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lunes, 17 de julio de 2017

La construcción de un quadrotor parte 4: Control de vuelo

Los sistemas de control de vuelo son vitales para un exitoso quadcopter. En pocas palabras, es difícil mantener un quadcopter en el aire si tiene que manipular los cuatro (más, más!) Motores manualmente-por no mencionar las características críticas y opcionales, como ser capaz de gestionar las necesidades de alimentación de los motores, Nivelar el helicóptero, navegar a través del GPS, y cambiar entre el piloto automático y el control manual. Este capítulo explica cómo funcionan las tres partes de la plataforma de control quadcopter estándar: controladores de velocidad electrónicos (ESC), controladores de vuelo (FC) y receptores. Después de cubrir los conceptos básicos, instalaremos un producto comercial basado en Arduino, el MultiWii, que se muestra en la Figura 8.1.

Conozca sus ESC Como ya se ha indicado anteriormente, los controladores de velocidad electrónicos (ESC) proporcionan energía a los motores para que el receptor o controlador de vuelo no tenga que hacerlo (ver Figura 8.2). Por lo general, consisten en cables de entrada de energía, dos o tres cables de salida que conducen al motor, y una conexión de datos que se conecta al receptor o controlador de vuelo. Otra característica que algunos CES se jactan es que cambian la energía de la CC de la batería en la CA trifásica que acciona los motores del quadcopter, así permitiendo que usted funcione un motor de la CA usando un bateador de la CC





Los ESC están preconfigurados o pueden configurarse manualmente para un tipo específico de drone. Por ejemplo, se espera que un UAV de tipo avión tenga uno o dos motores de accionamiento y servos para alerones y el timón. Algunos ESCs vienen preestablecidos para cortar la potencia de la unidad si el voltaje de la batería cae rápidamente, preservando así el cargador de batería restante para el receptor y las superficies de control. El mercado de control de velocidad es en realidad una categoría amplia y tiene muchos productos similares. Siempre es una buena idea ver lo que otras personas con proyectos similares están haciendo para los controladores de velocidad antes de gastar dinero. Afortunadamente, los CES de bajo nivel no cuestan mucho dinero.




ESC comunes Los siguientes son tres ESC común pero de alta calidad:
XXD HW30A-Este ESC presenta una corriente constante de 30A y un índice de pico de 40A para ráfagas de 10 segundos (ver Figura 8.3). Tiene una función de arranque seguro donde no se lanzará al instante si el arte se enciende con el acelerador todo el camino. Puede configurar el tipo de batería y la configuración de corte usando su transmisor, como explicaré más adelante en este capítulo.
  Escobilla de 30 A de cepillado de Turnigy-Este ESC tiene dos cables de motor en vez de tres, ya que conduce un motor de corriente continua cepillado tradicional, en lugar de un motor de corriente alterna como los motores que utilizamos en el proyecto de cuádruple. No se configura este ESC utilizando un transmisor como lo hacen otros modelos. En su lugar, se utilizan puentes (pequeños conductores de plástico y metal) para establecer sólo dos opciones: tipo de batería y freno. Éstos son CES económicos, funcionando alrededor de $ 8 en HobbyKing.com.




HobbyKing 6A UBEC-Este pequeño paquete de prestamistas, mostrado en la Figura 8.5, también es muy barato, con un costo de sólo $ 7. Usted puede conectar hasta dos o tres células LiPo, pero realmente no está hecho para manejar un montón de amperaje. Se llama un UBEC (circuito universal del eliminador de la batería) porque corta el voltaje cuando los amperios caen por debajo de 0.5.
Programación de ESCs Las SCs programables utilizan chips microcontroladores para almacenar ciertos ajustes, como el tipo de batería, la configuración de la aeronave (por ejemplo, avión frente a helicóptero), frenado, rango de aceleración y muchos otros. Cuanto más dinero gaste en el ESC, más opciones es probable que tenga.




Los ESC más simples usan puentes (conductores de plástico y metal extraíbles) para cambiar sólo algunos ajustes, como si el freno está encendido o qué tipo de batería se está utilizando. Los ESC más complicados y costosos pueden ser programados a través del transmisor, con tonos de audio que guían al usuario a través de varios menús. Aquí es cómo configurar el Turnigy Plush 30A ESC que estamos usando en el proyecto quadcopter. Los CES que usted compra no pueden tener opciones similares, así que asegúrese de revisar la hoja de datos antes de comprarlos. Por último, recuerde que si utiliza un ESC sin el resto del equipo RC, por ejemplo, al activarlo con un Arduino, todavía tendrá que programarlo primero usando el transmisor. 1. Encienda el transmisor, mueva la palanca del acelerador a la posición inferior, como se muestra en la figura 8.6, y luego conecte la batería al ESC. El ESC debe emitir un tono especial, esperar cinco segundos, y luego hacer otro tono. Esto le indica que se ha introducido el modo de programa. El ESC pasa a través de su menú de ocho elementos, cada uno con su propio estilo de pitido (como un solo pitido rápido) que le ayudará a reconocer la opción en la que está trabajando. Cuando llegue a una opción que desee, mueva el stick hacia abajo para seleccionar esa opción.
  Freno (un pitido rápido): le permite ajustar el freno (dos pitidos rápidos) o deshabilitarlo (uno).
  Batería (dos pitidos rápidos) -Un pitido indica una batería Li-On o Li-Poly, mientras que dos pitidos indican una batería NiMh o NiCd.
  Modo de corte (tres pitidos rápidos): indica al ESC qué hacer si la tensión cae. Un pitido le dice a los CES que reduzcan la potencia, esperanzadamente permitiendo un aterrizaje suave. Dos pitidos tienen las pilas apagadas cuando están secas.
  Umbral de corte (cuatro pitidos rápidos): le brinda tres opciones para cuánta energía debe mantenerse en reserva cuando se activa el corte. Bajo es un pitido, medio es dos pitidos, y alto es tres pitidos.





