NanoWii pronta all’uso. Si può scaricare il firmware per l’IDE di Arduino e il relativo software per la calibrazione dal seguente indirizzo: http://ultraesc.de/downloads/MWC21nanoSetupChromeAppGUI_0991.zip. Per le versioni aggiornate del software di configurazione si consiglia di visitare il sito http://www.ultraesc.com. Una volta scaricato ed espanso il file zip, basta aprire il firmware nell’IDE di Arduino e impostare il tipo di scheda come Arduino Leonardo. Non serve modificare nulla nel file config.h. Basta solo prendere nota della velocità di trasmissione seriale, che è impostata a 115200. Dopo il caricamento del firmware nella scheda, si può iniziare la calibrazione dei parametri dell’accelerometro/giroscopio e dei canali radio tramite il software in dotazione per Chrome o, meglio, con l’applicazione MultiWiiConf contenuta nel pacchetto MultiWii.
MultiWiiConf Dopo aver modificato e caricato il firmware MultiWii nella scheda Arduino Pro Mini o il firmware NanoWii nella scheda omonima, si può iniziare la calibrazione del quadricottero aprendo il software MultiWiiConf. In Figura 6.14 è visibile la schermata principale in cui viene mostrata la configurazione letta dalla RAM della scheda, ovvero quella di un quadricottero X4. Ovviamente, in questa fase, Arduino Pro Mini o la scheda NanoWii devono essere collegate al computer con un cavo USB. Per praticità è meglio non montare la scheda sul drone durante la calibrazione.
Figura 6.14 La videata principale di MultiWiiConf.
Dal menu PORT COM della schermata principale bisogna selezionare e aprire la porta collegata alla centralina di volo, impostando la velocità di trasmissione a 115200 baud, ovvero la velocità di default che si trova nel file config.h. Si può impostare il baud rate della porta seriale dalla finestra SETTINGS di MultiWiiConf. A questo punto, premendo il pulsante START si vedranno scorrere i valori dei sensori nella finestra in basso. All’inizio si vedranno linee irregolari che non corrispondono alla posizione reale del quadricottero, rappresentato da un’immagine in 3D accanto alla finestra. Per la calibrazione dell’accelerometro, procedere in questo modo:
premere il pulsante READ per leggere i parametri dalla scheda; mettere la scheda perfettamente in piano; premere il pulsante CALIB_ACC finché non si vedono scorrere le linee dritte nella finestra, mentre le indicazioni ROLL e PITCH si spostano verso 0 gradi; quando ROLL e PITCH sono a 0 gradi, premere il pulsante WRITE per scrivere i parametri all’interno della scheda, ovvero nella EEPROM di Arduino Pro Mini o della scheda NanoWii. Si dovrà vedere qualcosa di simile alla Figura 6.15a. Provando a inclinare la scheda a 90 gradi sull’asse del rollio, si dovrebbe vedere l’inclinazione come quella illustrata in Figura 6.15b.
Figura 6.15 La schermata di MultiWiiConf con l’accelerometro calibrato in posizione piana (a). L’accelerometro piegato a 90 gradi sull’asse del rollio (b).
Collegamento al ricevitore radio
Si può collegare un qualsiasi ricevitore a 4-6-8 canali. Dato che nei capitoli precedenti abbiamo usato un sistema radio FrSky, diamo qui di seguito una breve spiegazione dei collegamenti con il ricevitore FrSky X8R e della programmazione del radiocomando Taranis X9D. In Figura 6.16 è visibile il collegamento di 5 canali del ricevitore FrSky X8R alla scheda NanoWii: 4 canali per i motori e 1 canale AUX per armare. Il ricevitore è collegato in modo standard, ovvero senza somma PPM. Ricordiamo che basta collegare solo un filo di alimentazione 5V e uno di massa, mentre per tutti i canali basta collegare i fili di segnale. Per il momento non serve rispettare un ordine preciso dei canali, perché lo si potrà fare in seguito modificando i canali di trasmissione dal mixer del radiocomando stesso o dal suo editor OpenTX, come spiegato nel prossimo paragrafo.
Figura 6.16 Collegamento fisico della scheda NanoWii al ricevitore FrSky X8R.
OpenTX Se il radiocomando non è stato impostato in precedenza per la trasmissione sui canali di ricezione di Arduino Pro Mini o NanoWii, nella schermata principale di MultiWiiConf, muovendo i joystick non accadrà niente. Anche se è possibile impostare correttamente i canali di trasmissione dal radiocomando stesso, è molto più pratico farlo attraverso un’applicazione opensource multipiattaforma molto diffusa, OpenTX Companion9X, sviluppata specificamente per radiocomandi FrSky Taranis. Le varie versioni per Windows, OS X e Linux sono disponibili al link seguente: https://code.google.com/p/companion9x. Una volta installato OpenTX Companion9X si deve creare un nuovo profilo del radiocomando dal menu File > Nuovo. Nella finestra Impostazioni generali radio apparirà un elenco con 60 profili vuoti. Facendo doppio clic su un profilo vuoto, si aprirà un wizard per la creazione guidata di un profilo. Dopo aver creato un profilo standard si potrà impostare il protocollo di trasmissione radio, per esempio FrSky XJT - D16, e il numero di canali, per esempio 8 o 16, come illustrato in Figura 6.17.
Figura 6.17 La videata delle impostazioni del profilo.
Di tutti i moltissimi parametri impostabili nel radiocomando Taranis, quelli necessari si trovano nella pagina Miscelazioni (mixer). Dalla lista dei canali, ogni canale è modificabile con un doppio clic, che apre una finestra simile a quella rappresentata nella Figura 6.18. Qui si possono impostare il nome del canale e la sorgente di input, che può essere un joystick o uno switch. Nel nostro caso si tratterà di quattro joystick (Throttle, Yaw, Roll e Pitch) e di uno switch AUX.
Figura 6.18 La videata Miscelazioni del profilo. NOTA Di solito nei radiocomandi per aeromodellismo si trovano i termini Rudder (RUD), Elevator (ELE) e Aileron (AIL) che sono sinonimi rispettivamente di Yaw, Pitch e Roll.
Una volta creato il profilo, si può controllare tutto tramite la finestra di simulazione, come illustrato in Figura 6.19a. Muovendo i joystick e i vari pulsanti o interruttori si possono controllare le assegnazioni delle sorgenti ai canali di trasmissione. Si tratta di una simulazione a video che però non interagisce fisicamente con il radiocomando. Per salvare o leggere profili già esistenti nella card SD del radiocomando è necessario collegarlo a una porta USB del computer. Prima è necessario mettere il
radiocomando in modalità Bootloader. Per fare questo bisogna accendere il radiocomando tenendo verso il centro i due Trim che si trovano sotto i joystick (Figura 6.19b). Quando appare sul display del radiocomando la scritta Taranis Bootloader, è possibile collegare il cavo USB al computer.
Figura 6.19 La finestra di simulazione (a). Operazione per mettere il radiocomando in modalità Bootloader (b).
Una volta collegato il radiocomando via USB è possibile scrivere nella card SD il nuovo profilo tramite la voce Scrivi modello e impostazioni sulla radio del menu Leggi/Scrivi. Dallo stesso menu, è possibile leggere i profili esistenti nella card del radiocomando. Da questo menu è altresì possibile leggere il firmware dalla memoria del radiocomando o scriverne uno nuovo. Per ulteriori istruzioni sull’uso del software si consiglia di accedere alla documentazione e manualistica disponibile dal menu Aiuto, che porta al sito ufficiale di OpenTX: http://www.open-tx.org.
Per terminare la procedura di calibrazione dei canali di ricezione bisogna aprire nuovamente MultiWiiConf. Se la configurazione dei canali di trasmissione è stata portata a termine con successo, si vedrà l’interruttore AUX1 accendersi e i cursori THROT, ROLL, PITCH, YAW muoversi in base ai rispettivi joystick come illustrato in Figura 6.20. Se qualche canale non corrisponde, si può sempre modificare la sorgente del canale direttamente dal mixer del radiocomando. Per informazioni e istruzioni sui radiocomandi FrSky visitare il sito http://www.frsky-rc.com. I valori minimi e massimi dei cursori impostati per il radiocomando dovrebbero essere già abbastanza calibrati dal firmware MultiWii o NanoWii. In caso di spostamenti eccessivi fuori gamma, si dovranno correggere i parametri nel file config.h.
Figura 6.20 La videata di MultiWiiConf con i controlli dei joystick.
Ulteriori calibrazioni Nella finestra principale di MultiWiiConf ci sono alcuni parametri che possono facilitare il pilotaggio del drone (Figura 6.21). Nella sezione PID si possono impostare i parametri per migliorare l’esecuzione dell’algoritmo di regolazione dei giroscopi, in base alla modalità di pilotaggio o allo stile di volo. Il controllo PID (Proportional Integral Derivative) prevede tre parametri, la cui variazione influisce sulla stabilizzazione del volo.
Proporzionale (Proportional): questo coefficiente determina l’azione sui motori in relazione ai valori misurati dai giroscopi. Se il coefficiente è alto, la risposta del drone sarà alta e viceversa. Se è troppo basso, il drone faticherà a mantenere la posizione. Integrale (Integral): questo coefficiente aumenta la precisione della posizione angolare. Quando il drone subisce dei cambiamenti di angolazione, viene applicata una correzione sui motori per ripristinare la giusta angolazione. Derivativo (Derivative): questo coefficiente permette al drone di raggiungere velocemente il comportamento richiesto. In pratica, viene aumentata la velocità di reazione del sistema. Le impostazioni di base dovrebbero essere già ottimali al primo avvio, ma si possono cambiare i valori muovendo il mouse in su o in giù sopra le caselle P, I e D relativamente a tutti i controlli del drone: Roll, Pitch, Yaw, Alt, Pos e così via. Come regola generale, si possono impostare valori elevati di PID per avere un drone molto stabile, mentre per voli acrobatici, le impostazioni PID vanno abbassate, a discapito della stabilità. Il parametro MID EXPO definisce la curva di risposta dei comandi quando vengono posti al centro. Da una risposta lineare si può arrivare a una curva esponenziale in base alla risposta dei comandi. Il parametro RATE EXPO definisce la sensibilità del drone ai comandi di beccheggio e rollio. Se il drone sembra troppo reattivo, bisogna diminuire questo valore, altrimenti, per migliorare la risposta, bisogna aumentarlo. Nella sezione AUX1, AUX2, AUX3 e AUX4 si possono attivare o disattivare le opzioni tramite quattro interruttori del radiocomando quando vengono messi nelle posizioni LOW, MID o HIGH, ovvero nelle posizioni “in basso”, “in mezzo” e “in alto”. Le opzioni disponibili dipendono dalla configurazione caricata dal firmware. Per esempio, con un interruttore impostato per LEVEL si imposta la modalità Autolevel dell’accelerometro. Con un interruttore impostato per ARM si armano o disarmano i motori, come indicato dalla freccia di Figura 6.21. Questo parametro è molto importante, perché se la centralina non riceve il comando di armare i motori, i joystick non funzionano e non si possono controllare i motori.
Figura 6.21 La finestra dei parametri PID, MID EXPO, RATE EXPO e dei canali AUX.
Collegamento ESC alla scheda NanoWii Questo paragrafo si riferisce ai collegamenti fisici degli ESC alla centralina Flyduino NanoWii. Innanzitutto bisogna effettuare una saldatura per “ponticellare” il jumper contrassegnato come JP2. In questo modo si può alimentare la scheda tramite USB e controllare il tutto con MultiWiiConf. Come si può vedere dalla Figura 6.22a, il ponticello serve ad alimentare la scheda tramite gli ESC (o UBEC), ma non tramite la LiPo. Non bisogna assolutamente collegare una LiPo se il ponticello è chiuso. Una volta alimentata la scheda via USB, si possono collegare i quattro ESC per una configurazione di quadricottero, partendo da sinistra verso destra, come illustrato in Figura 6.22b. Non è necessario collegare l’alimentazione positiva degli ESC. Bastano solo due fili, uno collegato al segnale e uno alla massa. Come già detto, si può configurare la scheda anche per un esacottero o un ottocottero. Fare riferimento alla Figura 6.13d per il corretto collegamento nelle varie configurazioni di drone. Nel caso di un quadricottero X4, il collegamento è quello di Figura 6.22c. A questo punto si possono collegare i motori agli ESC. Ricordiamo che i motori e gli ESC sono alimentati dalla LiPo del quadricottero.
Figura 6.22 Ponticello JP2 per alimentare la scheda tramite USB o ESC (a). Collegamento dei quattro ESC (b). Il collegamento per un quadricottero (c). Il pulsante AUX1 azionato per armare i motori (d).
Quindi, dal radiocomando portare il gas (Throttle) al minimo e da MultiWiiConf verificare che azionando un interruttore AUX, nel nostro caso AUX1, si accenda il pulsante ARM, a indicare che i motori sono armati. A questo punto si possono azionare i joystick per controllare che tutti i motori girino nel verso giusto. ATTENZIONE Fare questo controllo con i motori senza eliche!
Se necessario, apportare qualche modifica al codice config.h per impostare i valori minimi e massimi del Throttle, che cambiano in base al tipo di ESC montato: #define MINTHROTTLE 1150 #define MAXTHROTTLE 1850
Dopo tutta questa fatica, il quadricottero è pronto a volare. Basta montare le eliche e sperare in una bella giornata di sole.
Arduino UNO e MPU-6050 Per coloro che vogliono utilizzare una scheda Arduino UNO (o compatibile) collegata a uno o più sensori esterni fra quelli citati, diamo una breve descrizione del circuito da approntare e della modifica al file config.h del firmware MultiWii. Come si può vedere dalla Figura 6.23a, il sensore MPU-6050 (accelerometro più giroscopio) viene collegato all’alimentazione della scheda Arduino UNO in questo modo: due fili al pin 5V e massa; due fili al bus I2C, collegati rispettivamente ai pin A4 (SDA) e A5 (SCL).
Figura 6.23 Collegamento di Arduino UNO al sensore MPU-6050 (a). Il collegamento reale alternativo a una scheda Arduino UNO REV 3 (b).
Si fa notare che nelle schede Arduino UNO REV 3 i pin SDA e SCL del bus I2C sono gli ultimi due nel connettore delle porte digitali, come illustrato in Figura 6.22b. L’unica modifica da apportare al file config.h nella sezione independent sensors è la seguente: #define MPU6050 //combo + ACC
Ricordarsi di impostare nell’IDE di Arduino il tipo di scheda come Arduino UNO. Aprendo MultiWiiConf e collegandolo alla porta COM di Arduino UNO, si potrà configurare il sensore come spiegato in precedenza. Per il collegamento agli ESC
seguire lo stesso schema di porte digitali, utilizzato per la scheda Arduino Pro Mini (Figura 6.5).
Capitolo 7
Imparare a volare
Imparare da soli Pilotare un drone non è la cosa più semplice del mondo. Anche se a prima vista può sembrare facile, l’elemento che spesso i principianti tendono a sottovalutare è il “fattore rischio”, legato a imprevisti che possono andare dall’avaria di un motore alle batterie scariche, da un ostacolo improvviso ai colpi di vento. Esistono scuole a pagamento per imparare a diventare piloti provetti (si veda più avanti in questo capitolo), ma sull’onda del grande boom, sono nate anche molte “finte” scuole che non sono autorizzate dall’ENAC e quindi illegali. Si rischia di buttare al vento molti soldi e tempo. Per volare in regola è necessario conoscere il regolamento ENAC ed è obbligatorio essere assicurati per effettuare operazioni specializzate. A questo proposito si veda l’importante Capitolo 9 – Normativa ENAC, soprattutto i paragrafi dedicati all’assicurazione obbligatoria e alle severissime sanzioni. Se però si usa un po’ di buon senso, si può far pratica di volo senza arrecare danni a se stessi, ad altri o alle cose. Quali regole? Queste: esercitarsi da soli in un luogo isolato, meglio se in compagnia di un amico che sia già esperto di volo con un drone; scegliere un prato erboso pianeggiante, lontano da caseggiati o da luoghi frequentati da persone e/o animali; evitare zone con alberi; evitare zone con pali dell’illuminazione pubblica o tralicci di corrente ad alta tensione; effettuare sessioni di volo brevi; non perdere mai di vista il drone; prima di ogni decollo e dopo ogni sessione di volo, verificare sempre lo stato di carica delle batterie del drone e del telecomando; non continuare a volare fino all’esaurimento completo delle batterie; scegliere giornate di sole e senza vento; mantenere la concentrazione su quello che si sta facendo; evitare atti di esibizionismo in presenza di eventuali curiosi;
se il drone non è assicurato, evitare di volare in aree pubbliche.
Il radiocomando Il radiocomando deve essere considerato come una “prolunga” delle volontà del pilota. I due joystick sono molto sensibili ai movimenti e basta veramente poco per sbagliare una manovra. Per padroneggiare il radiocomando, bisogna innanzitutto conoscere la modalità impostata per i due joystick. Di solito sono utilizzate due modalità, chiamate in inglese MODE 1 e MODE 2, come illustrato in Figura 7.1. NOTA I termini riportati di seguito sono stati volutamente lasciati in inglese per mantenere una coerenza con l’ambiente dei droni, ovvero con tutti i software di volo, la manualistica, Internet, le scuole di volo e così via.
Il MODE 1 prevede la disposizione del joystick di sinistra con i controlli verticale e orizzontale impostati rispettivamente per Pitch e Yaw. Il joystick di destra ha i controlli verticale e orizzontale impostati per Throttle e Roll. Il MODE 2 prevede la disposizione del joystick di sinistra con i controlli verticale e orizzontale impostati rispettivamente per Throttle e Yaw. Il joystick di destra ha i controlli verticale e orizzontale impostati per Pitch e Roll.
Figura 7.1 Le due possibili modalità del radiocomando FrSky Taranis: MODE 1 (a), MODE 2 (b). MODALITÀ DEL RADIOCOMANDO TARANIS
L’impostazione predefinita nei radiocomandi FrSky Taranis (i più usati in assoluto) è MODE 2. È facilmente riconoscibile perché la leva di beccheggio e rollio è dotata di molla di ritorno, che riporta automaticamente al centro la posizione della leva, una volta rilasciata. Se per qualsiasi motivo si volesse invertire la modalità, è necessario smontare il radiocomando e invertire fisicamente la posizione dei due joystick.
Terminologia Per pilotare un drone è indispensabile diventare esperti dei quattro comandi fondamentali: Pitch, Roll, Yaw, Throttle, i quali corrispondono rispettivamente a beccheggio, rollio, imbardata e gas. Pitch Beccheggio. Si tratta della rotazione attorno all’asse trasversale.
Se si porta la leva del Pitch in avanti, il drone inclina il naso in avanti. Per fare questo, la centralina di volo riduce la velocità dei motori anteriori e aumenta la velocità dei motori posteriori. Il drone si muoverà in avanti (Figura 7.2a). Se si porta la leva del Pitch indietro, il drone inclina la coda all’indietro. Per fare questo, la centralina di volo riduce la velocità dei motori posteriori e aumenta la velocità dei motori anteriori. Il drone si muoverà indietro (Figura 7.2b).
Roll Rollio. Si tratta della rotazione attorno all’asse longitudinale. Se si porta la leva del Roll verso destra, il drone abbasserà la parte destra e alzerà la parte sinistra. Per fare questo, la centralina di volo riduce la velocità dei motori di destra e aumenta la velocità dei motori di sinistra. Il drone si muoverà verso destra (Figura 7.2c). Se si porta la leva del Roll verso sinistra, il drone abbasserà la parte sinistra e alzerà la parte destra. Per fare questo, la centralina di volo riduce la velocità dei motori di sinistra e aumenta la velocità dei motori di destra. Il drone si muoverà verso destra (Figura 7.2d).
Yaw Imbardata. Si tratta della rotazione attorno all’asse verticale. Se si porta la leva dello Yaw verso destra, il drone ruoterà sul suo asse verticale verso destra. Per fare questo, la centralina di volo aumenta la velocità dei motori contrapposti 1 e 3 e riduce la velocità dei motori contrapposti 2 e 4. Il naso del drone ruoterà verso destra (Figura 7.2e). Se si porta la leva dello Yaw verso sinistra, il drone ruoterà sul suo asse verticale verso sinistra. Per fare questo, la centralina di volo aumenta la velocità dei motori contrapposti 2 e 4 e riduce la velocità dei motori contrapposti 1 e 3. Il naso del drone ruoterà verso sinistra (Figura 7.2f).
Throttle Gas (o manetta del gas). Muovendo verso l’alto la leva del gas i motori aumentano la velocità contemporaneamente. L’effetto è quello di elevazione (in inglese Lift). La velocità dei motori diminuisce se si muove la leva del gas verso il basso.
Figura 7.2 I quattro comandi per pilotare un drone. Pitch o beccheggio in avanti (a). Pitch o beccheggio indietro (b). Roll o rollio a destra (c). Roll o rollio a sinistra (d). Yaw o imbardata a destra (e). Yaw o imbardata a sinistra (f). La lettera N indica il Nord del drone, ovvero il suo naso. NOTA D’ora in poi le illustrazioni e le spiegazioni si riferiscono a un radiocomando impostato in MODE 2.
Lezioni di volo Quelle che seguono sono semplici istruzioni per imparare a padroneggiare il radiocomando e prendere confidenza con il proprio drone. Per iniziare con il piede giusto, si consiglia di impostare la modalità di volo Loiter. Si vedano i Capitoli 4 e 5 per impostare questa modalità tramite il radiocomando. È la modalità di pilotaggio più semplice per chi inizia, perché il drone cercherà di mantenere automaticamente la posizione, l’altezza e la direzione del naso tramite il GPS. Per la prima esperienza di volo si consiglia di esercitarsi in condizioni meteo ottimali, cioè in assenza di vento, neve, pioggia o nebbia, e su un prato erboso pianeggiante per attutire eventuali cadute o atterraggi eseguiti non proprio a regola d’arte. Dopo aver collegato la batteria all’alimentazione del drone, si dovrebbe sentire il buzzer emettere qualche bip e poi smettere. Se il buzzer continua a emettere bip, significa che c’è qualcosa che non va ed è meglio ricontrollare la configurazione software del drone (si veda il Capitolo 5 – Missione di volo). I LED di sinistra rossi e i LED di destra verdi dovrebbero lampeggiare, segno che il drone non è “armato” e quindi non è “pronto al volo”. Quando i LED verdi rimangono accesi significa che il GPS ha agganciato sufficienti satelliti e quindi si possono “armare” i motori.
