El circuito de drones cuadricóptero más simple

En esta publicación discutiremos los conceptos básicos del ensamblaje del cuerpo de un cuadricóptero utilizando tubos y pernos de aluminio, en las secciones posteriores del artículo también discutiremos sobre un circuito de drones simple que podría usarse para volar un ensamblaje de drones pequeños sin depender de microcontroladores complejos.

Un quadcopter es quizás la máquina voladora más simple que requiere una cantidad mínima de precisión aerodinámica y complicaciones, y por lo tanto no es de extrañar, podría ganar una inmensa popularidad entre los diversos aficionados que pudieron construir con éxito esta ... una máquina que realmente podrían volar y control por su propia voluntad.

La dinámica del cuadricóptero

El hecho de que un dron quadcopter sea el más simple en términos de tecnicismo y dinámica se debe en realidad a la participación de 4 hélices y una estructura de marco equilibrada, que permiten que la máquina vuele con un equilibrio relativamente bueno, incluso en condiciones climáticas difíciles.

Pero la simplicidad también implica que el sistema podría no ser tan eficiente como los modelos convencionales de aviones y helicópteros que están intrincadamente diseñados para exhibir una eficiencia extrema en términos de velocidad y consumo de combustible y, por supuesto, capacidad de carga ... todos estos podrían ser esencialmente que carece de un sistema típico de quadcopter.

Sin embargo, en lo que respecta a un proyecto de hobby, esta máquina se convierte en la opción ideal para la mayoría de los entusiastas que encuentran muy divertido e intrigante construir una máquina voladora propia, en casa, que finalmente 'escucha' y vuela en cualquier dirección el usuario prefiere que se mueva.

Sin embargo, para un jugador nuevo, que técnicamente puede no estar tan informado, incluso esta máquina simple puede encontrar extremadamente complicada de entender, simplemente porque la mayor parte de la información relacionada presentada en los muchos sitios web no discute el concepto con lucidez y en un 'lenguaje' que podría adaptarse a un lego.

Este artículo ha sido escrito específicamente para aquellas personas no tan técnicas que están interesadas en construir una magnífica máquina voladora pero encuentran el tema demasiado difícil de digerir.

Por qué los cuadricópteros son tan fáciles de construir hoy

¿Alguna vez te has preguntado por qué los cuadricópteros y los drones son tan fáciles de construir en el mundo actual y quizás antes era imposible usar electricidad?

Básicamente se debe al desarrollo y mejora de las baterías de iones de litio. Se trata de una forma extremadamente eficiente de baterías disponibles en la actualidad que ofrecen una impresionante relación potencia / peso. Junto con esto, la invención de motores BLDC y motores de imanes permanentes altamente refinados también han contribuido a hacer que los drones sean fácilmente construibles.

La batería de iones de litio es capaz de proporcionar una cantidad impresionante de par de rotación en los motores que se vuelve suficiente para empujar la unidad del cuadricóptero a una gran altitud sobre el suelo en segundos, y también permite que permanezca en el aire durante un largo período de tiempo haciendo el rendimiento muy eficiente y útil.

Cómo vuela Quadcopter

Ahora saltemos del camino correcto y entendamos cuáles son las cosas esenciales necesarias para que un quadcopter vuele con éxito. Estos son los conceptos básicos para hacer que la máquina vuele sin problemas:

1) Básicamente, la máquina requiere un cuerpo firme y fuerte, pero extremadamente liviano. Esto podría fabricarse o ensamblarse utilizando tubos de extrusión de aluminio cuadrados huecos, perforando adecuadamente los orificios y fijando el marco con tuercas y pernos.

2) La estructura debe tener la forma de un '+' perfecto o una 'x' perfecta, no hace ninguna diferencia siempre que el ángulo entre los tubos 'cruzados' sea de 90 grados cada uno.

Los elementos básicos necesarios para construir un quadcopter se pueden ver en la siguiente imagen:

Simulación de ensamblaje de piezas

La simulación animada aproximada a continuación muestra cómo ensamblar los elementos mostrados anteriormente:

Cómo construir el marco de Quadcopter

El aluminio para el marco '+' se puede adquirir cortando y dimensionando adecuadamente la tubería de extrusión de aluminio ya preparada, como se muestra a continuación:

El tamaño del bastidor es relativo y, por lo tanto, no es crucial, puede construir un bastidor ancho con los motores bien separados o construir una estructura de bastidor bastante compacta donde los motores no estén demasiado separados ... aunque debe asegurarse que el Las hélices están bien separadas entre sí para permitir un mejor equilibrio y equilibrio.

3) La estructura del marco '+' debe estar equipada con una plataforma cuadrada en la sección central donde los brazos del marco se encuentran y se cruzan. Podría ser simplemente una placa de aluminio bien pulida con las dimensiones adecuadas para alojar cómodamente toda la electrónica y el cableado necesarios.

Por lo tanto, esta placa central o la plataforma es básicamente necesaria para instalar y alojar la electrónica del sistema que, en última instancia, sería responsable de controlar su quadcopter.

4) Una vez que se completa el marco anterior, se requiere que los motores se fijen en los extremos de las barras transversales, como se muestra en las figuras anteriores.