Startup Mode (one long beep)Sets how fast the quadcopter takes off. Normal (one beep) makes the drone shoot upward at maximum speed and is recommended for fixed-wing aircraft. Soft (two beeps) lowers the throttle range somewhat so it launches more gently. Super soft (three beeps) offers an even gentler launch. These last two are recommended for quadcopters.
  Timing (one long and one short beep)Defaults to low (one beep) timing, which is fine for most motors. High-efficiency and multi-pole motors sometimes use medium (two beeps) or high (three beeps).
  Set All to Default (one long and two short beeps)Changes all of the previous settings to their default settings.
  Exit Program Menu (two long beeps)Gets you out of the program menu so you can fly!
Para aquellos usuarios que prefieren una señal visual en lugar de una audible, a menudo se puede comprar barato "tarjetas de programación" con indicadores LED, por lo que puede ver el estado de su ESC de un vistazo. No sólo este método no requiere un transmisor, es más rápido que cambiar a través de un montón de opciones con un oystick.
Receptor La segunda pieza del paquete de electrónica de vuelo es el receptor. Como mencioné en capítulos anteriores, el receptor típico no es realmente tan interesante. Los receptores tienen sólo cuatro áreas de diferenciación: canales, estilo de antena, frecuencia y modulación. Sin embargo, elegir entre receptores a menudo significa decidir cuántos canales desea. Cada canal es una corriente independiente de información. Normalmente, esto determina cuántos dispositivos separados pueden ser controlados por el transmisor. Por lo tanto, el tren de aterrizaje de un avión muy básico podría ser controlado en un canal y su timón en otro. Los canales varían en número de tres a ocho o así para el equipo normal aficionado; Equipos de alta gama a menudo tiene más de una docena de canales. Multicopters son más complicados por el simple hecho de que tienen más motores que muchos receptores tienen canales. El controlador de vuelo maneja los motores separados, y el receptor se conecta al FC. En lugar de controlar directamente los motores, el transmisor funciona en términos aeronáuticos -roll, guiñada y afinación- así como también controla el acelerador. R oll es la rotación a lo largo del eje Y-pensar en una flecha que gira a medida que vuela a través del aire. El guiñada es la rotación a lo largo del eje Z, como una punta giratoria, y el paso es la rotación en el eje X (haciendo volteretas). El piloto controla estos cuatro factores y aprende cómo dirigir trabajando la guiñada. Debido a esta forma simplificada de dirección de multitortors, sólo necesita cuatro canales para controlar incluso un octorotor. Si usted está volando un quadcopter, saltando para un receptor de 16 canales que cuesta $ 100 es excesivo. Los receptores son super simple. Esperan pasivamente la señal correcta en la frecuencia correcta y luego envían una instrucción al controlador de vuelo o ESC. El transmisor es donde se puede encontrar la emoción real. La conclusión es que usted debe comprar el receptor que va con su transmisor. Si no tiene un transmisor, compre un set que tenga tanto el transmisor como el receptor. Un ejemplo que a menudo veo citado -y que también sugiero- es el HobbyKing HK-T6A. Se trata de un transmisor de seis canales y receptor de 2,4 GHz que cuesta alrededor de $ 25 (ver Figura 8.7). Es casi el combo más barato disponible, por lo que es ideal para aficionados!





El controlador de vuelo (FC)
es el cerebro del quadcopter. Por lo general, consiste en un microcontrolador con varios sensores agregados, como un acelerómetro, un barómetro, un magnetómetro, etc.-básicamente cualquier cosa que el quadcopter pueda necesitar para un vuelo autónomo. Sin embargo, incluso el más simple FC ayuda, incluso durante los vuelos controlados manualmente. FCs normalmente auto nivel de la nave, lo que permite al operador centrarse en la dirección y no sólo mantener el zángano en el cielo. Muchas de sus características son autónomas. Por ejemplo, usted no tiene que hacer nada con su transmisor para llegar a nivel automático; Lo hace tan en el fondo así que usted puede gozar el volar. Los FC también se pueden configurar para que tomen automáticamente ciertos pasos si se produce un mal funcionamiento. Si la nave detecta que está cayendo del cielo, por ejemplo, podría desplegar un paracaídas. (Daño a los cuádruples aplastados es una triste realidad de la afición.)
Ejemplos de controlador de vuelo En las siguientes secciones se analizan tres FC, que son sólo una muestra de los muchos productos diferentes en el mercado.
Hoverfly Open El Hoverfly, que se muestra en la Figura 8.8, es parte de una familia de controladores relacionados, que van desde el HoverflyOPEN más sencillo y de nivel básico hasta el HoverflyPRO, que tiene GPS incorporado y cuesta $ 900.