Armare i motori Una volta acceso il drone, si consiglia di stare a una distanza di sicurezza di circa 5 metri dietro al drone. Il naso del drone sarà dalla parte opposta, come illustrato in Figura 7.3a. La prima operazione da fare è quella di “armare” i motori, portando la leva del gas tutta in basso e a destra per circa tre secondi, come illustrato dalla freccia in alto di Figura 7.3b. Le leve del radiocomando non sono operative se il drone non viene prima armato. L’operazione di armare i motori previene qualsiasi movimento incauto dei comandi del radiocomando. Se dopo aver armato i motori non si dà gas entro dieci secondi circa, i motori verranno disarmati automaticamente dalla centralina di volo. Quando i motori sono armati, i LED rossi di sinistra non lampeggiano più e rimangono accesi. Per disarmare i motori manualmente basta portare la leva del gas tutta in basso a sinistra (freccia in basso della Figura 7.3b). Quando i motori vengono disarmati, i
LED rossi tornano a lampeggiare.
Figura 7.3 La posizione di partenza (a). Come armare e disarmare i motori (b).
Hovering Il termine inglese hovering significa “librarsi”, ma in gergo aeronautico indica il “volo a punto fisso”, cioè il tipico volo di un elicottero quando resta fermo su un punto a velocità nulla a una quota costante. L’hovering è la prima manovra da imparare con un drone. In pratica, bisogna cercare di farlo galleggiare in aria su un punto fisso, senza nessun movimento in basso o in alto, a destra o a sinistra, in avanti o indietro: come i colibrì quando si nutrono succhiando il nettare dai fiori. Soprattutto per operazioni di videosorveglianza e per la ripresa video, imparare bene questa manovra può risultare molto utile. Decollo In aeronautica, il decollo di un aeromobile è la fase più delicata. Se gli aerei ad ala fissa hanno bisogno di una pista per aumentare la velocità e sfruttare la portanza per sollevarsi, per un drone che decolla in verticale la cosa diventa più complicata.
Per sollevare il drone da terra bisogna muovere la leva del gas gradualmente verso l’alto. Si vedranno ruotare le eliche del drone in modo proporzionale alla posizione della leva del gas, per cui bisogna compiere questa azione molto lentamente. Aumentando il gas, a un certo punto il drone si solleverà da terra traballando un po’ a causa dell’effetto suolo (si veda il riquadro qui di seguito). Ricordiamo che l’effetto suolo è del tutto normale perché è la diretta conseguenza del flusso d’aria che colpisce il terreno sottostante e normalmente favorisce l’hovering di un elicottero. Ma con eliche che girano in senso contrario per creare la coppia di reazione, la turbolenza prodotta da differenti pressioni disturba la stabilità, per cui è meglio non restare troppo in questa posizione un po’ traballante. Alzando il drone a circa un metro di altezza l’effetto suolo scompare e si vedrà il drone librarsi nell’aria in hovering. Superato il momento emozionante del decollo, continuare a sollevare la leva del gas fino a raggiungere un’altezza di circa 1,5-2 metri. Il drone va tenuto fermo in questa posizione fissa senza muovere la leva del gas (Figura 7.4). Se però il drone si sposta leggermente verso l’alto o verso il basso, bisogna correggere la posizione con piccoli movimenti sulla leva del gas. Se non si riesce a mantenere un hovering con i comandi fermi e si vede il drone muoversi autonomamente, bisognerà agire sui Trim del radiocomando (si veda il Capitolo 4 – Drone fai-da-te).
Figura 7.4 Fase di decollo. Portare gradualmente la leva del gas a circa metà corsa.
Se si prova a dare più gas (senza esagerare), si vedrà il drone sollevarsi ancora. È meglio fermarsi a circa 4-5 metri e rimanere in hovering a questa altezza. Dopo circa trenta secondi, togliere delicatamente il gas per scendere di quota e riportarsi di nuovo a circa 2 metri. Durante queste operazioni è utile muoversi attorno al drone in hovering, tenendo sempre in mano il radiocomando, per prendere confidenza con la zona di volo. Bisogna sempre tenere gli occhi puntati sul drone e mai verso il radiocomando. Camminando attorno al drone in hovering ci si libera un po’ anche dai timori della prima esperienza di volo. Atterraggio Dopo un paio di minuti di esercizi di hovering a diverse altezze è meglio atterrare. L’atterraggio è la fase più temuta da tutti i piloti. Riducendo gradualmente il gas, il drone si abbasserà lentamente. A circa mezzo metro da terra inizierà a traballare a causa dell’inevitabile effetto suolo. Bisogna cercare di portare a terra il drone senza troppi scossoni e posizionare la leva del gas a zero. A questo punto, i motori saranno fermi e si possono disarmare manualmente oppure attendere che lo faccia la centralina di volo in modo automatico. Dopo l’atterraggio (auspicabilmente senza alcun danno) è utile ripetere più volte l’esercizio di hovering a diverse altezze per prendere confidenza con la leva del gas e con le fasi di decollo e di atterraggio. Anche se la voglia di andare in alto è molto forte, nei primi voli è meglio non esagerare. Prima di ogni decollo controllare sempre lo stato delle batterie. EFFETTO SUOLO In aeronautica, l’effetto suolo è la conseguenza della vicinanza al suolo nelle immediate vicinanze di una ala. Che si tratti di un’ala fissa o di un’ala rotante, i vortici d’aria che si creano sotto l’ala sono alla base della cosiddetta portanza, ovvero la forza che permette il sostentamento in volo di un mezzo aereo. Nella figura qui sotto è schematizzato l’effetto suolo. La vicinanza al suolo di un’elica rotante crea una pressione maggiore, per cui, di solito, con un elicottero, si può decollare e stazionare in hovering vicino al suolo molto facilmente. Ma in un drone la rotazione inversa delle eliche in coppia di reazione crea differenti pressioni e quindi una turbolenza al livello del suolo, costringendo a effettuare manovre correttive per compensare le diverse pressioni.
Imbardata Una volta acquisita l’esperienza di hovering, la seconda manovra da imparare è quella dell’imbardata. Ricordiamo che il radiocomando usato per questi esercizi è impostato in MODE 2 quindi i comandi Yaw (imbardata) e Throttle (gas) si trovano sulla stessa leva di sinistra. Lo scopo dell’imbardata è quello di far ruotare il drone sul suo asse verticale, ovvero portare il suo naso verso destra o verso sinistra, come illustrato in Figura 7.5. Con il drone in hovering a circa 5 metri di altezza, con la coda sempre rivolta verso il pilota, l’esercizio è quello di riuscire a eseguire un’imbardata di 90 gradi a destra, un’imbardata di 90 gradi a sinistra per riportarlo nella posizione di partenza e un’imbardata di 90 gradi a sinistra. In questo modo si orienta il naso del drone a destra, di nuovo al centro e a sinistra. Per fare questo, basta portare gradualmente la leva dello Yaw a destra e sinistra, con movimenti delicati. Ci si accorgerà che la velocità dell’imbardata è proporzionale alla velocità di spostamento della leva. Dopo alcune imbardate a destra, di nuovo al centro e a sinistra, riportare la coda del drone verso il pilota. A questo punto, eseguire un’imbardata di 180 gradi per orientare il naso del drone verso il pilota. Da questa nuova posizione, provare a eseguire un’imbardata di 90 gradi a destra, 90 gradi al centro e 90 gradi a sinistra, questa volta però con il naso del drone rivolto verso il pilota. Eseguire ancora un’imbardata di 180 gradi per riportare la coda dalla parte del pilota. Infine, provare a eseguire un’imbardata di 360 gradi a destra o a 360 gradi a sinistra per riportare il drone nella posizione di partenza, perché compie un’intera rotazione attorno al suo asse verticale. Al termine dell’esercizio, fermarsi in hovering per qualche secondo e atterrare.
Quello di imbardare il drone è un esercizio molto utile, perché, nel caso di riprese o fotografie aeree, permette di cambiare il punto di fuga della prospettiva, specialmente se non si è dotati di un gimbal controllato manualmente.
Figura 7.5 L’imbardata di 90 gradi a destra e 90 gradi a sinistra del drone.
Beccheggio e rollio Ricordiamo che nel radiocomando impostato in MODE 2 i comandi di beccheggio e rollio sono entrambi sulla leva di destra. Una molla riporta sempre la leva al centro. Un buon esercizio per fare pratica in una missione di volo è quello del cosiddetto “volo traslato”. Il volo traslato consiste nel diversificare il punto di decollo da quello di atterraggio. Avanti e indietro Innanzitutto, bisogna scegliere un punto di atterraggio a circa una decina di metri dal punto di decollo. Come riferimento si può scegliere un sasso o un fiore o qualcosa da definire come obiettivo da raggiungere. Tenendo la coda rivolta verso il pilota, effettuare il decollo e rimanere in hovering a circa 5 metri di altezza. Quindi, muovere in avanti molto lentamente la leva del
Pitch (beccheggio). Si vedrà il drone puntare il naso verso il basso e muoversi nella direzione dell’obiettivo. Se si perde leggermente quota, è necessario dare un po’ di gas, senza esagerare. Una volta raggiunto l’obiettivo, riportare la leva del Pitch in posizione di riposo e rimanere in hovering per qualche secondo. A questo punto effettuare l’atterraggio con la manovra descritta prima. Una volta atterrati sull’obiettivo a circa 10 metri, effettuare un nuovo decollo e rimanere in hovering a circa 5 metri di altezza. Effettuare un’imbardata di 180 gradi (attenzione, il muso è rivolto verso il pilota) e muovere in avanti la leva del Pitch per portare verso il punto di partenza il drone. A questo punto, con il drone in hovering a 5 metri sopra l’obiettivo, effettuare un beccheggio all’indietro portando la leva del Pitch verso il basso. Si vedrà abbassarsi la coda del drone che indietreggerà. Portarsi nel punto di partenza e rimanere in hovering per qualche secondo, quindi effettuare l’atterraggio. Ripetere questo esercizio di volo traslato per abituarsi a prendere le misure a occhio quando si ci sposta nello spazio aereo. È importante non esagerare con la velocità, perché non si può frenare in aria! Bisogna sempre calcolare che negli spostamenti avanti e indietro agisce sempre la forza di inerzia, che è proporzionale alla velocità. Per cui bisogna sempre decelerare con la leva del beccheggio prima di fermarsi del tutto. La Figura 7.6 illustra le posizioni beccheggio in avanti e indietro usando la leva del Pitch del radiocomando.
Figura 7.6 Posizioni beccheggio in avanti e indietro usando la leva del Pitch del radiocomando.
Destra e sinistra Con il rollio a destra e a sinistra si effettuano le cosiddette “virate”, ovvero le rotazioni sull’asse longitudinale. Spostando la leva del Roll (rollio) si vedrà il drone piegarsi su un lato e avanzare verso destra o verso sinistra. L’esercizio è utile per spostarsi liberamente nello spazio aereo durante la missione di volo, mantenendo il naso del drone in una certa posizione. Anche in fase di rollio è sempre consigliabile non esagerare con la velocità e muovere la leva molto delicatamente verso destra o verso sinistra. Iniziamo l’esercizio, decollando dal consueto punto di partenza con la coda sempre rivolta verso il pilota. Portare lentamente la leva del Roll verso destra e si vedrà il drone piegarsi e avanzare sul lato destro. Riportare la leva del Roll al centro e rimanere in hovering per qualche secondo. Quindi, portare la leva del Roll verso sinistra e si vedrà il drone piegarsi e avanzare e avanzare sul lato sinistro.
La Figura 7.7 illustra le posizioni di rollio a destra e a sinistra usando la leva del Roll del radiocomando.
Figura 7.7 Le posizioni di rollio a destra e a sinistra usando la leva del Roll del radiocomando.
Effettuare varie virate a destra e a sinistra per prendere confidenza con la leva del Roll. Per rendere l’esercizio più interessante, effettuare un’imbardata di 90 gradi a sinistra. Ora il naso del drone punta a Ovest. Con il naso piegato a 90 gradi rispetto alla posizione del pilota, effettuare una virata a destra cercando di raggiungere il punto di atterraggio predisposto in precedenza. Effettuare quindi un’imbardata di 180 gradi a destra. Ora il naso del drone punta verso Est. Effettuare una virata a sinistra cercando di raggiungere il punto di partenza. A questo punto si può effettuare l’atterraggio e far riposare il drone. Cambiare posizione Dopo aver effettuato alcuni voli di prova usando le suddette tecniche di volo, è bene cambiare la propria posizione.
Ecco una sequenza di operazioni utili: dopo il decollo dal punto di partenza, portare il drone a circa 2 metri; eseguire un beccheggio in avanti a velocità moderata; camminare dietro al drone rimanendo sempre a circa 2 o 3 metri di distanza; eseguire un’imbardata e seguire il drone in quella direzione; eseguire varie altre manovre e procedere assieme al drone senza mai perdere terreno. Questo esercizio è utile per l’orientamento e per avere un contatto visivo diretto con il proprio drone. Prima di avventurarci in missioni a quote più elevate o di allontanare il drone dal punto di decollo, bisogna avere il controllo totale del radiocomando, in modo da operare immediatamente in caso di emergenza. Volo circolare Probabilmente è la manovra più difficile da imparare, perché impegna due movimenti coordinati dei joystick. Eseguire il volo circolare è difficile anche per un pilota esperto. Per questo esercizio portare il drone a circa 5 metri ed eseguire un’imbardata a destra ed effettuare una virata a destra cercando di descrivere una circonferenza in senso orario. La difficoltà sta nel coordinare i movimenti delle leve dello Yaw e del Roll verso destra, che andranno continuamente mosse per correggere la posizione (Figura 7.8). La raccomandazione è quella di eseguire movimenti molto lenti, per non perdere il controllo. All’inizio è meglio effettuare traiettorie larghe, ovvero circonferenze di almeno 10 metri di diametro. In seguito si potrà stringere il cerchio effettuando virate e imbardate strette. Ripetere più volte l’esercizio del volo circolare a destra prima di iniziare il volo circolare a sinistra in senso antiorario. I movimenti da coordinare delle leve dello Yaw e del Roll saranno verso sinistra.
Figura 7.8 Volo circolare in senso orario da effettuare con i comandi coordinati di Yaw e Roll del radiocomando.
Figura otto orizzontale Se si supera lo scoglio del volo circolare in senso orario e antiorario, si può passare a eseguire la figura otto orizzontale, come illustrato in Figura 7.9. La figura otto orizzontale si distingue dalla figura “otto cubano” che invece è una classica manovra difficilissima eseguita in verticale solo in ambiente acrobatico da aeromobili (o aeromodelli) ad ala fissa, che prevede di volare capovolti, cosa assolutamente da evitare con i droni. Nonostante si tratti di una tecnica di volo per appassionati di gare di aeromodellismo, è consigliabile impratichirsi con la figura otto, perché impegna moltissimo sia il pilota sia il drone. In pratica, si tratta di disegnare in aria un “8” mettendo insieme una manovra di volo circolare in senso orario e una in senso antiorario. La parte più difficile della manovra è cercare di passare attraverso il centro dell’otto.
Figura 7.9 Figura otto da effettuare coordinando il volo circolare a destra e il volo circolare a sinistra.
La burocrazia oltre la pratica Anche diventando dei provetti piloti facendo pratica con il proprio drone, se si vogliono svolgere attività che non siano ricreative o sportive, è necessario ottenere l’attestato di competenza SAPR (Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto), ovvero quello che viene volgarmente chiamato “patentino”, ma che non ha nulla a che fare con una patente o una licenza di volo. In altre parole, per le operazioni specializzate è necessario richiedere un’autorizzazione ENAC e ottenere la competenza per il pilotaggio da una scuola SAPR. Per i dettagli si veda anche il Capitolo 9 – Normativa ENAC.
Scuole per piloti SAPR Dall’estate 2014 l’ENAC (Ente Nazionale per l’Aviazione Civile) ha iniziato i certificare le scuole di volo che hanno richiesto l’autorizzazione per diventare scuole per piloti SAPR, ovvero scuole per Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto. Le scuole per piloti SAPR certificate sono le uniche che possono rilasciare l’attestato di competenza, come previsto dal regolamento ENAC (si veda il Capitolo 9 – Normativa ENAC). Come descritto nel regolamento, è obbligatorio possedere il “patentino”, come è diventato di moda chiamarlo, per le attività di volo critiche e non critiche. In realtà si tratta di un’autorizzazione per svolgere operazioni specializzate. In base all’elenco pubblicato il 6 marzo 2015, le scuole certificate o, come le chiama ENAC, le “organizzazioni di addestramento per l’attestato di competenza SAPR”, sono circa un’ottantina. A beneficio di coloro che vogliono prendere informazioni o iscriversi ai corsi di addestramento SAPR, riportiamo gli indirizzi dei centri di addestramento autorizzati ENAC nella Tabella 7.1, in fondo a questo capitolo. Il documento aggiornato è comunque disponibile sul sito ENAC all’indirizzo https://www.enac.gov.it/ (tramite la casella Cerca nel sito ricercare “organizzazioni di addestramento”). ATTENZIONE Sull’onda della moda dei droni, molte organizzazioni si spacciano per centri di addestramento autorizzati ENAC. Bisogna stare molto attenti a non farsi attrarre da annunci sibillini e prendere le dovute informazioni sulle scuole certificate e sui corsi SAPR.
Il corso SAPR La parola d’ordine è “scegliere la scuola giusta”. Bisogna prendere informazioni sulla qualità dei corsi e dei piloti che insegnano nella scuola, che spesso è un Aeroclub o una scuola di Volo da Diporto o Sportivo (VDS). La scuola deve essere obbligatoriamente presente nell’elenco dei centri di addestramento autorizzati dall’ENAC. Bisogna prendere visione del syllabus (programma del corso) e chiedere se è possibile ottenere anche il disbrigo delle pratiche burocratiche per le autorizzazioni per le operazioni specializzate. Come da specifiche ENAC, un corso non può durare meno di 33 ore. Di solito i corsi durano un paio di weekend. Ci sono scuole che hanno convenzioni alberghiere
per allievi fuori sede e talvolta è meglio frequentare una scuola rinomata invece di quella a due passi da casa.
Una scuola SAPR Di tante organizzazioni di addestramento abbiamo scelto una scuola italiana rinomata per la sua serietà: la Scuola di Volo “Ali di Classe”, di Lido di Classe (RA), diretta dall’ing. Andrea Fanelli. È la numero 9 dell’elenco ENAC. Abbiamo chiesto e ottenuto l’autorizzazione a pubblicare i contenuti del corso SAPR della scuola, che riportiamo integralmente qui di seguito. Corso per pilota SAPR Durante lo svolgimento del corso, oltre alla regolamentazione teorica richiesta da ENAC, si studiano anche gli argomenti attinenti alla figura dell’Operatore e alle sue attività, come per esempio: attività e responsabilità; documentazione da approntare per le Dichiarazioni di Rispondenza e/o Domande di Autorizzazione; struttura di un Manuale di Volo; struttura di un Manuale delle Operazioni; cenni introduttivi alla Valutazione dei Rischi. In ogni caso, durante tutto lo svolgimento delle lezioni, vengono sistematicamente evidenziati agli aspetti teorici/pratici rilevanti per l’impostazione e condotta in sicurezza delle attività di volo, con l’obiettivo di far nascere una “Mentalità della Sicurezza” che vorremmo accompagnasse sempre il Pilota e l’Operatore. 1. Normativa rilevante per SAPR, (sito ENAC) Regolamento Mezzi Aerei a Pilotaggio Remoto. Circolari, Linee Guida e altri documenti rilevanti. La figura dell’Operatore: compiti e responsabilità. Il Pilota: doveri e responsabilità. Documentazione dei SAPR e delle Operazioni. 2. Enti Aeronautici ENAC ENAV.
AECI. 3. Spazi Aerei Definizioni “classiche” di Aviazione Generale. Nuovi concetti per volo SAPR (V70, V150, Buffer e così via). 4. Regole dell’Aria Documentazione Aeronautica. Carte aeronautiche, AIP, NOTAM. Manuale di Volo. Manuale delle Operazioni (cenni). Documenti “di bordo” e Registrazioni dei voli. 5. Radiocomunicazione Concetti basilari (spettro frequenze, modulazioni, interferenze). Radiocomandi: funzioni, criticità, rischi, prevenzione. Radiolink ausiliari: funzioni, criticità, rischi, prevenzione. Comunicazioni Aeronautiche VFR (cenni). 6. Aerodinamica e meccanica del volo con particolare attenzione alle configurazioni degli APR: funzioni, criticità, rischi, prevenzione Differenze tra Dirigibili, Ala fissa, Elicotteri, Multirotori (Aerostati, Aerodine). Profili, Portanza, Resistenza, Stallo, Ipersostentatori, Potenza. Curve Cp, Cr, Efficienza, Angoli critici e caratteristici. Baricentro e centraggio, limiti di escursione, momenti di inerzia (criticità, rischi, prevenzione). Stabilità aerostatica, stabilità aerodinamica, Fly by wire (instabilità controllata da IMU/FCU): funzioni, criticità, rischi, prevenzione. Tipi di propulsori e di accumulo di energia (termici, elettrici): funzioni, criticità, rischi, prevenzione. Tipi di sistemi di Controllo e Comando (Sensori, Attuatori, Superfici aerodinamiche, anelli di retroazione, stabilità). 7. Sistemi di Controllo e Comando remoto: funzioni, criticità, rischi, prevenzione Radiocomandi: funzioni, criticità, rischi, prevenzione. Sensori Inerziali. Sensori Satellitari: funzioni, criticità, rischi, prevenzione.