5) No hace falta decir que todo el trabajo de ajuste debe realizarse con la máxima precisión y una alineación perfecta, esto puede requerir la asociación de un fabricante experimentado para el trabajo.

Dado que todo en el diseño está en pares, alinear los elementos con precisión no será demasiado difícil, se trata solo de dimensionar y ajustar los pares con la mayor similitud posible, lo que a su vez garantizará un nivel máximo de equilibrio, equilibrio y sincronización. para el sistema.

Una vez que se construye el marco, es hora de integrar los circuitos electrónicos con los motores relevantes. Esto deberá realizarse según las instrucciones proporcionadas en el manual del circuito proporcionado.

Las placas de circuito podrían instalarse en el lado inferior de la placa central con el alojamiento apropiado o sobre la placa, nuevamente con un gabinete apropiado para encerrarlo herméticamente.

Comprensión de la dirección de rotación de las hélices

Analizando la dirección de rotación de las hélices del motor para un levantamiento equilibrado:

Con referencia a la simulación animada anterior, la dirección de rotación de las hélices del motor debe alinearse de la siguiente manera:

Simplemente debe ser tal que los motores en los extremos de una varilla sean idénticos pero diferentes a la dirección del motor de la otra varilla, lo que significa que si una varilla tiene los motores girando en el sentido de las agujas del reloj, entonces los motores en los extremos de la otra se complementan. La varilla debe estar afinada para girar en sentido antihorario. dirección.

Consulte la simulación anterior para comprender correctamente el movimiento de contraacción de los motores que puede ser necesario asignar a los motores para garantizar una toma equilibrada de

Cómo controlar la dirección del quadcopter controlando la velocidad de los motores.

Sí, la dirección de vuelo del quadcopter se puede ajustar y controlar según su propio deseo y lo hará simplemente aplicando diferentes velocidades (RPM) a los motores en cuestión.

Las siguientes imágenes muestran cómo se puede aplicar la transmisión de velocidad básica a los motores relevantes para lograr y ejecutar cualquier dirección de vuelo deseada hacia la máquina:

Como se indica en los diagramas anteriores, al disminuir apropiadamente la velocidad de un conjunto de motores, o aumentar la velocidad del conjunto opuesto de motores, o ajustar las velocidades según sus propias preferencias, se puede hacer que el quadcopter viaje en el aire en cualquier lugar. dirección específica deseada.

Las imágenes anteriores indican las direcciones básicas, como avance, retroceso, derecha, izquierda, etc., sin embargo, cualquier otra dirección extraña también se puede implementar de manera eficiente ajustando adecuadamente las velocidades de los motores relevantes o puede ser solo un motor.

Por ejemplo, para obligar a la máquina a volar hacia la dirección N / W, se puede aumentar la velocidad solo del motor S / E, y para permitir que la máquina vuele en la dirección N / E, la velocidad de la S / E Se puede aumentar el motor W ... y así sucesivamente. Solo debe practicarse hasta que el usuario pueda lograr y dominar el control total del quadcopter.

Designing a Practical quadcopter

Hasta ahora aprendimos sobre la construcción básica del cuerpo y el hardware del dron, ahora aprendamos cómo hacer un quadcopter o un circuito de dron de forma rápida y económica utilizando componentes muy comunes. En una de mis publicaciones anteriores, aprendimos cómo hacer una máquina voladora quadcopter relativamente compleja y, por lo tanto, eficiente sin usar un microcontrolador, para obtener más información, le recomendamos que consulte las siguientes publicaciones:

Circuito de control remoto sin MCU | Circuito electrónico

En el presente artículo intentamos simplificar mucho el diseño anterior eliminando los motores sin escobillas y reemplazándolos por motores con escobillas, y en consecuencia haciendo posible eliminar el complejo Módulo de circuito de controlador BLDC .

Dado que los detalles de construcción mecánica del cuadricóptero ya se discutieron anteriormente de manera exhaustiva, solo nos ocuparemos de la sección de diseño del circuito y aprenderemos cómo se puede construir para volar el circuito de drones más simple propuesto.

Como se mencionó anteriormente, este simple quadcopter requiere solo los módulos básicos de control remoto de RF como se muestra en la imagen de ejemplo a continuación:

Necesitaras comprar estos módulos de RF en cualquier tienda en línea o en su distribuidor local de repuestos electrónicos:

Aparte de lo mencionado anteriormente Módulos de control remoto RF También se requerirán 4 motores cepillados de imán permanente que en realidad forman el corazón de la máquina de drones. Podría ser como se especifica en la siguiente imagen con las descripciones dadas, o cualquier otro similar según las especificaciones requeridas por el usuario:

Especificaciones eléctricas del motor:

• 6V = voltaje de funcionamiento (pico 12V)
• 200mA = corriente de funcionamiento
• 10,000 = RPM