El HoverflyOPEN puede ser configurado para servir como FC para quadcopters, hexcopters y octocopters, y se puede acoplar con cualquier combo transmisor / receptor de cinco canales.
Hoverfly incluso ofrece un mini controlador sólo para el cardán, un montaje de cámara móvil muchos ventiladores quadcopter añadir a sus drones. Puede obtener más información sobre los productos de Hoverfly en http://www.hoverflytech.com/controllers/.
Ardupilot Otro ejemplo de un controlador de lucha es el Ardupilot, que es un piloto automático controlado por Arduino ... como era de esperar (ver Figura 8.9). La plataforma fue creada en 2007 por la comunidad DIYDrones, un foro en línea para entusiastas del drone.





Las versiones anteriores consistieron en tableros complementarios Arduino llamados "escudos", especializados para conectar servos y ESC y rellenos de sensores como acelerómetros y magnetómetros. Posteriormente, el chip Arduino se colocó directamente en la misma placa de circuito que el resto de los componentes, ahorrando así espacio y peso. Un aspecto atractivo del proyecto, una característica del movimiento de hardware de código abierto, es que cualquiera puede contribuir al proyecto Ardupilot, y se han creado varios derivados, incluyendo ArduRover, ArduPlane y ArduCopter, todos los paneles especializados diseñados para tipos específicos de drones . Puede obtener más información en A rdupilot.com.
MultiWii
El MultiWii es un simple y elegante controlador de vuelo diseñado originalmente para permitir a los usuarios manejar drones utilizando Wii nunchuks y controladores Motion Plus (ver Figura 8.10). Trabajos subsiguientes le han traído el dominio más corriente de transmisores y receptores, aunque el software de Wii todavía lo apoya.



El MultiWii tiene un chip de microcontrolador Atmega 328P, el mismo que se usa en el Arduino UNO. Tiene hasta ocho salidas del motor y dos salidas del servo: acelerómetro y giroscopio. Muchos sabores diferentes de placas MultiWii se venden por tantas tiendas diferentes -como un proyecto opensource, cualquiera puede ofrecer su propio sabor de hardware compatible con MultiWii. Aprender Más sobre la iniciativa de software en MultiWii.com. También puedes comprar la misma tarjeta MultiWii que tengo. Está disponible en HobbyKing.com y cuesta alrededor de $ 30.
Instalación de la electrónica de vuelo Continuemos con nuestro proyecto quadcopter agregando los componentes ya descritos en este capítulo: los ESC, el receptor y el controlador. Los abordaremos uno a uno. Sin embargo, no será hasta que el Capítulo 10, "Construyendo un Quadcopter IV: Sistemas de Energía", que realmente cablece todo juntos.
Piezas Para montar la electrónica de vuelo, deberá instalar las siguientes piezas. Con la excepción del último artículo, son todos los artículos que usted puede conseguir de cualquier tienda del arte o almacén grande del hardware de la caja.
  Brocas y brocas
  Cintas de velcro
Cintas adhesivas
Cinta de doble cara
Cuatro tornillos # 4 × 1 "con arandelas y tuercas
Cuatro separadores # 4 × 3/8" (SparkFun P / N 10461)
Instalación de los ESC Utilice bandas o cremalleras en V para asegurar las piezas a las barras, pero hágalo de manera suelta, como se muestra en la Figura 8.11, para que pueda quitar los ESC. Usted agregará conectores especiales a todos los cables en el Capítulo 10. Una vez que los conectores estén en su lugar, usted puede tirar de los lazos apretados. Huelga decir que posicione los ESC de modo que los tres cables del motor estén más cerca de los motores y los cables de alimentación y de datos estén hacia el centro del helicóptero. Es posible que también desee poner los ESC en la parte inferior de los auges; Esto mantiene la parte superior limpia y las posiciones de los CES cerca de la batería, que se añaden a la parte inferior de la plaza de madera.
Instalación del controlador de vuelo El M ultiWii tiene cuatro orificios de montaje en la PCB. Utilice los orificios para marcar la madera y luego taladre agujeros en la madera correspondiente a los de la placa de circuito. Enrosque cuatro tornillos # 4 con arandelas a través de debajo, y luego atornille los separadores de nylon. Finalmente, coloque el MultiWii en los tornillos y asegúrelo con tuercas. Debe ser similar a la figura 8.12.





Instalación del receptor El receptor utilizado aquí no tiene ninguna opción de montaje, excepto una corbata, aunque puede que funcione alguna cinta de doble cara. Perfore los orificios apropiados en la placa de madera y luego enhebre una corbata a través de los orificios, como se muestra en la Figura 8.13.





Visita la construccion de un quadrotor parte 5: Sistema de alimentacion. Dale click aqui






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