Altri Sensori (barometrici, ottici, acustici e così via). IMU ed FCU: funzioni, criticità, rischi, prevenzione. SW di pianificazione, monitoraggio, controllo del volo, Modi di volo assisititi e automatici: funzioni, criticità, rischi, prevenzione. Telemetria e OSD: funzioni, criticità, rischi, prevenzione. 8. Payload e sua gestione: funzioni, criticità, rischi, prevenzione Sistemi “RealTime”, telemetria. Sistemi “Batch” (e misti). Post Processing dei dati, impatto sulle modalità di volo e caratteristiche del SAPR: funzioni, criticità, rischi, prevenzione. 9. Meteorologia Aria, Acqua, Terra, Sole e interazioni. Micro meteorologia. Vento Ostacoli e Turbolenze. 10. Procedure e Sistemi di Sicurezza nei SAPR: funzioni, criticità, rischi, prevenzione Atteggiamento: “Sicurezza proattiva” Handling (Trasporto, montaggio/smontaggio, imballaggio). Security. Contingency. Uso delle CheckList. Per ulteriori informazioni visitare il sito: http://www.alidiclasse.info.
Le scuole SAPR in Italia Qui di seguito vengono riportati gli indirizzi dei centri di addestramento autorizzati ENAC in Italia. L’elenco è aggiornato al 6 marzo 2015.
1
Tabella 7.1 Elenco dei centri di addestramento autorizzati ENAC. FTO Padova S.r,l.Via Sorio 89 c/o Aeroporto Aerotech Via Salaria 825 00138 Roma Civile di Padova 35141 Padova 2
[email protected] Tel.
[email protected] Tel. 049723402 8125100
3
Aeroclub di Varese Aeroporto A. Ferrarin 21040 Venegono Inferiore (VA)
[email protected] 4 Tel. 0331864128
TRTO Agency 6 Kolokotroni 1101 Nicosia Cipro
[email protected] Tel. +393933330359
5
Aeroclub Volere e Volare Via V. Spurinna 105 6 Roma
[email protected] Tel. 06-9859002
Centrovolo A.s.d.Fraz. Semonte Croce 162 06024 Gubbio (PG)
[email protected] Tel. +39-075-9275222
Aero Club Belluno Via Caduti 14 Settembre 1944 n.32 32100 Belluno
[email protected] Tel. 043730667
7
Alpha Lima Aviation srl Via G. Giolitti 4 10123 Torino
[email protected] Tel. +39 011 542284
9
Avio Club dell’Umbria Via Case Sparse Aviosuperficie Club Astra Via Strada Provinciale Montemelino 37 Magione (PG) 4 snc 27030 Mezzana Bigli (PV) 10
[email protected] Tel.
[email protected] Tel. 0384-88097 4931814
8
Aero Club della Vestina “Volandia”Loc. Fiorano A.G.V.S.Via de Rolandi 1 20156 Milano 11 31 65015 Loreto A. (PE)
[email protected] Tel. 12
[email protected] Tel. 335 0857993326 7305530 Elifriulia s.r.l.Piazzetta Luigi Coloatto 1 34077 13 Ronchi dei Legionari (GO)
[email protected] Tel. 0481 778901/2
ASD Ready to Fly Via Plicca n.2 48018 14 Faenza (RA)
[email protected] Tel. 338-8583486
Aeropubblicità Vicenza s.r.l. Via R. Leoncavallo 15 18 36030 Caldogno(VI) info@aeropubblicità.it Tel. 0444-585533
16
Scuola di Volo Ali di Classe Viale dei Lombardi 56 48125 Lido di Classe 17 (RA)
[email protected] Tel. 3357634630
Aero Club di Salerno Aeroporto Salerno18 Pontecagnano 84098 Pontecagnano (SA)
[email protected] Tel. 0828-54355
CESD s.r.l.Via della Ferratella in Laterano 25 19 00184 Roma
[email protected] Tel. 075-5928701
Aero Club di Cremona Aeroporto Migliaro Via Bergamo km.3,2 26100 Cremona 20
[email protected] Tel. 0372560895
Aero Club L’Aquila Aviosuperficie L’Aquila 21 67026 Poggio Picenze (AQ)
[email protected] Tel. 3245337367
ICARO S.r.l.Via Tuscolana n. 687 00174 22 Roma
[email protected] Tel. 0676967443
23
Aero Club Bari 70128 Aeroporto Bari Palese
[email protected] Tel. 080-5316202
Aero Club Red Baron Club Via Falascosa snc 04022 Salto di Fondi (LT) 25
[email protected] Tel. 3387399175/3930342809
Il Falco Via Prati Nuovi 1 10035 Mazzè (TO)
[email protected] Tel. 347-9775565
AIRMAN S.r.l.Via Spilimbergo n. 202 24 33034 Fagagna (UD)
[email protected] Tel. 0432-801075 NOVARIS S.r.l.Via Papa Giovanni XXIII 26 n.6 27058 Voghera (PV)
[email protected] 348-2437988
Aero Club Accademia Volo Imperiali Via Chirulli Advanced Aviation Via Nicolò Tommaseo 29 72021 Francavilla Fontana 14 09131 Cagliari 27 28 (BR)
[email protected] Tel.
[email protected] Tel. 3483339030752/3313733315 6502158 Aero Club Ancona 60015 Aeroporto delle 29 Marche Falconara Marittima (AN)
[email protected] Tel. 071-9188966
BIOFLY S.r.l.Via Pontinia Km. 34 00040 30 Ardea (Roma)
[email protected] Tel. 0691968133
Cantor Air s.r.l. Via G. Falcone 15 24126 31 Bergamo
[email protected] Tel. 035-520035
FLYGEST TEAM S.r.l.Via dell’Aeronautica 32 n. 15 42124 Reggio Emilia
[email protected] Tel. 0522-431575
Università del VDS Via Caposile 41 30027 San 33 Donà di Piave (VE)
[email protected] Tel. 333-2514904
ASD Club Volo Flyscabris Località Podere 34 Le Cascine 22 58020 Scarlino (GR)
[email protected] Tel. 347 4843584
Aero Club Volovelistico Alpino Via delle Ghiaie 35 1 24030 Valbrembo (BG) info@ava-
Milano Mongolfiere Frazione Monte 7 27019 Villanterio 36 (PV)
[email protected] Tel.
valbrembo.it Tel. 035-339219 Elitaliana Training Academy s.r.l. Via Salaria 37 2061 00138 Roma
[email protected] Tel. 0688521298
39
Aero Club di Roma Via Salaria 825 00138 Roma
[email protected] Tel. 06-8120290/7
ASD Fly & Joy Casali Pasch 13/A 33040 41 Premariacco (UD)
[email protected] Tel. 0432729778
0382-973674 Associazione Volovelistica Rivoli di Osoppo Via delle Presate 33010 Rivoli di 38 Osoppo (UD)
[email protected] Tel. 0432986250 Eurotech Via Valeriana 8 23010 40 Caiolo(SO)
[email protected] Tel. 0342-354013 Aero Club di Treviso Via Noalese 67 31100 Treviso 42
[email protected] Tel. 0422-435071
Aria dell’Elba Vicolo A. Catalani 2 57034 Aero Club di Parma Via Mantelli 19/A 43126 Campo nell’Elba (LI) 43 44 Parma
[email protected] Tel. 0521-980204
[email protected] Tel. 3276524418 MDLFLY s.r.l.s.Via Sandro Pertini 8 66020 San 45 Giovanni Teatino (CH)
[email protected] Tel. 0852405541
FLAMP S.A.S.Via Igino Garbini n. 124 46 01100 Viterbo
[email protected] Tel. 3351859347
Helispin s.r.l.Via delle Ghiaie 1 24030 47 Valbrembo (BG)
[email protected] Tel. 366 6461392
Aero Club Palermo “Beppe Albanese”Piazza Pietro Micca 1 90137 48 Palermo
[email protected] Tel. 091-6680785
Aibotix Italia S.r.l.Via F.D. Guerrazzi 19 00198 49 Roma
[email protected] Tel. 06 56566593
Air Vergiate srl “Alessandro Passaleva”Via Ferriera 30 21018 Sesto 50 Calende (VA)
[email protected] Tel. 0331-946151
Aero Club Benevento Aviosuperficie C/da 51 Olivola snc 82100 Benevento
[email protected] Tel. 0824-776264
SoleMareVolo asd Via Mar Ionio snc (Litoranea) 84098 Pontecagnano Faiano 52 (SA)
[email protected] Tel. 089-2025271
GeoSkyLab S.r.l.Via Locatelli n. 31 53 24121Bergamo
[email protected] Tel. 3498095262
Flying Club Sabaudia Via Litoranea km.18,500 Pod.2082 04016 Sabaudia 54 (LT)
[email protected] Tel. 0773593040
SAPRITALIA Via Negarville n.13 10135 Torino 55
[email protected] Tel. 0113409838
Aero Club di Pisa Aviosuperficie Valdera 56033 Capannoli 56 (PI)
[email protected] Tel. 0587-608124
Aero Club Vercelli Aeroporto Carlo Del Prete Viale Aeronautica Francis Lombardi 46 13100 57 Vercelli
[email protected] Tel. 0161250791
ASD Girofly Via Antenna 9 55041 58 Capezzano (LU)
[email protected] Tel. 333-2222215
Aero Club Arezzo Via F. Baracca 52100 Arezzo 59 Aeroporto Molin Bianco
[email protected] Tel.0575-324282
Volare Lontano ASD Via Pra’ Novei 12 60 Thiene (VI)
[email protected] Tel. 348-0164174
Aero Club di Modena Via dell’Aeroporto 140/A 41123 Marzaglia 61 (MO)
[email protected] Tel. 059-388090
ASD Blue Arrows Aviosuperficie Parco Livenza Via Fosson 102 30029 Santo 62 Stino (VE)
[email protected] Tel. 0421311860
Aero Club di Savona Aeroporto Villanova
North West Service S.r.l.C.so Re Umberto
63 d’Albenga 17038 Villanova d’Albenga (SV)
[email protected] Tel. 0182-582919
64 54 10121 Torino
[email protected] Tel. 0124-422018
ASD Club Volo Valtiberina Piazza G. Matteotti 4 Associazione Volovelistica Scaligera Logge Bufalini 06012 Città di Aeroporto Boscomantico 37139 Verona 65 66 Castello(PG)
[email protected] [email protected] Tel. 335Tel. 366 2959724 6151882 Avio Club Montalto Dora Regione Ghiare snc 67 10016 Montalto Dora (TO)
[email protected] Tel. 339-3156867
Aeroclub Casalese “N.S.I. Palli” SS31 per Alessandria 15033 Casale Monferrato 68 (AL)
[email protected] Tel. 0142452556
Aero Club Serristori Loc. Manciano n.225 69 52044 Castiglion Fiorentino (AR)
[email protected] Tel. 0575-653445
Air Salento ASD Aviosuperficie “Corte”S.P. 361 Maglie-Gallipoli km.3 70 73020 Melpignano (LE)
[email protected] Tel. 0832317001
Aero Club “Luigi Sella” Biella Via Monte 71 Mucrone 2 13882 Cerrione (BI)
[email protected] Tel.015-21167
Aero Club di Bolzano Via F. Baracca 1 72 39100 Bolzano
[email protected] Tel. 0471-250165
73
Aero Club Torino Strada Berlia 500 10146 Torino
[email protected] Tel. 011-7790916
Aero Club Ceraso Via della Libertà 74 70029 75 Santeramo in Colle (BA)
[email protected] Tel. 080-3036603 Aero Club Firenze Via del Termine 11 50127 77 Firenze
[email protected] Tel. 055317313
Link Campus University Via Nomentana 74 335 00162 Roma
[email protected] Tel. 0640400245 Nuovi Sistemi S.r.l.Via Casal dei Pazzi 76 121 00156 Roma
[email protected] Tel. 06-4072122
Assicurazione obbligatoria Il 30 aprile 2014 è entrato in vigore il Regolamento ENAC riguardo i “Mezzi aerei a pilotaggio remoto”, redatto il 16 dicembre 2013, che introduce l’obbligo assicurativo di Responsabilità Civile verso terzi, derivante dall’utilizzo dei Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto (SAPR), genericamente definiti “droni”. Per i dettagli si veda il Capitolo 9 – Normativa ENAC.
Capitolo 8
La videoripresa aerea
Avvertenza L’articolo 16 del regolamento ENAC, riguardante le regole dell’aria, al paragrafo 3 si esprime in questo modo: “Le operazioni sono condotte nel volume di spazio V70 o V150 e nell’ambito delle seguenti condizioni a una distanza orizzontale di sicurezza adeguata dalle aree congestionate, non inferiore a 150 m, e a una distanza di almeno 50 m da persone e cose, che non sono sotto il diretto controllo dell’operatore”. In altre parole, è vietato volare sopra la testa della gente. Purtroppo fanno notizia molti incidenti a persone occorsi per l’incuria di incoscienti. Quando un drone è in panne viene giù come un sasso e non c’è nulla che possa rallentarne la caduta, e se il drone è di un certo peso, si possono procurare ferite gravi alle persone o danni alle cose. Dal lato legale, la persecuzione è di carattere penale. Ricordiamo che le operazioni specializzate sono soggette alla stipula obbligatoria di un’assicurazione RC adeguata. Per maggiori informazioni si consiglia vivamente la lettura del Capitolo 9 – Normativa ENAC.
Videoriprese amatoriali I droni giocattolo sono spesso dotati di una telecamera in grado di effettuare registrazioni video su una card SD. Un esempio è il già citato mini drone Hubsan X4 H107C (www.hubsan.com), illustrato in Figura 8.1a. Se il drone giocattolo non ha la telecamera incorporata o non è prevista come optional, è sempre possibile aggiungere una leggerissima videocamera MiniDV con memoria interna (Figura 8.1b) o con card SD rimovibile (Figura 8.1c). In Figura 8.1d è illustrata una videocamera MiniDV che registra su card SD addirittura in formato video 1080p/30 fps.
Figura 8.1 Il mini drone Hubsan X4 H107C con videocamera incorporata (a), una videocamera MiniDV con memoria interna (b), una MiniDV con card SD (c) e una MiniDV con risoluzione fino a 1080p/30 fps.
Anche se la qualità del video registrato su card dipende dalla videocamera e, di solito, si possono ottenere filmati di buona qualità, in questi droni giocattolo, essendo la video camera fissa, il tipo di ripresa che si può effettuare è solo “in soggettiva”,
ovvero dal punto di vista del drone. In altre parole, non è possibile cambiare l’angolazione della ripresa durante il volo. Per esempio, non è possibile riprendere con l’obiettivo rivolto verso il basso. Un altro aspetto negativo è la qualità della ripresa, che spesso è scadente perché il drone piccolo ha poca massa ed è quindi soggetto a movimenti bruschi del pilota o agli spostamenti d’aria. La ripresa può risultare mossa oppure con repentini spostamenti del punto di ripresa. In molti casi, il video è anche disturbato e presenta righe o salti di fotogrammi. Per passare a una maggiore qualità di ripresa e libertà d’azione si deve per forza optare per un drone che possa montare un piccolo gimbal e, possibilmente, una videocamera di livello superiore. Dato che il carico utile del drone incide sul costo, l’hobbista deve fare i conti con le proprie tasche e scegliere soluzioni in linea con l’attività che vuole svolgere. Se le riprese video rimangono in ambito amatoriale, è consigliato l’acquisto di una videocamera poco costosa, ma con caratteristiche professionali. È sufficiente un quadricottero con 450 o 550 mm di interasse e un piccolo gimbal con movimento su due assi, come il Zenmuse H3-2D della DJI (Figura 8.2a) o altri gimbal più economici (Figura 8.2b). Il gimbal a due assi consente un movimento di pan e tilt della videocamera, quindi più che sufficiente per riprese panoramiche in orizzontale e in verticale. La scheda di controllo del gimbal di solito è compatibile con l’uscita di qualsiasi centralina di volo o di un ricevitore a bordo del drone. In questo modo si possono assegnare almeno due canali radio extra per il controllo dei motori del gimbal su due assi. Per questo motivo, il radiocomando deve avere almeno 8 canali. I suddetti tipi di gimbal possono montare una videocamera dal costo accessibile, ma con caratteristiche professionali, come la GoPro HERO3 (Figura 8.2c). La GoPro HERO3 è una videocamera in grado di catturare video a una risoluzione Full HD a 1080p/60 fps e di scattare foto di 5 MP a una velocità di 5 scatti al secondo (si veda il Capitolo 3 – Componenti di un drone, per i dettagli tecnici della GoPro HERO3). Essendo dotata di modulo Wi-Fi integrato, è possibile visualizzare su smartphone o tablet le riprese in diretta, tramite l’applicazione gratuita GoPro App, disponibile per smartphone Android e Apple (Figura 8.2d). Il sito ufficiale GoPro è http://www.gopro.com.
Figura 8.2 Il gimbal DJI Zenmuse H3-2D (a). Il gimbal Anself (b). La videocamera GoPro HERO3 (c). L’applicazione per GoPro App (d).
Videoriprese professionali Chi ha scelto un drone di parecchie migliaia di euro, probabilmente vuole dedicarsi a un’attività di riprese video professionali. Il costo di un gimbal e di una pesante reflex potrebbe già superare quello del drone stesso. Nel caso si possedesse già l’attrezzatura video, il costo del drone e del gimbal saranno da commisurare al peso dell’attrezzatura. Per un carico utile di 3 o 4 chilogrammi il drone deve essere almeno un ottocottero di 1000 mm di interasse, come i già citati DJI Spreading Wings S1000 (Figura 8.3a) o il MicroKopter OktoXL (Figura 8.3b), solo per fare due esempi. Fra i vari gimbal professionali si annoverano quello di Armbgc (http://www.armbgc.com) (Figura 8.3c) e il Zenmuse Z15-5D di DJI (Figura 8.3d) entrambi a tre assi. I gimbal a tre assi, oltre a pan e tilt, permettono il movimento rotatorio anche sull’asse centrale. Il movimento sui tre assi può essere controllato da tre canali radio extra. Il gimbal a tre assi può comportarsi come una Steadicam, ovvero può mantenere la posizione impostata anche quando il drone esegue virate, imbardate o altre manovre brusche, grazie alla stabilizzazione fornita dal giroscopio e dall’accelerometro. In altre parole, il gimbal non segue il movimento del drone. Se invece è stato predisposto a farlo, di solito il movimento viene ammortizzato, senza scossoni sulla videocamera.
Figura 8.3 L’ottocottero DJI Spreading Wings S1000 (a) e l’ottocottero MicroKopter OktoXL 6S12 (b). Il gimbal a tre assi Armbgc (d). Il gimbal a tre assi DJI Zenmuse Z15-5D (d).
Ripresa aerea Filmare un’area è considerata un’operazione specializzata dal regolamento ENAC: “Operazioni specializzate: per lo scopo di questo Regolamento si intendono le attività che prevedono l’effettuazione, con un SAPR, di un servizio a titolo oneroso o meno, quale per esempio sorveglianza del territorio o di impianti, monitoraggio ambientale, impieghi agricoli, fotogrammetria, pubblicità, ecc.”. Con quel “ecc.” si può includere qualsiasi altro tipo di ripresa aerea, ivi compresa quella per la produzione cinematografica, TV, web e così via. Un pilota di droni non può volare e preoccuparsi contemporaneamente delle riprese video. Per questo motivo è previsto dal regolamento ENAC la figura di un “osservatore video”, che viene definito in questo modo: “Osservatore SAPR: persona designata dall’operatore che, anche attraverso l’osservazione visiva dell’aeromobile a pilotaggio remoto, può assistere il pilota remoto nella condotta del volo. Pilota remoto: persona incaricata dall’operatore, responsabile della condotta del volo, che agisce sui comandi di volo, come appropriato, di un SAPR”. Ed ecco nascere nuove professioni. Esistono già diverse agenzie che noleggiano il drone professionale con operatore video e un pilota di drone autorizzato ENAC, per fornire servizi di videoripresa aerea, come spot pubblicitari, video promozionali, monitoraggio di lavori edili, riprese giornalistiche, video per matrimoni e altro ancora. Non è difficile immaginare anche un regista di cinema o TV che ricerca operatori specializzati per le riprese del suo prossimo film.
Tecniche di ripresa video In ambito cinema e TV, le tecniche di ripresa video fanno parte del bagaglio di un operatore di macchina. Anche nel cinema, già da molto tempo ormai, la “macchina da presa” (m.d.p., nel gergo cinematografico) è diventata una videocamera digitale. È cambiata la tecnologia, ma le tecniche sono rimaste le stesse e si possono applicare con successo anche nella ripresa aerea con un drone.
Stabilità della ripresa La stabilità della ripresa è la regola numero uno, in ambito sia professionale sia amatoriale. Una ripresa con immagini mosse che sfarfallano in continuazione dà fastidio anche se a vedere il film sono amici e parenti. Anche se le videocamere digitali sono dotate di uno stabilizzatore di immagini, l’azione degli ammortizzatori del gimbal è fondamentale. È impensabile girare un film senza gimbal, perché sarebbe come riprendere con la macchina da presa in mano senza Steadicam. Un altro fattore importante ai fini della stabilità della ripresa è la scelta del drone stesso. Il quadricottero è leggero, molto manovrabile e anche molto veloce. Per questo motivo è valido per gare sportive o per il gioco, ma poco adatto a riprese stabili. Rimanendo nel campo amatoriale, sarebbe meglio optare per un esacottero, mentre per riprese professionali, la scelta deve ricadere obbligatoriamente su un ottocottero. Più rotori significa maggiore stabilità e minori vibrazioni. Il risultato è un dettaglio maggiore durante il volo e la disponibilità di “movimenti di macchina”, come si dice in gergo.