Lista de partes

• 1K, 10K 1/4 vatio = 1 cada uno
• Condensador 1uF / 25V = 1no
• Preestablecido 10K o 5K = 1no
• Rx = resistencia bobinada de 5 vatios, valor que se confirmará con experimentación.
• IC 555 = 1no
• Diodos 1N4148 = 2nos
• IRF9540 Mosfet = 1no
• Motor de 6 V tipo cepillado = 4nos
• Alambres flexibles, soldadura, fundente, etc.
• PCB de uso general para ensamblar las piezas anteriores
• Módulo de Control Remoto RF de 4 Canales, como se muestra en las imágenes relevantes.
• Canales de aluminio, tornillos, tuercas, placas, etc. como se explica en el artículo.
• Batería como se muestra a continuación:

Cómo configurar el receptor de control remoto con los motores

Antes de comprender cómo configurar el receptor de control remoto con los motores de los cuadricópteros, sería importante aprender cómo se supone que las velocidades del motor deben ajustarse o alinearse para generar los movimientos requeridos hacia la izquierda, derecha, adelante y atrás.

Principalmente, hay dos formas en que se puede habilitar un quadcopter para moverse, que están en los modos '+' y 'x'. En nuestro diseño empleamos el modo de movimiento básico '+' para nuestro dron, como se indica en el siguiente diagrama:

Refiriéndonos al diagrama anterior, nos damos cuenta de que simplemente necesitamos aumentar adecuadamente las velocidades de los motores relevantes para ejecutar las maniobras direccionales deseadas en el dron.

Este aumento de velocidades se puede aplicar configurando los relés de control remoto según el siguiente diagrama de cableado. En el diagrama de abajo podemos ver un Circuito IC 555 PWM cableado con los 4 relés del módulo receptor de control remoto de los 6 relés (1 relé no se utiliza y se puede quitar simplemente para reducir el espacio y el peso).

Ajustar el PWM

Como se puede observar en el diagrama, la alimentación PWM está conectada con todos los contactos N / C de los relés, lo que implica que normalmente el quadcopter estaría flotando a través de esta alimentación PWM uniforme e igual, cuyo ciclo de trabajo puede ajustarse inicialmente de manera que el quadcopter es capaz de alcanzar una determinada cantidad de empuje y altitud.

Esto se puede experimentar ajustando apropiadamente el potenciómetro PWM mostrado.

Cómo configurar los contactos de retransmisión

Los contactos N / O de los relés se pueden ver conectados directamente con el suministro positivo, por lo que cada vez que se presiona un botón relevante en el auricular del transmisor remoto, el relé correspondiente se activa en el módulo receptor, lo que a su vez permite que el motor relevante se el suministro completo de 12V de la batería.

La operación anterior permite que el motor activado gane más velocidad que el resto de los motores lo que permite que el cuadricóptero se mueva hacia la dirección estipulada.

Tan pronto como se suelta el botón del control remoto, el dron se detiene instantáneamente y continúa flotando en el modo constante.

Igualmente, otros movimientos direccionales se pueden lograr simplemente presionando los otros botones asignados, en el mando a distancia.

El relé superior es para garantizar un aterrizaje seguro de la máquina, esto se hace agregando una resistencia de caída de corriente en serie con el contacto N / O del relé mostrado.

Este valor de resistencia debe calcularse con algo de experimentación de modo que el cuadricóptero se mueva alrededor de un par de pies sobre el suelo cada vez que esta resistencia se alterna a través del relé adjunto.

Diagrama de circuito

Los relés que se muestran son la parte del receptor del módulo de RF, cuyos contactos están inicialmente desconectados (en blanco por defecto) y necesitan ser cableados como se indica en el diagrama anterior.

Se supone que el receptor remoto de RF debe instalarse dentro del quadcopter y sus relés conectados con los motores y la batería correspondientes según el diseño que se muestra arriba.

Puede ver algunos conectores (de color verde) que pueden agregar peso innecesariamente al dron. Puede quitarlos todos para reducir el peso y conectar los cables relevantes directamente a la PCB soldando.

Cómo se mueve el dron:

Como se explicó en la discusión anterior, cuando se presiona un botón remoto en particular, se activa el relé correspondiente del módulo cuadricóptero haciendo que el motor relevante se mueva más rápido.

Esta operación, a su vez, obliga a la máquina a moverse en la dirección opuesta al motor que se conmuta para girar a las RPM más rápidas.

Así, por ejemplo, aumentar la velocidad del motor sur hace que la máquina se mueva hacia el norte, aumentar el motor norte hace que se mueva hacia el sur, de manera similar, aumentar la velocidad del motor este hace que se mueva hacia el oeste y viceversa.

Curiosamente, aumentar los motores sur / este permite que el quadcopter se mueva hacia el norte / oeste opuesto que está en el modo diagonal ... y así sucesivamente.

Pros y contras del circuito de control remoto Simple Qaudcopter explicado anteriormente.

Pros

• Barato y fácil de construir incluso por un aficionado relativamente nuevo.
• No requiere operaciones complejas de joystick.
• Se puede controlar con un solo módulo de control remoto de 6 canales

Contras

• Menos eficiente en términos de respaldo de batería debido a la participación de motores con escobillas
• La velocidad direccional es constante y no se puede modificar mediante el mando a distancia
• Es posible que las maniobras no sean suaves, sino un poco espasmódicas al cambiar los botones.