Ripresa statica e dinamica La tecnica di ripresa statica implica un’inquadratura fissa. La tecnica di ripresa dinamica, invece, prevede il movimento di macchina. Un drone in hovering dovrebbe essere in grado di effettuare riprese statiche perfette. Un drone in movimento in avanti o indietro dovrebbe simulare la classica carrellata usata nel cinema. Per produzioni TV si dovrebbe usare anche lo zoom, usato raramente nel cinema. Un film fatto solo di scene statiche è noioso tanto quanto un film fatto solo di scene dinamiche. È l’arte del montaggio che, con una buona scelta di scene statiche e
dinamiche, rende interessante la sceneggiatura. Spesso, anche nelle grosse produzioni, il film viene migliorato in post-produzione, ovvero in fase di montaggio. Per questo motivo è importante disporre di molte scene (i famosi ciak) per poterli gestire in fase di montaggio (si veda più avanti in questo capitolo).
Ripresa in soggettiva Se si devono fare riprese in soggettiva è meglio usare la tecnica di ripresa in FPV (First Person View). Se la videocamera è montata su gimbal, i movimenti di macchina azzerano i movimenti del drone, ed è consigliabile che le riprese FPV vengano effettuate da un operatore video. Viceversa, potrebbe essere il pilota a immergersi nel volo FPV mentre l’operatore video segue l’azione nel monitor. Per effettuare una ripresa FPV si può usare un goggle, come per esempio il Fatshark (Figura 8.4a). Per monitorare il video trasmesso dal drone si può usare un monitor, come, per esempio un Lilliput da 7 pollici dotato di ricevitore duale a 5,8 GHz (Figura 8.4b).
Figura 8.4 Il goggle FPV Fatshark Predator V2 (a). Il monitor Lilliput da 7 pollici con ricevitore duale a 5,8 GHz (b).
Ripresa panoramica
In gergo cinematografico, una panoramica è una ripresa con un movimento di macchina sul proprio asse. Con un drone in hovering, tale movimento può essere effettuato con i seguenti comandi del gimbal: il comando pan per una panoramica orizzontale; il comando tilt per una panoramica verticale; con il comando rotativo del terzo asse (se disponibile) si possono creare panoramiche oblique. La panoramica può essere combinata con altri movimenti di macchina, ovvero del drone. Per esempio, per effettuare una carrellata avanti o indietro, si muove il drone in beccheggio. Volendo effettuare manovre di rollio e imbardata si possono ottenere panoramiche miste. Le panoramiche devono essere eseguite sempre a velocità moderata. In postproduzione sarà sempre possibile accelerarne o rallentarne il movimento.
Inquadratura di partenza e di arrivo Per inserire in fase montaggio una buona panoramica o altri movimenti di macchina, è opportuno disporre di inquadrature di partenza e di arrivo. Sono le inquadrature statiche da effettuare prima dei movimenti di macchina. Come inquadrature di partenza e di arrivo da usare in post-produzione si possono scattare delle foto.
Movimento dolly Il movimento dolly è una forma di carrellata aerea derivata dal carrello dolly usato nel cinema e in TV. Con il drone, per esempio, è possibile effettuare carrellate in tutte le direzioni (verso l’alto, il basso, a destra e a sinistra) mentre la videocamera inquadra un soggetto su un punto fisso.
Effetto Vertigo L’effetto Vertigo è un movimento dolly più lo zoom. Può essere la combinazione di uno zoom in avanti con una carrellata indietro oppure di uno zoom all’indietro con una carrellata in avanti. L’inventore di questo effetto è Alfred Hitchcock, che lo usò nel suo film La donna che visse due volte, il cui titolo in inglese è Vertigo. Nel film, il
regista riesce a ricreare il senso di vertigine del protagonista (James Stewart) che soffre di acrofobia, cioè la paura di stare in posizioni elevate.
Montaggio video Il materiale grezzo registrato su card da un drone giocattolo o registrato su un sistema video a terra (per esempio, uno smartphone o un computer) può servire poco o nulla se non viene trattato in post-produzione. Ci si può affidare al fai-da-te grazie a diversi programmi di editing video freeware. Per gli scopi di questo libro la trattazione dell’editing professionale viene volutamente tralasciata. Qui di seguito vengono date solo alcune indicazioni per l’utilizzo di base di un software gratuito rivolto al principiante e all’hobbista.
Software di editing video Sono davvero molti i programmi freeware che permettono un editing di base per la produzione di filmati amatoriali. Per restare in tema con il libro abbiamo scelto GoPro Studio, un freeware per Windows e OS X, ben documentato in inglese e facile da usare. Inoltre, la qualità ottenuta dopo l’editing in post-produzione e l’esportazione dei file ad alta risoluzione ci ha fatto propendere per questo software. GoPro Studio consente un editing non distruttivo su una singola traccia video. Per un approccio con editing su più tracce video ci sono varie proposte commerciali, con varie soluzioni e prezzi. Per dovere di cronaca, ecco alcuni esempi di video editor multi-traccia a pagamento. Avid Media Composer: http://www.avid.com. Pinnacle Studio: http://www.pinnaclesys.com. Magix Video DeLux: http://www.magix.com. Adobe Premiere: http://www.adobe.com.
GoPro Studio Offerto dall’omonimo produttore di videocamere professionali, GoPro Studio è un ottimo programma per chi inizia e sa poco o nulla di editing video. Leggendo le sue caratteristiche ci si accorge che il programma, benché gratuito, offre funzioni di un certo rilievo e soprattutto utili agli utenti di droni. Vale la pena elencarle. Importazione automatica dei contenuti GoPro. Riproduzione di video GoPro e visualizzazione di foto. Riproduzione ed esportazione delle sequenze video in Time Lapse come video.
Utilizzo di HiLight Tag per individuare rapidamente gli scatti migliori per una maggiore praticità durante la riproduzione e la modifica (solo con videocamere HERO4). Creazione semplice di video: taglia, modifica e combina le sequenze video con aggiunta di titoli, musica e tracce audio. Modifica di video 3D. Il sistema Flux consente il passaggio fluido alle modalità ultra slow motion e fast motion. I modelli di modifica GoPro permettono di realizzare velocemente dei video regolando la musica, i punti di modifica, gli effetti di movimento e molto altro. Esporta fotogrammi del video alla massima risoluzione. Regolazione dell’effetto fisheye. Supporta i formati video GoPro, Canon, Nikon e altri formati con frequenza di fotogrammi costante H.264 mp4 e .mov4. Si precisa che l’editing di video 3D è possibile solo con l’accessorio GoPro Dual HERO System (Figura 8.5), compatibile con la videocamera GoPro HERO3+ Black Edition.
Figura 8.5 L’accessorio GoPro Dual HERO System per riprese 3D.
Installazione e avvio GoPro Studio può essere scaricato per Windows e OS X dal seguente indirizzo: http://it.shop.gopro.com/EMEA/softwareandapp. Dopo l’installazione e l’avvio del programma, si aprirà una guida che illustra i passi principali per iniziare. È comunque disponibile anche un corposo e ben dettagliato manuale di istruzioni (in inglese).
Da un primo sguardo si intuisce che il software è semplice da usare, benché si scopra strada facendo che è ricco di funzionalità che si trovano in programmi più blasonati. I passi principali da seguire sono tre, come evidenziato in alto nella finestra principale. Step 1, Import & Convert: importazione e conversione. Step 2, Edit; modifica dei filmato. Step 3, Export: esportazione del filmato.
Import & Convert Facendo clic su Step 1, Import & Convert si possono importare i file video in formato MP4 o MOV da qualsiasi posizione del computer (freccia in alto di Figura 8.6). Dopo l’importazione dei file, GoPro Studio deve convertire i file nel formato proprietario GoPro CineForm. Il codec CineForm (acquisito da GoPro) consente di ottenere un’altissima fedeltà video anche dopo un gravoso editing in post-produzione, mantenendo un’elevata precisione di bit, offrendo nel contempo prestazioni estremamente veloci su CPU Intel, in modo che più flussi possano essere elaborati in tempo reale senza la necessità di hardware specializzato. È possibile aprire direttamente i file in formato GoPro CineForm da fotocamere GoPro, senza doverli convertire. Per la conversione, invece, bisogna fare clic sul pulsante Add Clip to Conversion List per aggiungere il filmato selezionato all’elenco di conversione, come illustrato dalla freccia in basso di Figura 8.6. In questa fase si possono importare anche immagini in formato JPG, che andranno anch’esse convertite in formato GoPro CineForm.
Figura 8.6 La finestra principale di GoPro Studio per l’importazione dei file video.
Con il pulsante Convert All si convertono in una sola volta i file importati, come illustrato in Figura 8.7a. Dopo la conversione la scritta del pulsante diventa Proceed To Step 2, per poter passare alla fase di editing (Figura 8.7b).
Figura 8.7 Il pulsante Convert All converte i file importati (a). Il pulsante Proceed To Step 2 permette di passare alla fase 2 (b).
Edit In questa finestra si possono distinguere i tipici elementi comuni a tanti software di trattamento video. Sulla sinistra c’è il contenitore per i Media e per i Title, ovvero per i file multimediali e i titoli. Oltre ai file convertiti da GoPro Studio, in questa finestra si possono aggiungere file in formato GoPro CineForm oppure file audio in formato MP3, WAV, AIFF, M4A e CAF. Per importare altri tipi di file è necessario tornare allo Step 1 e convertirli. In Figura 8.8 le due frecce illustrano il procedimento per aggiungere alla Timeline (linea temporale) una traccia video e una traccia audio, con un semplice drag & drop dal contenitore laterale. Per eliminare l’audio dalla traccia video basta selezionare l’icona in basso della clip video (evidenziata con il cerchio nella figura) e disattivare l’icona altoparlante. Se invece si vorrà miscelare l’audio
originale del video con la traccia, è possibile regolarlo tramite il pannello Audio Properties. Con il mouse si può trascinare a destra o a sinistra i margini della clip video per modificarne la lunghezza. Per le regolazioni audio della traccia video o della traccia audio, è possibile agire nel pannello laterale Audio Properties, in cui sono presenti i controlli Level, Fade In e Fade Out per regolare rispettivamente l’uscita audio e la dissolvenza in entrata e/o in uscita.
Figura 8.8 La finestra Edit di GoPro Studio. Le frecce indicano come importare i file nella Timeline. Il cerchio evidenzia l’icona per attivare o disattivare l’audio della traccia video.
Titoli Per inserire titoli in qualsiasi punto della Timeline basta fare clic sul pulsante Title e verrà aggiunto automaticamente un titolo nel contenitore a sinistra. Quindi basterà trascinare il titolo nella Timeline per aggiungerlo in qualsiasi punto. Con il mouse si può trascinare a destra o a sinistra i margini della clip del titolo per modificarne la lunghezza. I titoli possono essere modificati tramite il pannello Title Properties a destra, che permette di scegliere molte opzioni.
FONT: cambia il carattere scegliendo fra quelli installati nel sistema. SIZE: regola la dimensione del carattere utilizzato. FILL COLOR: cambia il colore del carattere. STROKE: cambia il colore, lo stile, la trasparenza e lo spessore del contorno su ogni lettera. BACKDROP: cambia il colore di sfondo. OPACITY: cambia la trasparenza del testo. BASELINE: regola la spaziatura tra le righe quando ci sono più righe di testo. KERNING: regola la spaziatura tra le lettere (crenatura). PARALLAX: regola la vicinanza o lontananza del testo nello spazio 3D. FADE IN: dissolvenza in entrata del titolo (in secondi). FADE OUT: dissolvenza in uscita del titolo (in secondi). È possibile anche scegliere un Preset di testo per applicare direttamente lo stile al titolo oppure salvare il proprio Preset tramite il pulsante Add del pannello Title Properties. I titoli vanno inseriti manualmente nella Timeline in corrispondenza dei punti in cui si vogliono immettere indicazioni di vario tipo, come commenti, dialoghi e così via. In Figura 8.9a è visibile l’immissione di un titolo e in Figura 8.9b come appare dopo aver applicato alcune proprietà.
Figura 8.9 L’immissione di un titolo (a). I parametri per la modifica del testo (b).
Tagli e transizioni Se si importano più clip video, si possono creare dissolvenze incrociate fra una scena e l’altra. Inoltre, è possibile effettuare transizioni anche fra tagli di una stessa clip. L’operazione di taglio in inglese si chiama trimming e si può fare su una clip del contenitore oppure su una clip della Timeline. Per tagliare una clip prima di aggiungerla alla Timeline, effettuare le seguenti operazioni. 1. Selezionare la clip desiderata. 2. Spostarsi all’interno della clip con il mouse sulla Timeline per impostare la posizione di partenza e premere il pulsante MARK IN. Il marcatore giallo IN si sposterà in questo punto.
3. Spostarsi nella posizione finale della clip e premere il pulsante MARK OUT per marcare la fine della clip. Il marcatore giallo OUT si sposterà in questo punto. 4. Trascinare la clip nella Timeline. Verrà aggiunta solo la clip delimitata dai marcatori IN e OUT. 5. Ripetere questi passaggi se si desidera aggiungere alla Timeline più porzioni dello stesso file. La freccia di Figura 8.10a indica i punti IN e OUT della clip tagliata da importare dal contenitore. Per effettuare tagli sulla clip già presente nella Timeline, spostarsi con il mouse sul punto desiderato e usare lo strumento lametta, come illustrato in Figura 8.10b. Verranno create due clip contigue. Per effettuare una transizione, ovvero una dissolvenza incrociata, fra una clip e un’altra, bisogna fare clic sull’icona con il simbolo + che si trova fra due clip contigue. Il simbolo + si trasformerà in un rettangolo per indicare che la transizione è stata applicata. La freccia di Figura 8.11a indica la transizione fra due clip importate dal contenitore multimediale, mentre la freccia di Figura 8.11b indica la transizione fra due clip prodotte con il taglio di una stessa clip. Si osservi che, in base alle dimensioni delle clip, la transizione può essere più lenta o più veloce. La lunghezza della dissolvenza incrociata è automatica e non è possibile modificarla.
Figura 8.10 La freccia indica i punti IN e OUT della clip tagliata da importare dal contenitore (a). Usare lo strumento lametta per tagliare una clip nella Timeline (b).
Figura 8.11 La transizione fra due clip importate dal contenitore multimediale (a). La transizione fra due clip prodotte con il taglio di una stessa clip (b).
Pannelli di controllo Fra le varie opzioni di editing, c’è un nutrito numero di parametri che consentono di impostare la riproduzione o la modifica dell’immagine, dell’audio e applicare altre funzioni. I pannelli di controllo si trovano sulla destra della finestra principale e sono contestuali alla clip selezionata. Significa che, selezionando una clip video, dell’audio o un titolo, si possono cambiare i parametri relativi alla clip selezionata. Pannello PLAYBACK Le opzioni PLAYBACK determinano la risoluzione di decodifica per riprodurre il video in base alla capacità di elaborazione del computer e della scheda grafica
(Figura 8.12a). AUTO: scelta automatica della risoluzione migliore; BEST (FULL-RES): risoluzione massima (richiede molte risorse del computer); DEFAULT (HALF-RES): risoluzione media (la risoluzione migliore nella maggior parte dei casi); DRAFT (QUARTER-RES): risoluzione bassa (da impostare su computer lenti).
Pannello VIDEO CONTROLS Selezionando una clip video, si aprirà il pannello di controlli video che dà accesso alle seguenti impostazioni (Figura 8.12b). SPEED: imposta la velocità (in percentuale) in cui la clip viene riprodotta. 100% è la velocità normale, 50% è metà velocità e così via. Quando viene applicato un cambio di velocità a una clip nella Timeline, l’audio della traccia audio rimane inalterato. Selezionando la casella REVERSE la clip viene riprodotta al contrario alla velocità prescelta. FADE IN: imposta una dissolvenza in ingresso. FADE OUT: imposta una dissolvenza in uscita.
Pannello WHITE BALANCE Con questo pannello si aprono i parametri di regolazione del bilanciamento del bianco che dà accesso alle seguenti impostazioni (Figura 8.12c). TEMP: regola la temperatura complessiva dell’immagine. TINT: regola la tonalità generale dell’immagine. KEYFRAMES: imposta i fotogrammi chiave (per utenti avanzati). Le impostazioni di bilanciamento del bianco possono essere messe in keyframe. Utilizzare il pulsante + per aggiungere un keyframe di bilanciamento del bianco alla clip. In questo modo si bloccano le impostazioni di bilanciamento del bianco per il frame corrente. Con i pulsanti < e > si naviga fra i keyframe e con il pulsante – si elimina il keyframe.
Pannello IMAGE CONTROLS Il controllo dell’immagine dà accesso alle seguenti impostazioni (Figura 8.12d).
EXPOSURE: regola la luminosità dell’immagine. CONTRAST: regola la definizione (contrasto) tra aree chiare e scure dell’immagine. SATURATION: regola la vivacità dei colori (saturazione) dell’immagine. SHARPNESS: regola la nitidezza dell’immagine. KEYFRAMES: imposta i fotogrammi chiave (per utenti avanzati). Le impostazioni di controllo dell’immagine possono essere messe in keyframe. Utilizzare il pulsante + per aggiungere un keyframe di controllo dell’immagine alla clip. In questo modo si bloccano le impostazioni di controllo dell’immagine per il frame corrente. Con i pulsanti < e > si naviga fra i keyframe e con il pulsante – si elimina il keyframe.
Pannello FRAMING CONTROLS Il controllo framing (azione sui fotogrammi) dà accesso alle seguenti impostazioni per modificare il flusso in uscita della clip video (Figura 8.12e). ZOOM: utilizzare i cursori per scalare l’immagine (effetto zoom). HORIZONTAL: regola la posizione orizzontale. VERTICAL: regola la posizione verticale. ROTATION: permette di ruotare la clip. H.ZOOM: quando si mettono insieme clip video 4:3 e 16:9, questo cursore consente di regolare la scala orizzontale dell’immagine. H.DYNAMIC: aiuta a preservare l’aspetto normale dell’immagine se appare allungata da una conversione da 4:3 a 16:9. KEYFRAMES: imposta i fotogrammi chiave (per utenti avanzati). Le impostazioni di controllo framing dell’immagine possono essere messe in keyframe. Utilizzare il pulsante + per aggiungere un keyframe di controllo framing alla clip. In questo modo si bloccano le impostazioni di controllo framing per il frame corrente. Con i pulsanti < e > si naviga fra i keyframe e con il pulsante – si elimina il keyframe. FLIP: abilitare o disabilita il flipping (rovesciamento) orizzontale o verticale dell’immagine. Attivare entrambe le opzioni se la scena è stata ripresa capovolta o se la si vuole capovolgere. Sotto il pannello FRAMING CONTROLS c’è anche una serie di Preset per impostare un tipo di effetto predefinito alla clip selezionata oppure salvare le proprie
impostazioni come Preset personalizzato. Ecco la spiegazione di alcuni Preset caratteristici. 1970s: dà un aspetto di pellicola Super8 degli anni Settanta. Day For Night: notte per il giorno, rende notturna una ripresa diurna. Hot day: scalda i colori come se la ripresa fosse girata in pieno agosto. Sepia: trasforma la clip in sepia, in campo fotografico viene applicato un viraggio sepia. Vignette Large/Medium/Small: i preset di questo tipo applicano una vignettatura più o meno accentuata sui bordi, in campo fotografico è il tipico effetto lomo o lomografico. 4×3 To wide: converte da 4:3 a widescreen.
Figura 8.12 I pannelli di controllo: PLAYBACK (a). VIDEO CONTROLS (b). WHITE BALANCE (c). IMAGE CONTROLS (d). FRAMING CONTROLS (e).
Pannello 3D VIEW Questo pannello apre una serie di impostazioni di visualizzazione per riprese video in 3D effettuate con l’accessorio GoPro Dual HERO System e salvate in formato
GoPro Cineform. La Figura 8.13 illustra alcuni Preset del pannello 3D VIEW.
Figura 8.13 I preset per la visualizzazione dei file 3D.
Export Dopo l’editing del filmato si può passare alla terza e ultima fase, ovvero l’esportazione delle clip, delle transizioni, dei titoli e dell’audio in un unico file. Le opzioni di esportazione sono diverse e vengono elencate nel menu visibile in Figura 8.14a. Nella finestra EXPORT è possibile scegliere una delle seguenti opzioni di esportazione. YouTube: crea un file di qualità media, in formato MP4 h.264 con bit-rate di 8 Mbps. Vimeo: crea un file sopra la media, in formato MP4 h.264 con bit-rate di 15 Mbps. Mobile Device: crea un file di bassa qualità, in formato MP4 h.264 con bit-rate di 2 Mbps. HD 720p: crea un file di qualità media, in formato MP4 h.264 con una dimensione dell’immagine a 720p e un bit-rate di 8 Mbps. HD 1080p: crea un file di qualità sopra la media, in formato MP4 h.264 con una dimensione dell’immagine a 1080p e un bit-rate di 15 Mbps.
UHD 4K: crea un file H.264 di alta qualità con una dimensione dell’immagine 2160×3820 e un bit-rate di 50 Mbps. Archive/Edit: crea un file AVI o MOV in formato GoPro CineForm con livello di qualità selezionabile dall’utente. Custom: consente all’utente di scegliere il formato, la dimensione dell’immagine, frame rate e impostazioni di qualità. Una volta avviata l’esportazione apparirà una barra di progresso (Figura 8.14b). In base alla lunghezza delle clip, il numero di transizioni e di titoli, il tempo impiegato può essere molto lungo.
Figura 8.14 La finestra EXPORT (a). La barra di progresso dell’esportazione (b). NOTA Un filmato demo prodotto con una videocamera GoPro e modificato con GoPro Studio è visibile nel sito dell’autore al seguente indirizzo: http://www.pierduino.com/droni_diy, nella sezione dedicata alle risorse del libro.
Alcune regole per i neofiti del video Per facilitare il compito a chi non ha mai girato o montato un filmato, ecco alcune regole per eseguire delle buone riprese e un buon montaggio. Attenzione, però, che ogni regola ha la sua eccezione. Scrivere una storia o, meglio, uno Storyboard con un inizio, uno svolgimento centrale e una fine. Cercare di dare un senso alla storia. Importante è essere concisi. Eliminare le clip superflue e mantenere solo quelle migliori e soprattutto significative. Troppe riprese statiche o troppe riprese dinamiche annoiano. Attenzione alla durata totale. Un filmato troppo lungo è noioso per tutti. Attenzione alla durata dei singoli ciak. Ogni clip deve essere lunga in media dai 3 ai 5 secondi, raramente superiore ai 7 o 8 secondi (se non per particolari motivi o tipo di inquadrature, per esempio il sorgere del sole o un tramonto). Per creare effetti di Timelapse accorciare le clip a mezzo secondo o meno, per dare un senso di vertigine. Variare per quanto possibile la lunghezza di ogni clip. Non usare tutte le clip della stessa lunghezza. Non abusare troppo delle dissolvenze incrociate o altri tipi di transizione. Talvolta è meglio usare la tecnica “cut”, cioè a taglio. Non cambiare troppo spesso effetti di framing. Usarne uno fisso dall’inizio alla fine per dare l’impronta a tutto il filmato. Non esagerare con i titoli o sottotitoli, se non strettamente necessario (per esempio, per traduzioni). Scegliere la musica adatta. La musica è un elemento importantissimo e va studiata a fondo. Se la musica è ritmata cercare di cambiare la clip in “battere”. Non esagerare con l’applicazione di effetti audio.
Capitolo 9
Normativa ENAC
Cosa dice la legge Siccome la legge “non ammette l’ignoranza”, come recita il nostro Codice Penale, abbiamo ritenuto opportuno dedicare questo capitolo alla normativa ENAC, ovvero il regolamento dell’Ente Nazionale per l’Aviazione Civile, redatto il 16 dicembre 2013 ed entrato in vigore il 30 aprile 2014 (sito ufficiale: http://www.enac.gov.it). Anche se molti articoli del regolamento riguardano i Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto (SAPR) per uso professionale, ci sono moltissime cose da sapere per utilizzare il proprio drone in tutta tranquillità anche per scopi di puro divertimento. Al di là dell’aspetto formale, il regolamento usa una terminologia tecnica che è bene conoscere e insegna anche a tenere un comportamento consapevole verso le cose e gli altri. IMPORTANTE Da aprile 2015, ENAC ha pubblicato una bozza di modifica al regolamento per APR sotto i 2 kg, ovvero per mini e micro droni, con norme più restrittive per gli aeromodelli usati anche per fini ludici e sportivi e negli spazi indoor. Si prega di prenderne visione presso il sito ufficiale ENAC (http://www.enac.gov.it).
Commenti al regolamento Qualche punto oscuro nel regolamento indubbiamente c’è e, come al solito, bisogna dare adito a qualche interpretazione, cercando comunque di mantenere una buona dose di buon senso. L’articolo 5 dà le definizioni di “aeromodello” e di “APR (Aeromobile a Pilotaggio Remoto)”. Il primo viene considerato un “aereo a pilotaggio remoto, senza persone a bordo, impiegato esclusivamente per scopi ricreativi e sportivi, non dotato di equipaggiamenti che ne permettano un volo autonomo, e che vola sotto il controllo visivo diretto e costante dell’aeromodellista, senza l’ausilio di aiuti visivi” mentre il secondo è “un mezzo aereo a pilotaggio remoto senza persone a bordo, non utilizzato per fini ricreativi e sportivi”.
Da ciò si intuisce un aeromodello rientra nel settore ludico, il drone no. E se si usasse un aeromodello per scopi professionali? Il drone non può essere usato per scopi ludici? La definizione non chiarisce ed è proprio il caso di “sorvolare”. Sempre all’articolo 5, troviamo la definizione di “aree congestionate”, che sono “aree o agglomerati usati come zone residenziali, industriali, commerciali, sportive e, in generale, aree dove si possono avere assembramenti, anche temporanei, di persone”. Dato che il l’articolo 16, relativo alle regole dell’aria, vieta il volo su queste aree, come viene quantificato un assembramento, anche temporaneo, di persone? Tre persone o venti? Esiste un documento “Bozza Circolare APR 140502” dell’ENAC che cerca di dare direttive su cosa sia un’operazione in aree congestionate e un’operazione in aree definite come “non densamente popolate”. Si possono addirittura leggere le formule per il calcolo di probabilità del fattore di rischio in funzione del “livello antropico”. A parte i paroloni e le formule nella bozza (quindi un documento non ufficiale) si rimane perlomeno interdetti. Per non sbagliare, il consiglio è quello di volare in totale solitudine o al massimo in compagnia di un “osservatore”. Viene definito osservatore la “persona designata dall’operatore [il pilota di un SAPR, N.d.R.] che, anche attraverso l’osservazione visiva dell’aeromobile a pilotaggio remoto, può assistere il pilota remoto nella condotta del volo”. Quindi, se si è in due, si può stare tranquilli, perché sicuramente non si tratta di un congestionamento con livello antropico elevato! Un’altra definizione oscura dell’articolo 5 riguarda le “operazioni specializzate”, intese come “attività che prevedono l’effettuazione, con un SAPR, di un servizio a titolo oneroso o meno, quale per esempio sorveglianza del territorio o di impianti, monitoraggio ambientale, impieghi agricoli, fotogrammetria, pubblicità, ecc.”. La logica deduzione è che l’operazione specializzata è un’attività lavorativa, pagata o meno, per effettuare varie operazioni con un SAPR. Sarebbe utile chiarire quando si può ritenere “non oneroso” un lavoro svolto per conto terzi, dato che questo implica una serie di autorizzazioni per poterlo fare. Si potrebbero commentare molti altri aspetti del regolamento, ma diamo tempo all’ENAC di revisionare questa versione, auspicando che molte questioni vengano risolte alla luce dell’attuale periodo di monitoraggio dalla data di entrata in vigore del presente regolamento. Cosa è meglio fare e non fare Il regolamento ENAC, di cui si consiglia vivamente la lettura completa, potrebbe spaventare l’hobbista che intende far volare il suo drone per puro divertimento.
Una cosa è certa: bisogna volare con coscienza ed essere consapevoli dei rischi e dei pericoli che possono causare danni alle cose e agli altri. Il regolamento ENAC impone un’assicurazione obbligatoria per tutti (si veda l’articolo 20), ma, prima di tutto, l’assicurazione maggiore rimane il buon senso. Si spera che l’ENAC, in fase di una futura revisione del regolamento possa semplificare la vita ai piloti di droni sotto i due chilogrammi di peso, visto che l’articolo 8 recita “L’ENAC può prevedere procedure semplificate per i SAPR con massa massima al decollo minore o uguale a 2 kg”. Per il momento “può prevedere”, ma al momento in cui va in stampa questo libro, non è ancora stato semplificato nulla. Ecco in breve alcune regole d’oro per una condotta di volo responsabile: non volare sopra le persone; non volare sopra i caseggiati; non volare vicino alle caserme; non volare vicino a linee e stazioni ferroviarie; non volare vicino alle autostrade; non volare vicino a impianti industriali; rimanere sempre a una distanza di almeno 150 m dalle suddette aree; non volare mai vicino agli aeroporti (rimanere sempre ad almeno 8 km dal perimetro di un aeroporto e dalle piste di atterraggio/decollo di un aeroporto); rimanere a una distanza di almeno 50 m da persone e cose; non volare in casa o in ambienti chiusi; volare sempre di giorno; non volare con troppo vento; non volare mai con le batterie quasi scariche o che si stanno scaricando; controllare sempre che le eliche non riportino crepe o altri danni; assicurarsi sempre di avere il controllo totale del drone; fare molta pratica in aree isolate, magari in compagnia di una persona più esperta, per padroneggiare il proprio drone; non affidare mai il proprio drone a bambini piccoli o a persone inesperte. Per ulteriori informazioni sulla regolamentazione e sulle altre attività dell’ENAC si consiglia vivamente di visitare il sito ufficiale http://www.enac.gov.it.
Sezione I – Generalità NOTA Quanto segue è il regolamento ENAC nella forma più aggiornata al momento in cui vengono scritte queste righe. Modifiche future non sono da escludere, pertanto si rimanda al sito ufficiale ENAC per consultare la versione più aggiornata del regolamento. Quanto segue non è quindi da intendersi come definitivo.
Articolo 1 – Premessa/Introduzione 1. L’articolo 743 del Codice della Navigazione “Nozione di aeromobile”, prevede, nella definizione di aeromobile, i mezzi aerei a pilotaggio remoto: “Per aeromobile si intende ogni macchina destinata al trasporto per aria di persone o cose. Sono altresì considerati aeromobili i mezzi aerei a pilotaggio remoto, definiti come tali dalle leggi speciali, dai regolamenti dell’ENAC e, per quelli militari, dai decreti del Ministero della Difesa. Le distinzioni degli aeromobili, secondo le loro caratteristiche tecniche e secondo il loro impiego, sono stabilite dall’ENAC con propri regolamenti e, comunque, dalla normativa speciale in materia”. 2. Il presente Regolamento, in attuazione dell’Articolo 743 del Codice della Navigazione distingue, ai fini dell’applicazione delle disposizioni del Codice, i mezzi aerei a pilotaggio remoto in Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto e Aeromodelli. 3. I mezzi aerei a pilotaggio remoto impiegati o destinati all’impiego in operazioni specializzate o in attività sperimentali, costituiscono i Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto (SAPR) e a essi si applicano le previsioni del Codice della Navigazione secondo quanto previsto dal presente Regolamento. 4. Gli Aeromodelli non sono considerati aeromobili ai fini del loro assoggettamento alle previsioni del Codice della Navigazione e possono essere utilizzati esclusivamente per impiego ricreazionale e sportivo. Pur tuttavia, il presente Regolamento contiene specifiche disposizioni applicabili all’impiego degli aeromodelli a garanzia della sicurezza di cose e persone al suolo e degli altri mezzi aerei.
Articolo 2 – Applicabilità 1. Il presente Regolamento si applica alle operazioni dei SAPR di competenza ENAC e alle attività degli Aeromodelli. 2. Ai sensi del Regolamento del Parlamento Europeo e del Consiglio (CE) n. 216/2008, sono di competenza ENAC i SAPR di massa massima al decollo non superiore a 150 kg e tutti quelli progettati o modificati per scopi di ricerca, sperimentazione o scientifici. 3. Non sono altresì assoggettati alle previsioni del presente Regolamento: a) i SAPR di Stato di cui agli articoli 744, 746 e 748 del Codice della Navigazione; b) i SAPR che hanno caratteristiche di progetto tali per cui il pilota non ha la possibilità di intervenire nel controllo del volo; c) i SAPR che svolgono attività in spazio chiuso (spazio indoor); d) i SAPR costituiti da palloni utilizzati per osservazioni scientifiche o da palloni frenati.
Articolo 3 – Scopo 1. Il presente Regolamento fornisce, nelle Sezioni II e III, in funzione della loro massa massima al decollo, i requisiti da soddisfare per impiegare le diverse categorie di SAPR. 2. La Sezione IV fornisce disposizioni comuni per le operazioni di tutti i SAPR. 3. Nella Sezione V, vengono fornite le disposizioni che devono essere rispettate per l’utilizzo degli Aeromodelli.
Articolo 4 – Fonti normative Codice della Navigazione. Regolamento (CE) n. 216/2008 del Parlamento Europeo e del Consiglio “Regolamento Basico”. Regolamento (CE) n. 785/2004 del Parlamento Europeo e del Consiglio “Requisiti Assicurativi”. Regolamento Tecnico ENAC. Regolamento ENAC “Regole dell’Aria”. Regolamento ENAC “Servizi di Traffico Aereo”. Regolamento ENAC “Organizzazione sanitaria e certificazioni mediche d’idoneità per il conseguimento delle licenze e degli attestati aeronautici”.
Articolo 5 – Definizioni e Acronimi 1. Definizioni Aeromodellista: persona che è ai comandi di un aeromodello. Aeromodello: dispositivo aereo a pilotaggio remoto, senza persone a bordo, impiegato esclusivamente per scopi ricreativi e sportivi, non dotato di equipaggiamenti che ne permettano un volo autonomo, e che vola sotto il controllo visivo diretto e costante dell’aeromodellista, senza l’ausilio di aiuti visivi. Aeromobile a Pilotaggio Remoto (APR): mezzo aereo a pilotaggio remoto senza persone a bordo, non utilizzato per fini ricreativi e sportivi. Aree congestionate: aree o agglomerati usati come zone residenziali, industriali, commerciali, sportive, e in generale aree dove si possono avere assembramenti, anche temporanei di persone. Beyond Line Of Sight (BLOS): operazioni condotte a una distanza tale da non consentire al pilota remoto di rimanere in contatto visivo diretto e costante con il mezzo aereo, o di rispettare le regole dell’aria applicabili al volume di spazio aereo interessato. Extended Visual Line Of Sight (EVLOS): operazioni condotte in aree, le cui dimensioni superano i limiti delle condizioni VLOS, e per le quali il requisito del mantenimento del contatto visivo con l’APR è soddisfatto con l’uso di mezzi alternativi. Operazioni Specializzate: per lo scopo di questo Regolamento si intendono le attività che prevedono l’effettuazione, con un SAPR, di un servizio a titolo oneroso o meno, quale per esempio sorveglianza del territorio o di impianti, monitoraggio ambientale, impieghi agricoli, fotogrammetria, pubblicità, ecc. Osservatore SAPR: persona designata dall’operatore che, anche attraverso l’osservazione visiva dell’aeromobile a pilotaggio remoto, può assistere il pilota remoto nella condotta del volo. Pilota remoto: persona incaricata dall’operatore, responsabile della condotta del volo, che agisce sui comandi di volo, come appropriato, di un SAPR. Sense and Avoid (S&A) o Detect and Avoid (D&A): qualsiasi funzione di un SAPR, in grado di consentire al pilota la separazione del mezzo aereo, in modo
equivalente al requisito di see and avoid previsto per gli aeromobili con pilota a bordo. Sistema Aeromobile a Pilotaggio Remoto (SAPR): sistema costituito da un mezzo aereo (aeromobile a pilotaggio remoto) senza persone a bordo, non utilizzato per fini ricreativi e sportivi, e dai relativi componenti necessari per il controllo e comando da parte di un pilota remoto. Sistema autonomo: SAPR per il quale il pilota non ha possibilità di controllare il volo del mezzo intervenendo in tempo reale. Spazio Indoor: spazio confinato all’interno di luoghi chiusi. Visual Line of Sight (VLOS): indica che le operazioni sono svolte in condizioni nelle quali il pilota remoto rimane in contatto visivo con il mezzo aereo, senza aiuto di dispositivi ottici e/o elettronici, per gestire il volo e rispettare le regole dell’aria applicabili al volume di spazio aereo interessato. V70: volume di spazio di 70 m (230 ft) di altezza massima dal terreno e di raggio di 200 m. Le regole dell’aria applicabili per le operazioni in “V70” sono quelle standard dello spazio aereo interessato, inclusa la capacità di “see and avoid” per il pilota e a eccezione del rispetto del principio del “to be seen” da parte degli altri aeromobili. V150: volume di spazio di 150 m (500 ft) di altezza massima dal terreno e di raggio di 500 m. Il soddisfacimento del Regolamento “Regole dell’Aria” implica la capacità di “see and avoid” per il pilota e il rispetto del concetto di “to be seen” dell’APR da parte degli altri aeromobili.
2. Acronimi APR Aeromobile a pilotaggio remoto. ATZ Aerodrome Traffic Zone. BLOS Beyond Line of Sight. D&A Detect and Avoid. EASA European Aviation Safety Agency (Agenzia Europea per l’Aviazione Civile) EVLOS Extended Visual Line Of Sight. SAPR Sistema Aeromobile a Pilotaggio Remoto.
S&A Sense and Avoid. VFR Visual Flight Rules. VMC Visual Meteorogical Conditions. VLOS Visual Line of Sight.
Articolo 6 – Impiego dei SAPR 1. L’impiego dei SAPR è soggetto al possesso di appropriate autorizzazioni rilasciate dall’ENAC all’operatore o alla presentazione da parte dell’operatore di dichiarazione all’ENAC nei termini indicati nelle Sezioni II e III del presente Regolamento. 2. I SAPR possono essere impiegati per: a) operazioni specializzate; b) attività sperimentale. 3. Fatto salvo quanto previsto al comma 1, nel caso di operazioni specializzate per conto terzi, deve essere stipulato un accordo tra l’operatore del SAPR e il committente nel quale le parti definiscono le rispettive responsabilità e concordano sull’idoneità del SAPR per la specifica operazione di volo e sulle eventuali limitazioni e condizioni connesse, anche con riguardo alle disposizioni in materia di protezione dati di cui all’Articolo 22 del presente Regolamento. 4. Le operazioni si distinguono in operazioni VLOS e operazioni BLOS. 5. Nell’ambito dell’impiego dei SAPR è vietato il trasporto di merci pericolose.
Articolo 7 – Classificazione dei SAPR 1. I SAPR, di competenza ENAC, sono classificati in base alla massa massima al decollo del mezzo in: a) sistemi con mezzi aerei di massa massima al decollo minore di 25 kg; b) sistemi con mezzi aerei di massa massima al decollo uguale o maggiore di 25 kg.
Sezione II – Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto con mezzi aerei di massa massima al decollo minore di 25 kg Articolo 8 – Requisiti per l’impiego dei SAPR 1. La capacità dell’operatore del SAPR a rispettare gli obblighi derivanti dal presente Regolamento viene attestata dall’ENAC mediante una autorizzazione nei casi di operazioni di volo critiche. Nei casi di operazioni di volo non critiche, tale capacità viene dichiarata dall’operatore secondo le modalità previste nel Regolamento. 2. Salvo quanto previsto al successivo comma 4, la dichiarazione o l’autorizzazione, come applicabile, copre tutti gli aspetti inerenti la sicurezza delle operazioni del SAPR (mezzo aereo, operazioni di volo, piloti). Il SARP deve essere identificato attraverso l’apposizione sul mezzo aereo di una targhetta riportante i dati identificativi del sistema e dell’operatore. Tale targhetta deve essere installata anche sulla stazione di terra. 3. Tutti i SAPR devono essere dotati di un Manuale di Volo o documento equivalente. 4. Per i SAPR che ricadono nelle previsioni di questa sezione, possono essere rilasciate certificazioni di tipo ristretto solo se è prevista la costruzione in serie. In tali casi è applicabile la stessa disciplina prevista per quelli con massa al decollo massima uguale o superiore a 25 kg. (Sezione III); la conformità di ciascuna unità prodotta viene attestata dal costruttore mediante rilascio di una dichiarazione di conformità al tipo certificato. 5. I SAPR che ricadono nelle previsioni di questa sezione, possono essere impiegati in operazioni specializzate non critiche o critiche. a) Per operazioni specializzate non critiche si intendono quelle operazioni che non prevedono il sorvolo, anche in caso di avarie e malfunzionamenti, di: i. aree congestionate, assembramenti di persone, agglomerati urbani e infrastrutture; ii. aree riservate ai fini della sicurezza dello Stato; iii. linee e stazioni ferroviarie, autostrade e impianti industriali. Esse sono condotte nel volume di spazio “V70” e nell’ambito delle seguenti condizioni: - a una distanza orizzontale di sicurezza adeguata dalle aree
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congestionate, ma non inferiore a 150 m, e a una distanza di almeno 50 m da persone e cose, che non siano sotto il diretto controllo dell’operatore; - in condizioni di luce diurna; - in spazi aerei non controllati; - fuori dalle ATZ e comunque ad almeno 8 km dal perimetro di un aeroporto e dai sentieri di avvicinamento/decollo di/da un aeroporto. b) Per operazioni specializzate critiche, si intendono quelle operazioni condotte in VLOS, nell’ambito di limitazioni/condizioni che non rispettano, anche solo parzialmente, quanto al precedente comma 5a. Nel caso in cui le attività non possono essere condotte nel volume di spazio aereo “V70”, in spazi aerei non controllati o all’interno di ATZ e comunque ad almeno 8 km dal perimetro di un aeroporto e dai sentieri di avvicinamento/decollo di/da un aeroporto, il richiedente deve presentare, in accordo alle disposizioni ENAC, richiesta di utilizzo dello spazio aereo. Per effettuare operazioni specializzate a titolo oneroso o meno, l’operatore deve disporre di una organizzazione tecnica e operativa adeguata all’attività e dotarsi di un manuale delle operazioni che definisca le procedure necessarie per gestire le attività di volo e la manutenzione dei sistemi. La domanda di autorizzazione o la dichiarazione per l’effettuazione di operazioni specializzate possono essere presentate all’ENAC solo dopo che l’operatore abbia completato con esito positivo la relativa attività di volo sperimentale in accordo alle previsioni di cui al comma 16 del presente articolo. Per le operazioni non critiche, nella dichiarazione l’operatore deve attestare la rispondenza al Regolamento e indicare le condizioni e i limiti applicabili alle operazioni di volo previste, incluso, eventualmente, la necessità di operare in spazi aerei segregati. Deve inoltre allegare la seguente documentazione: a) la descrizione e la configurazione del sistema da impiegare, nonché le caratteristiche e le prestazioni tali da garantirne un impiego sicuro ovvero la dichiarazione di conformità rilasciata dal costruttore, nel caso di SAPR in possesso di certificato di tipo; b) i risultati delle prove dell’attività sperimentale iniziale; c) la tipologia delle operazioni specializzate che intende svolgere; d) i risultati dell’analisi del livello di rischio associato alle operazioni previste, eseguita al fine di sostanziare la sicurezza delle stesse; e) il manuale di volo dell’APR o documento equivalente; f) il manuale delle operazioni e il programma di manutenzione del SAPR.
10. Sulla base della dichiarazione presentata dall’operatore l’ENAC verifica che la dichiarazione contenga tutte le informazioni richieste e prende atto della documentazione allegata. Dell’esito favorevole delle verifiche, di cui sopra, ne viene data informativa al richiedente. Qualora la dichiarazione non contenga le informazioni richieste o dalla stessa emergano delle non conformità al Regolamento, l’ENAC chiede ulteriori informazioni e se necessario effettua una ispezione. 11. Nel caso di operazioni critiche, l’operatore presenta all’ENAC la domanda di autorizzazione nella quale attesta la rispondenza al Regolamento e indica le condizioni e i limiti applicabili alle operazioni di volo previste, inclusa, eventualmente, la necessità di operare in spazi aerei segregati. Alla domanda allega la documentazione di cui al precedente comma 9. 12. Ricevuta la domanda, l’ENAC rilascia l’autorizzazione al completamento con esito positivo della valutazione della documentazione prodotta da parte dell’operatore per sostanziare la capacità di effettuare l’attività in sicurezza. Nell’ambito delle valutazioni, ENAC si riserva di richiedere l’effettuazione di ulteriori analisi e prove e di condurre eventuali ispezioni. 13. Sia nel caso di operazioni critiche che non critiche, l’operatore deve assumersi l’impegno di segnalare gli incidenti e gli inconvenienti gravi che si dovessero verificare e gli eventuali danni provocati a persone o cose. 14. L’autorizzazione o la dichiarazione rimangono valide, purché le operazioni siano condotte nell’ambito delle condizioni e limiti dell’autorizzazione o della dichiarazione. Decade nel caso che siano apportate modifiche al sistema, effettuate operazioni al di fuori delle previsioni dell’autorizzazione/ dichiarazione o in caso di incidenti. 15. L’ENAC si riserva la facoltà di condurre verifiche sulle effettive modalità con cui sono condotte le operazioni. 16. L’attività sperimentale consente di effettuare attività di volo allo scopo di ricerca e sviluppo o attività di volo iniziale propedeutica alla presentazione della richiesta di autorizzazione o della dichiarazione per operazioni specializzate. Essa è condotta in aree non popolate, ad adeguata distanza da aree congestionate e in spazi aerei segregati. Nel caso di attività iniziale propedeutica, l’attività deve essere finalizzata a determinare nell’ambito di quali condizioni e limitazioni le operazioni specializzate possono essere condotte in sicurezza. Le modalità per l’effettuazione dell’attività sperimentale per lo scopo “ricerca e sviluppo” o quelle propedeutiche per l’autorizzazione a effettuare operazioni specializzate critiche, devono essere autorizzate dall’ENAC.
17. Per l’assolvimento degli adempimenti di cui sopra, l’operatore può avvalersi di organizzazioni riconosciute dall’ENAC, inclusa l’effettuazione dell’attività sperimentale necessaria e la predisposizione della documentazione relativa. 18. L’ENAC può prevedere procedure semplificate per i SAPR con massa massima al decollo minore o uguale a 2 kg.
Sezione III – Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto con mezzi aerei di massa massima al decollo maggiore o uguale a 25 kg Articolo 9 – Registrazione e identificazione 1. Gli APR con massa massima al decollo uguale o maggiore ai 25 kg, che effettuano attività all’interno dello spazio aereo italiano, sono registrati dall’ENAC mediante iscrizione nel Registro degli Aeromobili a Pilotaggio Remoto, con l’apposizione di marche di registrazione dedicate; le medesime marche devono essere altresì apposte sulla stazione di controllo a terra. Inoltre deve essere apposta sul mezzo aereo e sulla stazione di terra una targhetta di identificazione.
Articolo 10 – Aeronavigabilità 1. L’abilitazione alla navigazione è attestata dal rilascio di un Permesso di Volo al SAPR, o da un Certificato di Navigabilità Ristretto nel caso di SAPR in possesso di un Certificato di Tipo Ristretto. 2. il Permesso di Volo può essere rilasciato a) per effettuare la sperimentazione allo scopo di ricerca e sviluppo o di dimostrazione di rispondenza alla base di certificazione nel caso di SAPR per i quali è stato richiesto un certificato di tipo ristretto; b) per operazioni specializzate nel caso di SAPR non costruiti in serie e quindi non in possesso di certificazione di tipo ristretto. 3. Il Permesso di Volo specifica le condizioni e/o limitazioni, nell’ambito delle quali devono essere condotte le operazioni, esse includono anche le applicabili limitazioni riguardanti le aree di operazioni e all’utilizzo dello spazio aereo. 4. Per ottenere il Permesso di Volo per l’attività sperimentale di cui al comma 2a, il richiedente deve presentare domanda all’ENAC fornendo la documentazione necessaria per sostanziare la capacità del sistema di svolgere l’attività sperimentale in sicurezza: L’attività sperimentale deve essere condotta in aree non popolate e spazi aerei segregati da piloti in possesso di autorizzazione rilasciata dall’ENAC. Il richiedente deve presentare, in accordo alle disposizioni ENAC in vigore, richiesta di utilizzo dello spazio aereo. 5. L’ENAC rilascia il Permesso di Volo per attività sperimentale all’esito positivo delle verifiche sulla documentazione presentata. il Permesso di Volo per attività sperimentale viene rilasciato per il periodo di tempo necessario allo svolgimento della relativa attività. 6. Il Permesso di Volo per operazioni specializzate di cui al comma 2b può essere ottenuto dopo il completamento con esito positivo dell’attività di volo sperimentale iniziale effettuata con il Permesso di volo per attività sperimentale. 7. Il Permesso di Volo per operazioni specializzate è rilasciato dall’ENAC al termine positivo degli accertamenti necessari a verificare che le operazioni previste possono essere condotte con un livello di sicurezza adeguato. Il Permesso di Volo ha validità massima di tre anni. Qualora sussistano le condizioni e su specifica richiesta, ENAC può, come applicabile, rinnovare o rilasciare un nuovo Permesso di Volo a un determinato SAPR, in funzione dello scopo dello stesso. Il Permesso di Volo decade di validità qualora le limitazioni e le condizioni applicabili non siano rispettate, nel caso di modifiche al sistema
non preventivamente approvate dall’ENAC o di inottemperanza ai requisiti di cui all’Articolo 12. 8. Per i SAPR destinati a essere costruiti in serie deve essere presentata all’ENAC domanda di rilascio di certificato di tipo ristretto. Il certificato attesta la rispondenza alla base di certificazione stabilita dall’ENAC, determinata tenendo conto delle specificità del sistema e delle sue modalità di impiego. La relativa Specifica di Tipo riporta le condizioni e/o limitazioni nell’ambito delle quali il sistema può essere impiegato, includendo anche le limitazioni riguardanti la tipologia delle aree di operazioni e l’utilizzo dello spazio aereo. Nel caso di SAPR che hanno ricevuto una certificazione di tipo, al relativo APR può essere rilasciato un certificato di navigabilità ristretto se conforme alla Specifica di Tipo e risulti in condizioni per essere operato in sicurezza. L’organizzazione che intende progettare e produrre i SAPR costruiti in serie, deve essere approvata dall’ENAC. 9. Il certificato di tipo ristretto e la relativa specifica di tipo sono rilasciati al termine delle verifiche che il tipo risponde alla base di certificazione e all’esito positivo dell’attività sperimentale. 10. Il certificato di navigabilità ristretto viene rilasciato al singolo SAPR a seguito di presentazione da parte del proprietario di una dichiarazione del costruttore che attesta che il SAPR è conforme al tipo certificato. Il certificato di navigabilità ha validità illimitata. La validità decade qualora le limitazioni e le condizioni applicabili non siano rispettate, nel caso di modifiche al sistema non preventivamente approvate dall’ENAC o di inottemperanza ai requisiti di cui all’Articolo 12. L’ENAC si riserva la facoltà di effettuare controlli a campione per verificare il mantenimento delle condizioni di validità del certificato di navigabilità ristretto.
Articolo 11 – Certificato Acustico 1. Non è previsto il rilascio del Certificato Acustico.
Articolo 12 – Autorizzazione dell’operatore 1. Per poter effettuare operazioni specializzate a titolo oneroso o meno l’operatore del SAPR deve ottenere l’autorizzazione dell’ENAC, dimostrando di possedere i requisiti di cui ai successivi articoli 13, 14 e 15. 2. Gli accertamenti che l’ENAC conduce sono funzione del livello di criticità delle operazioni stesse.
Articolo 13 – Organizzazione dell’operatore 1. Ai fini del rilascio dell’autorizzazione a, l’operatore deve attestare di: a) disporre di una organizzazione tecnica e operativa adeguata all’attività che intende effettuare e alla consistenza e tipologia della flotta. I piloti impiegati dall’operatore devono avere le qualificazioni richieste per condurre l’attività prevista; b) avere nominato un Responsabile Tecnico per la gestione delle operazioni, della dell’aeronavigabilità e dell’addestramento; c) disporre di SAPR in possesso di certificazioni/autorizzazioni, ed equipaggiati, nella configurazione prevista per lo svolgimento delle “operazioni specializzate” richieste; d) avere predisposto il “Manuale delle Operazioni”, contenente le istruzioni o procedure necessarie per la gestione delle operazioni, dell’aeronavigabilità e dell’addestramento e renderlo disponibile a tutto il personale coinvolto nelle attività; e) essere in grado di condurre le operazioni in accordo alle limitazioni e condizioni previsti per la richiesta dell’autorizzazione.
Articolo 14 – Manutenzione del SAPR 1. L’operatore del SAPR deve stabilire, sulla base delle istruzioni del costruttore, integrandole come necessario in base alla tipologia delle operazioni, un programma di manutenzione adeguato per assicurare il mantenimento dell’aeronavigabilità del sistema. 2. L’operatore si deve dotare di un sistema di registrazione dei dati inerenti alle ore di volo, eventi significativi per la sicurezza, manutenzioni e sostituzione componenti. 3. Il costruttore o altra organizzazione da questi riconosciuta, è autorizzato a effettuare le operazioni di manutenzione dei propri SAPR. 4. La manutenzione ordinaria può essere effettuata anche dall’operatore dopo aver frequentato idoneo corso per la manutenzione presso il costruttore o altre organizzazioni da questo autorizzate.
Articolo 15 – Comunicazione di eventi 1. L’operatore, il costruttore, l’organizzazione di progetto, il pilota e il manutentore, secondo le rispettive responsabilità, sono tenuti a comunicare all’ENAC ogni incidente e inconveniente grave.
Articolo 16 – Regole dell’Aria 1. L’ammissione allo spazio aereo nazionale è soggetta alla capacità di rispettare le regole dell’aria, nonché gli altri Regolamenti emanati dall’ENAC applicabili agli spazi aerei impegnati. 2. Le operazioni in spazio aereo non controllato devono essere condotte in condizioni di VLOS e in accordo alle regole dell’aria applicabili al volume di spazio aereo interessato come di seguito specificato, se non diversamente autorizzato dall’ENAC. 3. Le operazioni sono condotte nel volume di spazio “V70” o “V150” e nell’ambito delle seguenti condizioni: a) a una distanza orizzontale di sicurezza adeguata dalle aree congestionate, non inferiore a 150 m, e a una distanza di almeno 50 m da persone e cose, che non sono sotto il diretto controllo dell’operatore; b) in condizioni di luce diurna; c) fuori dalle ATZ e comunque a una distanza di almeno 8 km dal perimetro di un aeroporto, e dai sentieri di avvicinamento/decollo di/da un aeroporto. 4. Nel caso in cui non sia possibile assicurare quanto sopra o per operazioni in spazio aereo controllato, il richiedente deve presentare, in accordo alle disposizioni ENAC, richiesta di utilizzo dello spazio aereo. Le limitazioni/condizioni sono stabilite dall’ENAC sulla base della tipologia delle operazioni e dei risultati dell’analisi di rischio effettuata dall’operatore. 5. Qualora ne sussistano le condizioni e su specifica richiesta, ENAC può autorizzare, purché non sia compromessa in alcun modo la sicurezza, operazioni per le quali, per brevi fasi di volo, il pilota non ha il contatto visivo diretto con l’APR, o operazioni condotte a distanze maggiori (EVLOS) di quelle previste al comma 3 del presente articolo. In quest’ultimo caso metodi alternativi devono essere adottati per garantire il mantenimento della condizione di VLOS tramite l’impiego di osservatori e/o stazioni di pilotaggio supplementari.
Sezione IV – Disposizioni Generali per i Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto Articolo 17 – Pilota 1. Il pilota del SAPR, ai sensi del Codice della Navigazione, è responsabile della condotta in sicurezza del volo. Viene designato dall’operatore e deve avere un’età minima di 18 anni. 2. Al pilota é richiesta la conoscenza delle regole dell’aria applicabili. Tale conoscenza può essere asseverata dal possesso di una licenza di volo civile o di un attestato di volo sportivo di cui al DPR n. 133/2010. 3. I piloti devono aver effettuato presso il costruttore, presso organizzazioni da questo autorizzate o presso l’operatore stesso, se autorizzato dall’ENAC, un programma di addestramento per lo specifico SAPR. 4. Ai fini dell’idoneità psicofisica, il pilota deve essere in possesso e in corso di validità del certificato medico di seconda classe in accordo al Regolamento ENAC “Organizzazione Sanitaria e certificazioni mediche d’idoneità per il conseguimento delle licenze e degli attestati aeronautici”. 5. Per i SAPR di massa massima al decollo inferiore a 25 kg e utilizzati in operazioni non critiche, l’operatore deve attestare nella dichiarazione da presentare all’ENAC che il pilota è qualificato al pilotaggio del sistema, in quanto ha le necessarie conoscenze delle Regole dell’Aria, le competenze per condurre il sistema e idoneità psicofisica. 6. Nel caso di operazioni specializzate critiche o di SAPR di massa massima al decollo maggiore o uguale a 25 kg., la qualificazione del pilota da parte dell’operatore è soggetta a riconoscimento da parte dell’ENAC che verifica l’adeguatezza dei titoli, l’esperienza eventualmente posseduta e l’adeguatezza dell’addestramento effettuato. 7. Sulla base del riconoscimento emesso dall’ENAC di cui al precedente comma 6, il pilota è autorizzato ad pilotare il sistema per una durata massima di cinque anni se non diversamente disposto dall’ENAC. 8. Un pilota qualificato, di cui al comma 5 o 6, non può condurre attività di volo, se nei 90 giorni precedenti alla data dell’attività delle operazioni non ha effettuato almeno tre decolli e tre atterraggi con il SAPR oggetto dell’autorizzazione.
Articolo 18 – Equipaggiamenti 1. I SAPR devono essere equipaggiati con i dispositivi/sistemi necessari per l’effettuazione delle operazioni previste in accordo alle regole dell’aria applicabili e in funzione degli spazi aerei impegnati, inclusi equipaggiamenti che permettano al pilota di comunicare con l’Ente di controllo del traffico aereo. È richiesto il transponder a meno che non si operi in spazi aerei non controllati. 2. In funzione della tipologia delle operazioni, l’ENAC può richiedere l’installazione di dispositivi per la terminazione del volo, su attivazione automatica o manuale, che consentano un atterraggio di emergenza in condizioni di sicurezza. 3. Nelle attività condotte in condizioni VLOS, in spazi aerei non controllati, l’ENAC può richiedere l’istallazione sull’APR di luci o altri mezzi che possano favorirne la visibilità al pilota remoto ed eventualmente agli altri utilizzatori dello spazio aereo.
Articolo 19 – Data Link 1. Il data link facente parte dei SAPR deve assicurare l’attuazione delle funzioni di Command e Control con la necessaria continuità e affidabilità in relazione all’area delle operazioni. 2. Il data link deve utilizzare frequenze autorizzate e scelte opportunamente in modo da minimizzare la possibilità di interferenze involontarie e volontarie che possano compromettere la sicurezza delle operazioni.
Articolo 20 – Assicurazione 1. Non è consentito operare un SAPR se non è stata stipulata e in corso di validità un’assicurazione concernente la responsabilità verso terzi, adeguata allo scopo e non inferiore ai massimali minimi di cui alla tabella dell’articolo 7 del Regolamento (CE) n. 785/2004.
Articolo 21 – Security 1. L’operatore deve adottare misure adeguate per la protezione del SAPR da atti illeciti durante le operazioni anche al fine di prevenire le interferenze volontarie del radio link. 2. L’operatore essere stabilite procedure per impedire l’accesso di personale non autorizzato all’area delle operazioni, in particolare alla stazione di controllo, e per lo stivaggio del sistema.
Articolo 22 – Protezione dei dati e privacy 1. Laddove le operazioni svolte attraverso un SAPR possano comportare un trattamento di dati personali, tale circostanza dovrà essere menzionata nella documentazione sottoposta ai fini del rilascio della pertinente autorizzazione. 2. Il trattamento dei dati personali deve essere effettuato in ogni caso nel rispetto del decreto legislativo 30 giugno 2013, n. 196 e successive modificazioni ( Codice in materia di protezione dei dati personali), con particolare riguardo all’utilizzo di modalità che permettano di identificare l’interessato solo in caso di necessità ai sensi dell’Articolo 3 del Codice, nonché delle misure e degli accorgimenti a garanzia dell’interessato prescritti dal Garante per la protezione dei dati personali.
Sezione V – Aeromodelli Articolo 23 – Generalità 1. L’aeromodellista ai comandi dell’aeromodello ha la responsabilità di utilizzare il mezzo in modo che non possa arrecare rischi a persone o beni a terra e ad altri utilizzatori dello spazio aereo, inoltre è tenuto a mantenere la separazione da ostacoli, evitare collisioni in volo e dare precedenza a tutti. 2. L’aeromodellista è responsabile di ottemperare agli obblighi relativi e a ottenere le eventuali autorizzazioni per l’utilizzo dello spettro elettromagnetico impegnato dal radiocomando. 3. Gli aeromodelli con massa al decollo massima minore di 25 kg che rispettano i seguenti limiti: - massima superficie alare di 500 dm2; - massimo carico alare di 250 g/dm2; - massima cilindrata totale dei motori a pistoni di 250 cm3; o - massima tensione della sorgente di energia per i motori elettrici, 72 V, misurata a vuoto; o - massima spinta totale dei motori a turbina di 25 kg (250 N); - aeromodelli a volo libero o a volo circolare vincolato; o - aerostati ad aria calda con peso totale del contenitore di gas trasportato per i bruciatori non superiore a 5 kg possono volare nelle ore di luce diurna purché l’aeromodellista mantenga un continuo contatto visivo con l’aeromodello, senza aiuto di dispositivi ottici e/o elettronici a condizione che l’attività non presenti alcun rischio a persone e cose. Tali attività possono essere effettuate in aree non popolate opportunamente selezionate dall’aeromodellista, di raggio massimo di 200 m e di altezza non superiore a 70 m, e per le quali può assicurarne il controllo al fine di non causare rischio a persone e cose e fuori dalle ATZ e comunque a una distanza di almeno 8 km dal perimetro di un aeroporto e dai relativi sentieri di avvicinamento/decollo. Devono inoltre essere rispettate le regole dell’aria applicabili inclusa la capacità di “see and avoid”. Le attività di volo possono essere effettuate anche in aree di altezza non superiore a 150 m e di raggio massimo di 300 m, purché l’aeromodellista sia titolare di una abilitazione al pilotaggio di aeromodelli radiocomandati rilasciata da una scuola certificata dall’Aero Club d’Italia e siano rispettate le regole dell’aria applicabili inclusa la capacità di “see and avoid” per l’aeromodellista e il rispetto del concetto di “to
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be seen” dell’aeromodello da parte degli altri aeromobili. Nel caso non siano soddisfatte una o più delle limitazioni di cui sopra, l’attività di volo deve essere effettuata in spazi aerei regolamentati (permanenti) o segregati (temporanei). L’attività con aeromodelli con massa al decollo massima uguale o maggiore a 25 kg, o con un sistema di propulsione che non rientra nei limiti precedenti, è consentita ad aeromodellisti con un’età minima di 18 anni. L’attività deve essere svolta nelle ore di luce diurna, a un’altezza massima dal terreno tale da consentire all’aeromodellista di mantenere un continuo contatto visivo con l’aeromodello senza aiuto di dispositivi ottici e/o elettronici, in aree istituite da ENAC e riservate alle attività aeromodellistiche. Tali aree sono caratterizzate da spazi aerei regolamentati o segregati. È responsabilità dell’aeromodellista assicurare che durante l’attività in tali aree non ci siano persone a esclusione di quelle necessarie per lo svolgimento dell’attività. L’aeromodellista deve rispettate le eventuali disposizioni emesse dalle amministrazioni locali competenti. Le manifestazioni aeromodellistiche e l’esercizio degli aeromodelli nel corso delle manifestazioni aeromodellistiche devono essere effettuati in ottemperanza alle disposizioni emesse dall’Aero Club d’Italia. Per le operazioni di aeromodelli spaziali (razzo modelli) non dotati di sistemi che ne permettano il controllo da parte dell’aeromodellista deve essere richiesto l’utilizzo dello spazio aereo all’ENAC (spazio aereo regolamentato o segregato). Gli aeromodelli “indoor” non rientrano nelle previsioni del presente regolamento.
Sezione VI – Disposizioni finali Articolo 24 – Sospensione e Revoca 1. L’ENAC può adottare, nel rispetto della Legge n. 241/1990 e successive modifiche e integrazioni, provvedimenti di sospensione totale o parziale delle autorizzazioni o delle certificazioni rilasciate o annullare i privilegi ottenuti, nei casi per i quali è prevista una dichiarazione, in caso di inadempienza ai requisiti del presente Regolamento o quando l’operatore non si dimostra in grado di assicurarne la rispondenza. Le autorizzazioni, le certificazioni e i privilegi ottenuti a seguito di dichiarazione, possono essere altresì sospesi se l’operatore non consente all’ENAC l’effettuazione degli accertamenti di competenza. Il periodo di sospensione non può superare i 6 mesi. L’ENAC provvede a notificare all’operatore l’atto di sospensione, le motivazioni e il tempo concesso per il rientro ripristino dei requisiti interessati. L’autorizzazione, la certificazione o i privilegi ottenuti a seguito di dichiarazione, sono revocati nel caso in cui l’operatore non provveda a ripristinare nei tempi previsti la rispondenza ai requisiti.
Articolo 25 – Tariffe 1. Per gli aspetti amministrativi legati all’adempimento di quanto contenuto nel presente Regolamento, si applica quanto previsto dal Regolamento delle Tariffe dell’ENAC in vigore.
Articolo 26 – Decorrenza 1. Il presente Regolamento entra in vigore a decorrere dal sessantesimo giorno successivo alla data di pubblicazione nel sito internet dell’Ente. Per ulteriori informazioni, aggiunte e modifiche al suddetto regolamento ENAC si prega di fare riferimento al sito ufficiale: http://www.enac.gov.it.
Assicurazione obbligatoria Come abbiamo visto, la distinzione tra aeromodello e SAPR è fondamentale. Per gli aeromodelli non è obbligatoria un’assicurazione. Per tutti i SAPR è invece obbligatoria. L’Articolo 20 del regolamento ENAC prescrive che l’assicurazione deve essere “adeguata allo scopo e non inferiore ai massimali minimi di cui alla tabella dell’articolo 7 del Regolamento (CE) n. 785/2004”. In base al regolamento CE n. 785/2004 e la tabella dell’Articolo 7, per aeromobili inferiori ai 500 kg è previsto l’obbligo di assicurazione con un massimale minimo di 750.000 DSP, dove DSP (Diritto Speciale di Prelievo) è un’unità monetaria internazionale del Fondo Monetario Internazionale. Calcolando un valore intorno a 1,07 euro per 1 DSP (stima febbraio 2015), il massimale minimo previsto per l’assicurazione obbligatoria di un SAPR non potrà essere inferiore a 800.000 euro circa. L’assicurazione per un aeromodello, invece, non è obbligatoria e quindi, in base alla definizione del regolamento ENAC, anche un drone che viene usato come “aereo a pilotaggio remoto, senza persone a bordo, impiegato esclusivamente per scopi ricreativi e sportivi, non dotato di equipaggiamenti che ne permettano un volo autonomo, e che vola sotto il controllo visivo diretto e costante dell’aeromodellista, senza l’ausilio di aiuti visivi”, è da considerarsi un aeromodello. ATTENZIONE Bisogna praticare l’attività ricreativa e sportiva lontano dalle aree congestionate. L’assicurazione non è obbligatoria per attività ricreative e sportive, ma non bisogna sconfinare in operazioni di volo critiche, come definite dal suddetto regolamento, per cui il drone diventa un SAPR soggetto ad assicurazione obbligatoria quando si entra in situazione operative critiche. Tradotto in parole povere: se arriva gente a vedere il vostro drone volare, l’area diviene congestionata. Se non si è coperti dall’assicurazione, si corre il rischio di incorrere in gravi sanzioni penali.
Sanzioni Nel momento in cui questo libro va in stampa, è stato presentato un prontuario della Polizia di Stato per le operazioni con i droni non in regola. Le sanzioni sono elevatissime. Premesso che sarà necessario attendere una legislazione che faccia chiarezza, soprattutto per tutelare chi è in regola e colpire chi invece è abusivo, le forze dell’ordine possono applicare una sanzione severissima anche a un ragazzino sorpreso a far volare un drone giocattolo in mezzo a una piazza affollata. E non solo in teoria! Il suddetto prontuario della Polizia di Stato prevede le seguenti sanzioni: impiego del SAPR senza dichiarazione di rispondenza presentata all’ENAC per le operazioni non critiche o senza adeguata autorizzazione nel caso di effettuazione di operazioni critiche/miste. Si applica l’Articolo 1216 del codice della navigazione all’operatore e al pilota (in tal caso ridotta a un 1/3): arresto fino a un anno ovvero ammenda fino 1032 euro, sempre in ambito penale. pilota di SAPR che conduce operazioni sprovvisto della opportuna qualificazione o con qualificazione scaduta. Si applica l’Articolo 1117 del codice della navigazione con la reclusione da 1 a 5 anni. pilota di SAPR con certificato medico di idoneità scaduto. Si applica l’Articolo 1331 del codice navigazione con l’arresto fino a 3 mesi ovvero ammenda fino a 206 euro. SAPR privo di copertura assicurativa/scaduta. Si applica l’Articolo 1234 con sanzione amministrativa da 56.664 a 113.338 euro. Utilizzo del SAPR senza avere al seguito la polizza assicurativa. Sanzione amministrativa da 16.999 a 33.999. Il prontuario della Polizia di Stato è stato presentato alla convention dell’associazione FIAPR (Federazione Italiana Aeromobili a Pilotaggio Remoto) il 21 febbraio 2015. Ovviamente, la FIAPR ha presentato delle proposte per rendere più “proporzionate” le sanzioni in base alla casistica e ha anche annunciato un’interrogazione parlamentare. Con la speranza che le cose decollino nel modo più appropriato, buon volo a tutti!
Appendice A
Glossario
2,4 GHz È la frequenza standard utilizzata per le telecomunicazioni radio digitali in moltissime applicazioni, rispondenti al protocollo IEEE 802.11 come, per esempio, dispositivi RC, Bluetooth e apparecchiature di trasmissione e ricezione video. Questa è una banda usata dai droni attuali che sostituisce la vecchia fascia dei 72 MHz, utilizzata per le comunicazioni RC analogiche. Per evitare conflitti di frequenza radio è spesso una buona idea utilizzare apparecchiature radio a 72 MHz quando si utilizzano trasmettitori video a bordo del drone a 2,4 GHz, oppure, al contrario, utilizzare la frequenza video di 900 MHz o 5,8 GHz quando si utilizzano apparecchiature RC a 2,4 GHz. 808 camera È il nome di una serie di piccole telecamere vendute come telecamere “portachiavi”. Sono molto leggere e vengono utilizzate da molti hobbisti per riprese video da piccoli quadricotteri. 9X RC È il nome di un popolare trasmettitore R/C a basso costo, prodotto da varie aziende nel corso degli anni. Attualmente, il marchio Turnigy di Hobbyking è il più venduto. Sito ufficiale: http://www.hobbyking.com. ACC Abbreviazione per accelerometro, ovvero sensore di accelerazione. Un componente elettronico misura l’accelerazione su un asse di volo. Il tipo NG utilizza misure su tre assi contemporaneamente. Accelerometro Sensore di accelerazione abbreviato come ACC (vedi). Acqua di superficie Si riferisce a un corso d’acqua o altre superfici acquose sulla terra. ACT DSL ACTeurope Diversity Synchro Link è un produttore di ricevitori RC. DSL è una tecnica Diversity Synchro Link di un protocollo seriale che viene utilizzato per applicazioni in “diversità”. La diversità è la ricezione di segnali attraverso ricevitori multipli per migliorare la qualità complessiva del segnale. Tale protocollo fornisce i valori correnti di ciascun canale RC. Action camera Si tratta di una videocamera in miniatura pensata per catturare il movimento e progettata per non temere urti, sporco e scossoni. AHRS Attitude Heading Reference System: sistema per la misura di assetto e direzione che calcola l’orientamento 3D tramite l’uso di giroscopi e sensori di
riferimento (magnetometri e accelerometri). Un sistema AHRS, a volte erroneamente chiamato IMU, fornisce un orientamento 3D grazie all’integrazione di un giroscopio inerziale. Utilizzando accelerometri e magnetometri, la deriva di integrazione è compensata da vettori di riferimento, vale a dire gravità e campo magnetico terrestre. Tutto ciò risulta in un orientamento senza deriva, rendendo un sistema AHRS una soluzione più conveniente rispetto ai convenzionali IMU, che integrano solamente giroscopi. Aileron - Alettone Nei radiocomandi o software per droni abbreviato in AIL, sinonimo di Roll, ovvero rollio. Ala fissa Sistema usato nei droni civili o militari con una o più ali disposte lateralmente rispetto a un corpo di sostegno (fusoliera). La portanza viene creata dal flusso d’aria che scorre sopra e sotto l’ala. Ala rotante Sistema usato da velivoli come elicotteri e multicotteri. Una o più eliche (con due o più pale) montate attorno a un albero di un motore creano la portanza necessaria per il volo. Altitudine È la distanza verticale di un oggetto da un livello di riferimento, per esempio la terra, il mare o altre superfici. In riferimento alle altre coordinate geografiche terrestri (longitudine e latitudine), l’altitudine assoluta si riferisce al livello del mare. AMA Academy of Model Aeronautics è la principale associazione statunitense di aeromodellismo. APM ArduPilotMega: scheda elettronica per pilotaggio automatico. Sito ufficiale: http://www.ardupilot.co.uk. ArduCopter Software autopilota ad ala rotante per elettronica APM e Pixhawk. Sito ufficiale: https://pixhawk.org. Arduino Progetto open-source a basso costo incentrato su microprocessori Atmel Atmega. È facilmente programmabile con un linguaggio simile al C e permette il controllo di sensori, motori e vari attuatori. Molte schede di controllo quadcopter (FC e controllori di volo) sono costruite utilizzando questa piattaforma e il suo software (firmware). Sito ufficiale: http://www.arduino.cc. ArduPilot Il progetto complessivo che comprende ArduCopter, ArduPlane e ArduRover. Sito ufficiale: http://ardupilot.com. ArduPlane Software autopilota ad ala fissa per APM e Pixhawk elettronica. Sito ufficiale: http://plane.ardupilot.com.
ArduRover Software autopilota per mezzi anfibi per elettronica APM e Pixhawk. Sito ufficiale: http://rover.ardupilot.com. ARF Almost Ready to Fly: significa “quasi pronto al volo”. Termine usato per descrivere il drone parzialmente finito, spesso senza il trasmettitore o altre parti. Asse X Longitudine (vedi). Asse Y Latitudine (vedi). Asse Z Altezza (vedi). Assi È l’insieme usato per descrivere un piano (o una linea) di volo. La maggior parte dei droni offre il controllo di almeno tre assi e il sistema di correzione incorporato (ACC e bussola). Atterraggio automatico Funzione di atterraggio di un drone che può essere impostata in modo automatico all’interno di una missione di volo. Autonomo Non sottoposto al controllo esterno, spesso usato per descrivere un drone che segue un percorso prestabilito tramite GPS o altri mezzi, invece di essere guidato attivamente dal radiocomando. Autopilota Il componente di un veicolo senza equipaggio in grado di guidare senza guida umana in tempo reale (UAV, vedi) un veicolo senza pilota. Baricentro Il baricentro, in fisica, corrisponde al centro di massa di un sistema. È il punto geometrico corrispondente al valore medio della distribuzione della massa in un sistema spaziale. In un drone, il centro di massa, di solito corrisponde all’incrocio delle diagonali che uniscono i centri dei rotori. BASIC Stamp Un semplice processore di controllo con ambiente integrato di programmazione creato venduto da Parallax. Spesso usato per insegnare sistemi embedded di base. Sito ufficiale: http://www.parallax.com. Batteria LiPo È un dispositivo elettrochimico in grado di immagazzinare e distribuire energia elettrica, noto anche come accumulatore litio-polimero o come batteria litio-ione-polimero. BEC Battery Eliminator Circuit: è un circuito progettato per fornire tensione a 5 V costante per le attrezzature RC, autopiloti e altri dispositivi elettronici di bordo. Questo circuito è implementato in più ESC e distribuisce l’energia elettrica da una batteria ai dispositivi elettronici, minimizzando il numero di batterie necessarie. Beccheggio Descrive l’angolo di volo lungo un asse trasversale. In aeronautica indica l’oscillazione di un aeromobile rispetto agli assi X e Y.
Bluetooth Uno standard della tecnologia wireless per lo scambio di dati su brevi distanze, utilizzando onde radio UHF nella banda ISM 2,4 GHz) da dispositivi fissi e mobili. Lo standard funziona sulla base di aree di rete personali (PAN). Bootloader Codice speciale memorizzato nella memoria non volatile di un microprocessore (per esempio, un microprocessore Atmel della scheda Arduino) in grado di interfacciarsi con un computer esterno. In pratica, il bootloader carica il kernel del sistema operativo del microprocessore consentendo il successivo caricamento di programmi creati dall’utente. Breadboard Scheda di prototipazione formata da una base in plastica e un certo numero di contatti a inserimento. Può venire impiegata per creare prototipi da sviluppare in seguito su PCB (vedi) e riutilizzata per molti progetti. Breakout Board (BB) È una piccola scheda con connettori a passo 2,54 millimetri, che di solito ospita una singola unità di elaborazione come, per esempio, un sensore. Questi sensori sono spesso forniti su BB per permettere di essere scambiati più facilmente. Brushless Motor I motori brushless (senza spazzole) sono alla base della recente crescita di popolarità dei droni. Sono molto più efficienti e di gran lunga più resistenti rispetto ai motori a spazzole. Un motore brushless funziona a corrente continua con il rotore a magneti permanenti e lo statore a campo magnetico rotante. A differenza di un motore tradizionale a spazzole non ha bisogno di contatti elettrici striscianti sull’albero motore. Bussola È lo strumento per individuare i punti cardinali terrestri. Fisicamente è formata da un ago magnetizzato che si orienta verso il nord geografico. Le bussole elettroniche sono usate nei magnetometri. CA Cyanoacrylate Adhesive: adesivo cianoacrilato. Si tratta del nome generico usato per le super-colle. Una tra le più famose è commercializzata con il marchio “Super Attak”. Si usa spesso per incollare parti in plastica con piccole rotture o crepe come, per esempio, le eliche di un drone. Cam Controller È una piccola scheda che può essere opzionalmente collegata allla centralina di volo (FC). Fornisce canali servo (per esempio per controllare il pan&tilt di una fotocamera) e porte UART aggiuntive (per esempio per DSL o GPS). Camera gimbal La traduzione di gimbal è “giunto cardanico”. Si tratta di un supporto per videocamera, spesso utilizzato su droni, che possono avere la capacità di inclinarsi e ruotare grazie a piccoli attuatori chiamati servi. Su questi giunti cardanici
possono essere montati vari modelli di fotocamere, tra cui videocamere e anche grandi reflex digitali. Caricabatteria bilanciato Un caricabatterie o sistema interno per batterie LiPo (o altre sostanze chimiche), che utilizza la tecnologia intelligente per caricare correttamente più celle all’interno della batteria e controllarne il bilanciamento. Carico utile Detto anche carico pagante. Vedi Payload. Centro di gravità (CG) Il centro di gravità (CG) di un drone è il punto in cui è bilanciato. Uno dei controlli da fare prima del primo volo è quello del Centro di Gravità (CG), che in pratica corrisponde al baricentro. CineForm CineForm è un codec video proprietario sviluppato da David Taylor, David Newman e Brian Schunck. Nel 2011, la società è stata acquisita da GoPro, che ha implementato il codec nelle sue videocamere HERO e ha aggiunto funzionalità di ripresa in 3D per il suo sistema HERO3. Compass Termine inglese per bussola (vedi). DCM Direction Cosine Matrix (matrice di direzione coseno). La matrice di direzione coseno è un algoritmo meno impegnativo per la centralina di controllo del volo, rispetto al filtro Kalman. Decollo automatico Funzione di decollo di un drone che può essere impostata in modo automatico all’interno di una missione di volo. DJI Produttore altamente considerato nel settore dei multirotori che vende unità complete sia kit di montaggio e parti staccate, tra cui la popolare centralina di volo NAZA. DSM, DSM2, DSMX Digital Spectrum Modulation si riferisce alla tecnologia proprietaria di Spektrum, un produttore di dispositivi RC. Ogni trasmettitore ha un identificatore univoco globale (GUID) a cui i ricevitori possono essere vincolati, assicurando che nessun trasmettitore interferisca con altri sistemi Spektrum DSM vicini. DSM utilizza la tecnologia Direct-Sequence Spread Spectrum (DSSS). DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum è una tecnica di modulazione. Come con altre tecnologie ad ampio spettro, il segnale trasmesso occupa più larghezza di banda rispetto al segnale di informazione che modula la portante o la frequenza di trasmissione. Il nome “Spread Spectrum” deriva dal fatto che i segnali portanti verificano su tutta la larghezza di banda (spettro) la frequenza di trasmissione di un dispositivo
EEPROM Electonically Erasable Programmable Read Only Memory. È un tipo di memoria non volatile utilizzata in computer e altri dispositivi elettronici per memorizzare dati digitali che devono essere salvati anche quando viene interrotta l’alimentazione. Una memoria EEPROM può essere letta, cancellata e riscritta. Elevator – Portanza Nei radiocomandi o software per droni abbreviato in ELE, sinonimo di Pitch, ovvero beccheggio. Elica controrotante Un’elica controrotante è posta coassialmente all’elica rotante, ma gira nel senso opposto. Questo sistema permette di fornire più potenza in un drone. Esacottero Un veicolo aereo multirotore dotato di sei rotori. ESC Electronic Speed Control. Dispositivo elettronico per controllare il motore in un drone. Serve per il collegamento dei motori alla centralina di volo. Di solito comprende anche un BEC (vedi). FC Flight-Control: scheda che esegue il controllo di volo. Questo viene effettuato principalmente ricevendo i dati dei sensori provenienti dalla scheda sensori e i dati di controllo RC. In base a questi dati la scheda FC controlla i motori brushless e i servi. FHSS Frequency-Hopping Spread Spectrum: nel campo delle telecomunicazioni la tecnica di trasmissione radio FHSS viene usata per aumentare la larghezza di banda di un segnale. Consiste nel variare la frequenza di trasmissione a intervalli regolari attraverso un codice prestabilito. Fibra di carbonio La fibra di carbonio è un materiale molto sottile e resistente, realizzato in carbonio. Viene utilizzato in genere nella realizzazione di dispositivi che devono avere caratteristiche di resistenza e leggerezza, come, per esempio i telai e le eliche di un drone. Filtro di Kalman Il filtro prende il nome da Rudolf E. Kalman, un ingegnere e matematico statunitense. L’algoritmo di filtraggio Kalman valuta lo stato di un sistema dinamico a partire da misure soggette a rumore, ovvero a variazioni casuali. Nel software di controllo di una scheda IMU può correggere i dati errati provenienti dai sensori. Firmware È il programma “di fabbrica” memorizzato in un microprocessore o microcontrollore. Il firmware traduce le informazioni (codice macchina) programmate per interagire con altri componenti hardware e interfacce software e/o hardware collegate al microprocessore o microcontrollore.
Flash Temine gergale usato nel settore dei droni per ripristinare e/o immettere codice (firmware) in un chip di controllo. In italiano si usa il verbo “flashare”. Per esempio, “Ho flashato l’ESC” sta per “Ho scritto il firmware nell’ESC”. Fotografia aerea Un settore in rapida crescita grazie a fotocamere sempre più piccole e più efficienti, montabili su gimbal. Fotogrammetria aerea Tecnica utilizzata in cartografia e topografia basata sull’acquisizione di dati metrici tramite l’analisi di fotogrammi ripresi dall’alto. FPV First Person View. Può essere tradotto come “visione dalla prima fila” oppure “visione in prima persona”. Una tecnica che utilizza una telecamera a bordo e la connessione wireless a terra per consentire un pilotaggio da terra in tempo reale, con occhiali video tipo “goggles” o schermi che visualizzano l’uscita video delle telecamere a bordo del drone. Frame Telaio (vedi). FTDI Future Technology Devices International. È il nome della società che produce i chip per convertire i dati standard USB nelle comunicazioni seriali con processori dotati di interfaccia UART. GCS Ground Control Station. Software in esecuzione su un computer che riceve informazioni di telemetria da un drone e mostra l’avanzamento e lo stato, spesso anche altri dati del sensore e video. Può essere usato anche per trasmettere i comandi in volo al drone. Gimbal Tradotto come giunto o sospensione cardanica, è un meccanismo per mantenere uno strumento (per esempio una fotocamera) in posizione piana e stabile, durante il volo. La sospensione cardanica è alla base del funzionamento del giroscopio ed è attribuita allo scienziato cinquecentesco Girolamo Cardano, anche se il funzionamento del giroscopi era noto anche in precedenza. Giroscopio Il giroscopio è un dispositivo fisico rotante che tende a mantenere il suo asse di rotazione orientato in una direzione fissa, sfruttando la legge di conservazione del momento angolare applicata contemporaneamente a uno o più assi. Il funzionamento di un giroscopio elettronico si basa sulla lettura dello stato di un sensore. Il sensore è costituito da tre lamine di ceramica piezoelettrica. Git Git è un sistema di distribuzione di software condiviso, creato da Linus Torvalds nel 2005. Molto software open-source viene distribuito tramite GitHub, un servizio di hosting per lo sviluppo di progetti software che usa il sistema di controllo Git.
Goggles Occhiali per il video dotati di schermo per la visione personale. Sono usati per l’immersione in volo FPV (vedi) con i droni. GoPro È un marchio della società californiana Woodman Labs; produce videocamere e fotocamere “indossabili” per riprese sportive. Si tratta di dispositivi di dimensioni e peso ridotti, a focale fissa e obiettivo grandangolare. Usatissima per riprese video aeree su droni. GPS Global Positioning System (Sistema di Posizionamento Globale). Il GPS è un sistema di posizionamento e navigazione satellitare civile. Attraverso una rete di satelliti artificiali in orbita fornisce dati un ricevitore GPS, ovvero le sue coordinate geografiche e l’orario. La localizzazione a terra avviene grazie alla trasmissione di un segnale radio da parte dei satellite in orbita e l’elaborazione dei dati ricevuti da parte del ricevitore. Gyro Abbreviazione del termine gyroscope. Vedi Giroscopio. HK (HobbyKing) È un’azienda di Hong Kong, specializzata per prodotti RC e accessori per droni a prezzi accessibili. Sito ufficiale: www.hobbyking.com. I2C Abbreviazione di Inter-Integrated Circuit. È un sistema di comunicazione seriale utilizzato per la comunicazione diretta tra circuiti integrati. Il bus I2C è composto da una comunicazione di tipo master/slave su due fili: uno viene usato per i dati (SDA - Serial DAta) e uno per il clock (SCL - Serial CLock). Spesso i sensori di un drone cono collegati usando questa porta seriale. IAP In-Application Programming. In contrasto con la tecnologia ISP, IAP permette di flashare (vedi Flash) un microcontrollore mentre la sua applicazione è in esecuzione. ICSP In Circuit Serial Progammer. Tecnologia per caricare codice in un microprocessore, solitamente tramite un connettore a sei poli. Per utilizzare questa tecnologia, è necessario un programmatore SPI (Serial Peripheral Interface). IDE Integrated Development Environment. Tradotto come ambiente di sviluppo integrato, in informatica si tratta un ambiente software di progettazione legato a un particolare linguaggio di programmazione. Un esempio di IDE è quello per programmare la scheda Arduino. Imbardata Manovra che descrive la rotazione di un drone su un piano attorno al suo asse centrale. IMU Inertial Measurement Unit. Tradotto come unità di misura inerziale, è un sistema elettronico basato su sensori inerziali, come accelerometri e giroscopi. Su un
drone, per esempio, permette di controllare e correggere le tre accelerazioni angolari di beccheggio, rollio e imbardata. I dati provenienti da entrambi i sensori devono essere combinati in un software per determinare il reale comportamento dell’aeromobile. Una tecnica per fare questo è il Filtro di Kalman (vedi). Inner loop/Outer loop Termini riferiti di solito alle funzioni di stabilizzazione e di navigazione di un pilota automatico. La funzione di stabilizzazione deve essere eseguita in tempo reale con la frequenza di 100 volte al secondo (inner loop), mentre la funzione di navigazione può essere eseguita una volta al secondo (outer loop) e può tollerare ritardi e interruzioni. INS Inertial Navigation System. Tradotto come sistema di navigazione inerziale, include almeno un GPS, un accelerometro e un giroscopio o altri dispositivi sensibili al moto. La navigazione inerziale calcola la posizione sulla base di una lettura GPS iniziale, seguita dalla lettura di sensori di movimento e velocità. Utile quando il GPS non è disponibile o ha temporaneamente perso il suo segnale. Intervallometro È un dispositivo usato in fotografia, che consente di eseguire una sequenza automatica di foto distanziate fra loro da un intervallo di tempo programmabile. ISP In-System Programming. È la caratteristica di alcuni microcontrollori e altri sistemi embedded di essere programmati mentre sono installati in un sistema completo. È necessaria la presenza di un programmatore ISP con interfaccia SPI. Un tipico utilizzo di ISP tramite SPI può essere facilmente applicato in ambiente Arduino. JPEG (JPG) Acronimo di Joint Photographic Experts Group, è un formato di file utilizzato in molte fotocamere digitali. I file JPG sono compressi (quindi più piccoli) rispetto ai file RAW (vedi). JST È un connettore elettrico prodotto da JST Mfg. Co. (Japan Solderless Terminal). JST produce numerose serie di connettori. È un tipo di connettore per batteria usato su molti droni. Un altro connettore popolare è di tipo Walkera (vedi). È possibile acquistare adattatori che convertono i due tipi di connettore. KK Il nome di controllo di volo multirotore (FC), sviluppato inizialmente da Rolf Bakke. I modelli più recenti sono denominati KK2. Sito ufficiale: http://www.kkmulticopter.kr. Latitudine È la coordinata geografica corrispondente all’angolo formato da un punto sulla superficie terrestre con il piano equatoriale. L’angolo viene misurato in
gradi sessagesimali. La latitudine può assumere valori da 0 a 90 gradi Nord e da 0 a 90 gradi Sud. Lift Termine inglese per Portanza (vedi). LiPo Lithium Polymer. Batteria LiPo (vedi). Livello giocattolo I droni definiti a livello giocattolo di solito sono quadricotteri molto economici. Data la loro scarsa qualità sono da considerarsi un po’ usa e getta. Livello hobbistico Un passo avanti rispetto al drone giocattolo. Questi droni sono progettati per una migliore affidabilità e funzionamento anche per operazioni di qualità semiprofessionale. Longitudine È la coordinata geografica che indica la distanza angolare da Est a Ovest, in riferimento al meridiano di Greenwich (meridiano 0). La longitudine viene misurata in gradi sessagesimali. Può assumere valori da 0 a 180 gradi Est e da 0 a 180 Ovest (W, dall’inglese West). LOS Line Of Sight. Tradotto come linea di vista, è il percorso ottico fra un trasmettitore e ricevitore. Significa che il drone deve essere sempre visibile a occhio nudo dal pilota durante il volo. Magnetometro Strumento elettronico che ha le funzioni di una bussola digitale. Un magnetometro a tre assi permette di orientare il drone sulle tre coordinate terrestri grazie al firmware utilizzato dalla centralina di volo. mAh milliAmpere-hour. Il milliampere/ora è pari a un millesimo di ampere/ora. Questa unità di misura viene utilizzata soprattutto nella misura della carica di batterie. Equivale a un milliampere erogato per 3600 secondi (1 ora). Nel settore dei droni, le batterie LiPo vanno da 50 a 20000 mAh e oltre. MAV Micro Air Vehicle. Tradotto come micro veicolo aereo, il MAV ha dimensioni ridotte intorno ai 15 cm o meno. Vengono impiegati come “aerei insetto” per l’osservazione a distanza di ambienti pericolosi o per semplice divertimento. MAVLink Micro Air Vehicle Link è un protocollo di comunicazione per MAV usato da molti produttori di firmware come, per esempio, della linea ArduCopter, ArduPlane e ArduRover. MCU Micro Controller Unit. Nel campo dell’elettronica digitale l’unità microcontrollore (microcontroller) è un dispositivo integrato su singolo chip generalmente impiegato in sistemi embedded o per specifiche applicazioni di controllo.
Microcontrollore Un microcontrollore (talvolta abbreviato come uC o MCU) è un circuito integrato collegabile a periferiche esterne. È dotato di una memoria interna e di un ingresso/uscita per la programmazione. I programmi vanno memorizzati nella memoria flash interna (EEPROM). I microcontrollori sono progettati per applicazioni embedded, in contrasto con i microprocessori utilizzati nei personal computer. MK (Mikrokopter) Mikrokopter è un’azienda tedesca iniziata nel 2006 da Holger Buss e Ingo Busker. MikroKopter ha utilizzato un team di piloti per sviluppare una piattaforma con grande stabilità e abbastanza potente per sollevare un carico utile di diversi chilogrammi. Sito ufficiale: http://www.mikrokopter.de. Mobius Camera Una popolare telecamera leggera costruita appositamente per droni. Ha la capacità di riprese video HD e immagini fisse con un intervallometro interno. Mod Abbreviazione di Modification. Nell’ambiente del fai-da-te, si riferisce alla tendenza di modificare continuamente le proprie creazioni. Motore senza spazzole Vedi motore Brushless. Multicottero Un veicolo aereo con più rotori (eliche sempre orizzontali). Il termine include tricotteri, quadricotteri, esacotteri, ottocotteri e così via. Multiwii Software open-source di uso generale, inizialmente sviluppato per supportare giroscopi e accelerometri della console Nintendo Wii. Ora è utilizzato per controllare aeromobili multirotore. Il software è installato su molti circuiti basati su Arduino. NAZA Una centralina di volo elettronico prodotto da DJI. La scheda NAZA contiene un chip principale con giroscopio, accelerometro e altimetro barometrico. Sono disponibili moduli opzionali GPS e bussola. NG Copter Software (NGOS) Il software UAVP-NG, chiamato NGOS, è in esecuzione su una CPU ARM7 LPC2148. Si tratta di una struttura modulare con un Hardware Abstraction Layer (HAL) con algoritmi di controllo per diversi hardware (come quadricotteri, esacotteri, ottocotteri, in diverse configurazioni). I controllori di volo (algoritmi di controllo) sono modulari, ed è anche possibile cambiare il controller utilizzato durante il volo. Le personalizzazioni possono essere effettuate tramite i comportamenti definiti dall’utente. NG UAVP Si tratta di un progetto open-source, basato su community, per costruire un moderno multicottero in autonomia di volo. L’abbreviazione UAVP sta per Universal Aerial Video Platform ovvero Piattaforma Video Aerea Universale. Lo
scopo è quello di fornire gli elementi necessari per costruire un oggetto volante ideale per fare video e foto aeree (fotografia aerea), ma anche per puro divertimento al chiuso o all’aperto. Sito ufficiale: http://ng.uavp.ch. NG UAVP Hardware Il nuovo UAVP-NG Hardware 0.24 mini è costituito da un circuito stampato di 5,5 centimetri x 5,5 centimetri su 4 strati con funzionalità di centralina di volo (FC). Contiene la CPU principale LPC2148 a 32 bit. La CPU chiamata RC/Cam-Controller (RCC) è situata su una piccola scheda separata, che può essere eventualmente collegata alla scheda FC. Inoltre, è disponibile un PCB per l’antenna GPS, un adattatore JTAG, un pulsante PCB, una bussola esterna e, come accennato prima, il PCB per RCC. NMEA National Marine Electronics Association. Standard per le informazioni GPS. Questo protocollo si basa sullo scambio di dati fra la sorgente, detta talker, che può soltanto inviare i dati (sentences) e il ricevitore, detto listener, che può soltanto riceverli. OSD On-Screen Display. Un modo per integrare i dati (spesso nella telemetria) nel flusso video in tempo reale dall’aeromobile a terra. In pratica sono informazioni che si sovrappongono all’immagine video. Di solito vengono mostrati i dati di telemetria, come la durata della batteria, l’altitudine, dati dei sensori e così via. Ottocottero Un veicolo aereo con otto rotori. Payload Tradotto come carico utile o carico pagante, è la quantità di peso che il veicolo aereo può sollevare oltre a se stesso e alle batterie. PCB Printed Circuit Board. Chiamata anche circuito stampato o basetta, si tratta di una scheda progettata e fabbricata per uno scopo specifico e per un uso definitivo, al contrario di una scheda di prototipazione (Breadboard, vedi), che invece può essere riutilizzata per molti progetti. PCM Pulse Coded Modulation. È una codifica usata per rappresentare digitalmente segnali analogici campionati. È il formato standard dell’audio digitale nei computer, compact disc, telefonia digitale e altre applicazioni audio digitali. In un flusso PCM, l’ampiezza del segnale analogico viene campionato a intervalli regolari uniformi e ciascun campione è quantizzato al valore più vicino in un intervallo di passaggi digitali. È utile per i sistemi di comunicazione ottica, come nei migliori trasmettitori/ricevitori RC. Phantom Marchio di un popolare quadricottero RTF prodotto da DJI. Sito ufficiale: http://dji.com.
PIC Pilot In Command. Tradotto come comandante dell’aeromobile, si riferisce a un requisito che impone il controllo diretto di un UAV da parte del pilota. PID Proportional Integral Derivative. Si tratta del controllo Proporzionale Integrale Derivativo, chiamato semplicemente controllo PID. È un sistema in retroazione impiegato nei sistemi di controllo aereo. Tramite l’immissione del valore corrente, il sistema è in grado di reagire a un eventuale errore positivo o negativo portando il valore verso 0. Pixhawk La generazione successiva di autopiloti a 32bit, succeduta ad APM. Una collaborazione tra 3D Robotics e il team PX4 presso ETH, l’università tecnica di Zurigo. Sito ufficiale: https://pixhawk.org. POI Point Of Interest. Punto di interesse, indica un posto verso il quale un drone dovrebbe mantenere puntata una telecamera. Portanza La portanza di solito viene riferita all’ala di un velivolo. È la risultante della forza aerodinamica calcolata in direzione perpendicolare alla direzione dell’aria. PWM Pulse Width Modulation. Tradotto come modulazione della larghezza dell’impulso, è una tecnologia che sfrutta una serie di segnali digitali a onda quadra modulabili in larghezza. Vengono utilizzati nel controllo RC per pilotare servi e regolatori di velocità (ESC). Il duty cycle della forma d’onda, ovvero la larghezza dell’impulso, è proporzionale al periodo di tempo e viene espresso in percentuale da 0 a 100. In un motore servo o un ESC, un duty cycle basso corrisponde a un basso regime di giri. Un duty cycle alto corrisponde a un alto regime di giri. Il comportamento impulsivo del segnale digitale può essere paragonato a un controllo analogico. Quadricottero Un veicolo aereo che utilizza quattro rotori. R/C Un altro modo di scrivere RC, ovvero Radio Controlled. RAW Formato di file usato in alcune macchine fotografiche per immagini digitali fisse. I file RAW contengono tutte le informazioni dell’immagine ripresa della fotocamera e non sono compressi come i file JPG. RC Radio Controlled. Si riferisce alla maggior parte dei droni che sono controllati da trasmettitori radio o anche da uno smartphone o da un tablet. RC Controller Si riferisce al software che riceve i comandi dal pilota tramite RC, quindi li elabora e infine li passa alla centralina di volo. RF Radio Frequency. Tradotto come radio frequenza.
RFI RF Interference. Interferenza radio, ovvero disturbi di ricezione e trasmissione sulla stessa frequenza o frequenze vicine. ROI Region of Interest. Regione di interesse, simile a POI (punto di interesse, vedi). RPM Revolutions Per Minute. I giri al minuto, riportati con RPM o con giri/min, sono un’unità di misura della velocità di rotazione. Si riferisce al numero di giri o cicli compiuti in un minuto da organi rotanti di una macchina. RTF Ready to Fly. Tradotto come pronto al volo, nel campo dei droni è il riferimento a un prodotto che viene venduto completo di tutto e pronto a essere utilizzato senza nessuna installazione particolare. RTL Return To Launch. Ritorno al punto di lancio. Termine che si riferisce alla funzione di riportare il drone alla posizione di lancio, ovvero dal punto in cui è decollato. Rudder – Timone Nei radiocomandi o software per droni abbreviato in RUD, sinonimo di Yaw, ovvero imbardata o imbardare. RX Abbreviazione per ricevitore o ricezione. SB Sensor Board: scheda di controllo dei sensori (giroscopio, ACC, bussola e così via). SB Controller Si riferisce al software che elabora gli input dai sensori, passando i dati alla centralina di volo. Sensore a ultrasuoni Un sensore che utilizza le onde sonore. Nei droni vengono impiegati per determinare la distanza da terra facendo rimbalzare le onde sonore. Nell’uso normale, funzionano solo per distanze di pochi metri dal suolo o da un’altra superficie. Sensore di pressione barometrica Un dispositivo che utilizza letture barometriche per determinare l’altitudine. In combinazione con altri sensori, questo sensore può contribuire a determinare l’altezza da terra del drone. Sensore di prossimità Misura la distanza tra un drone e un oggetto, senza contatto fisico con l’oggetto. Sensore di temperatura Misura la temperatura relativa dell’ambiente fisico di un drone. Sensore di umidità Misura l’umidità relativa nell’ambiente operativo fisico di un veicolo aereo.
Servo Abbreviazione di servomotore. Nei droni aerei, questi particolari motori vengono utilizzati per diverse attività, per esempio, per il pan&tilt delle telecamere o per regolare i carrelli o per altre attività controllabili via radio da terra. Shield Nell’ambiente Arduino è una scheda studiata appositamente per essere inserita sopra la scheda Arduino allo scopo di aggiungere una o più funzioni specifiche, come GPS, bussola, ACC e così via. SiRF III SiRF è un marchio di processori della SiRF Technology Holdings, progettati per sistemi GPS. L’architettura SiRFstar III viene usata per applicazioni wireless per reti 2G, 2.5G e 3G. La tecnologia è stata adottata da molti produttori di GPS, come TomTom, Garmin e Magellan. Sistema di illuminazione Luci individuali o circuiti di illuminazione su un drone, tipicamente realizzati con diodi LED per indicare funzioni come il rilevamento di satelliti GPS e l’attivazione/disattivazione dei motori. Spazio aereo Si riferisce alla spazio esterno che può essere regolamentato da enti locali, in base ad accordi nazionali e internazionali. Nel regolamento ENAC per gli APR lo spazio aereo V70 è volume di spazio di 70 m di altezza massima dal terreno e di raggio di 200 m. Lo spazio aereo V150 è volume di spazio di 150 m di altezza massima dal terreno e di raggio di 500 m. SPCM Super PCM. Simile alla tecnologia PCM, ma con una frequenza più elevata, consentendo più canali (10-12 anziché 7-8). SPI Serial Peripheral Interface. È un sistema di comunicazione tra un microcontrollore e altri circuiti integrati. L’interfaccia utilizza i seguenti bus: MISO (Master Input Slave Output), MOSI (Master Output Slave Input), SCLK (Serial Clock) e CS (Chip Select o reset). Telaio In inglese frame. È la struttura che supporta i componenti di un drone: motori, ESC, centralina, sensori e così via. Telemetria Si riferisce a una connessione bidirezionale tra un drone e il controllo radio. Con la telemetria è possibile, per esempio, la visualizzazione della carica residua della batteria oppure la modalità di volo e molte altre informazioni su Mission Planner (vedi). Termopila Un rilevatore a infrarossi. Spesso usato a coppie per misurare l’inclinazione e il beccheggio. Throttle Termine traducibile con “gas”. È il controllo per aumentare o diminuire il numero di giri (velocità) dei motori brushless di un drone.
TX Abbreviazione di trasmettitore o di trasmissione. UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter. Circuito integrato adibito alla trasmissione e ricezione di dati seriali. Tecnologia usata, per esempio, nelle interfacce RS-232 o nei modem. UAS Unmanned Aerial-vehicle System. Si riferisce a un sistema di volo non pilotato dall’uomo. UAV Unmanned Aerial Vehicle. Veicolo aereo non pilotato dall’uomo. In campo militare, questi velivoli sono chiamati sempre più spesso Unmanned Aerial Systems (UAS), per riflettere il fatto che l’aereo è solo una parte di un sistema complesso terra-aria. Robot autonomi terrestri sono chiamati Unmanned Ground Vehicles (UGV) e sommergibili robot sono chiamati Autonomous Underwater Vehicles (AUV). Imbarcazioni robot di superficie sono chiamate Unmanned Surface Vehicles (USV). UBEC – Universal BEC Si tratta di un BEC standalone, ovvero un’unità autonoma di commutazione in grado di ridurre la tensione delle LiPo a 5 V per alimentare centraline di volo e altri accessori a bordo del drone. Video/Audio Capacità di trasmissione/ricezione video e/o audio tramite un’apposita scheda sul drone. WAAS Wide Area Augmentation System. È un sistema di miglioramento del GPS. Si riferisce a un sistema di satelliti e stazioni terrestri che forniscono correzioni dei segnali GPS, dando una migliore precisione della posizione GPS fino a cinque volte. Walkera Marchio di droni sviluppati da Guangzhou Walkera Technology. Sito ufficiale: http://www.walkera.com. Waypoint Si riferisce a una posizione definita da un insieme di coordinate che identificano un punto geografico. I waypoint vengono utilizzati per la mappatura di missioni autonome. Il concetto di waypoint è legato all’uso di dispositivi GPS a bordo del drone tramite software in grado di pianificare la missione di volo. WOT Wide Open Throttle. Termine traducibile come “a tutto gas”. Xbee È il nome del marchio di Digi International dato a una famiglia di modem basati con protocollo ZigBee. Vengono usati per trasmissioni wireless WPAN. Sito ufficiale: http://www.digi.com. Yaw Termine inglese per Imbardata (vedi).
ZigBee Uno dei principali standard di comunicazione senza fili, la tecnologia ZigBee rientra nello standard IEEE 802.15.4, per reti WPAN (Wireless Personal Area Networks). Si basa sull’uso di piccole antenne montate su piccoli modem digitali per la ricezione e la trasmissione di dati. Questo standard viene utilizzato principalmente nei modem Xbee (vedi).
Indice
Introduzione Dedicato a tutti gli amanti del volo Capitolo 1 - Da dove iniziare Breve storia del drone Tipi di drone I giorni nostri Cosa offre il mercato Capitolo 2 - Come vola un drone L’elicottero Il multicottero Configurazione del drone Controllo dell’elevazione Controllo del beccheggio Controllo del rollio Controllo dell’imbardata Capitolo 3 - Componenti di un drone Telaio Motori ESC Eliche Batteria Centralina di volo VR Brain IMU
GPS Sistema di controllo radio Telemetria Gimbal Videocamera Accessori Monitor video Ringraziamenti Capitolo 4 - Drone fai-da-te Drone pronto al volo o in kit? Scelta del kit di montaggio Realizzare il proprio drone online Assemblaggio del drone Capitolo 5 - Missione di volo Primo avvio Scelta del tipo di telaio Calibrazione della bussola Calibrazione dell’accelerometro Calibrazione del radiocomando Prima del volo Impostazioni FailSafe Montaggio dei piedi Montaggio delle eliche Il primo volo di prova DroidPlanner Piano di volo Capitolo 6 - MultiWii e Arduino Premessa
MultiWii Flyduino MultiWiiConf OpenTX Arduino UNO e MPU-6050 Capitolo 7 - Imparare a volare Imparare da soli Lezioni di volo La burocrazia oltre la pratica Scuole per piloti SAPR Assicurazione obbligatoria Capitolo 8 - La videoripresa aerea Avvertenza Videoriprese amatoriali Videoriprese professionali Ripresa aerea Tecniche di ripresa video Montaggio video Capitolo 9 - Normativa ENAC Cosa dice la legge Sezione I – Generalità Articolo 1 – Premessa/Introduzione Articolo 2 – Applicabilità Articolo 3 – Scopo Articolo 4 – Fonti normative Articolo 5 – Definizioni e Acronimi Articolo 6 – Impiego dei SAPR Articolo 7 – Classificazione dei SAPR
Sezione II – Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto con mezzi aerei di massa massima al decollo minore di 25 kg Articolo 8 – Requisiti per l’impiego dei SAPR Sezione III – Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto con mezzi aerei di massa massima al decollo maggiore o uguale a 25 kg Articolo 9 – Registrazione e identificazione Articolo 10 – Aeronavigabilità Articolo 11 – Certificato Acustico Articolo 12 – Autorizzazione dell’operatore Articolo 13 – Organizzazione dell’operatore Articolo 14 – Manutenzione del SAPR Articolo 15 – Comunicazione di eventi Articolo 16 – Regole dell’Aria Sezione IV – Disposizioni Generali per i Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto Articolo 17 – Pilota Articolo 18 – Equipaggiamenti Articolo 19 – Data Link Articolo 20 – Assicurazione Articolo 21 – Security Articolo 22 – Protezione dei dati e privacy Sezione V – Aeromodelli Articolo 23 – Generalità Sezione VI – Disposizioni finali Articolo 24 – Sospensione e Revoca Articolo 25 – Tariffe Articolo 26 – Decorrenza Assicurazione obbligatoria Sanzioni
Appendice A - Glossario
