En esta entrada os mostramos el montaje y programación del drone ‘Chimuelo’.

Descripción:

Chimuelo es un micro-drone de carreras con una embergadura de 105mm, con una cámara fpv (first person view) y capaz de alcanzar velocidades de 180 km/h en menos de 2 segundos.

La História de Chimuelo:

Todo empezó con la idea de montar un drone de carreras fpv con el chasis impreso en 3D, las opciones eran o montar un drone de tamaño convencional (unos 220 mm) o un micro-drone (alrededor de 100 mm). Al final me decidí por el más pequeño, ya que sería más sencillo, rápido de imprimir, más robusto, mas  rápido y  divertido de volar. A cambio de perder sencillez de manejo y tiempo de vuelo. Peso estimado: 220gr.

Así que me puse manos a la obra, primero estuve mirando mucha información sobre los componentes que necesitaba un drone (que explicaré en el siguiente apartado dedicado a los componentes), una vez decidí los que iba a usar, los compré en una tienda china especializada. Una vez me llegaron los componentes principales, diseñé el chasis (105 mm de envergadura) y los protectores para las hélices, que son los siguientes:

Ya teniendo todo lo necesario, empecé a construir a Chimuelo (explicaré el proceso de montaje en su apartado correspondiente), después de un buen rato mirando tutoriales lo conseguí. A continuación, también a base de tutoriales, programé la emisora/receptora y un modo de vuelo básico (explicado en el apartado de programación). Ya estaba todo listo y me dispuse a «volarlo», cosa que no hizo durante mucho tiempo, pues había programado de forma incorrecta los parámetros de los PID de los motores y al intentar aterrizar rebotó contra el suelo (repetidas veces) y se estampo contra una pared, con fatal resultado. A Chimuelo se le habia destrozado por completo el protector de las hélices (junto a 2 de estas) y uno de los 4 soportes de los motores.

Después de esto volví a imprimir el chasis y el protector. Ajuste el regulador de los motores para que pudiera aterrizar, más o menos, y le añadí al drone un modo de vuelo «lento» y estabilizado mediante el acelerómetro. Solo me quedó pasar toda la electrónica y los motores al nuevo chasis. Fui a un campo de vuelo amplio (ya que Chimuelo es claustrofóbico y no le gustan las paredes), levantó vuelo y volaba decente, hasta que descubrí el principal problema del chasis impreso en 3D, las altas vibraciones, que hicieron que Chimuelo en mitad del aire empezara a desestabilizarse y a volverse incontrolable. Se fué de cara contra el suelo, sorprendente-mente solo se volvió a romper el chasis y nada de la electrónica.

El principal problema del chasis era el material de impresión, el PLA, que a pesar de ser rígido y duro, es muy frágil a los golpes fuertes y secos, a parte de nada flexible. Así que decidí comparar un chasis de fibra de carbono y aluminio del mismo tamaño y por 8 euros (encima a juego con las hélices), junto a unos protectores que no fuesen tan frágiles.

Con este hardware Chimuelo había alcanzado su estado exterior definitivo. Así que tan solo quedaba programar algún que otro modo de vuelo más y estaría todo listo para volar a su máximo potencial.

Chimuelo tuvo muchos más accidentes, pero gracias a su chasis y protectores indestructibles se mantuvo a salvo y de una pieza hasta el fin de los tiempos.

 

Componentes:

Drone:

1 x Marco fibra carbono 105 mm
1 x Omnibus F4 Corner Nano controlador de vuelo incorporado OSD (controladora de vuelo + controlador sistema de visión FPV)
1 x Receptor compatible con Frsky XM (receptor radio 2.4 GHz)
4 x Eachine 1104 6000KV motor sin escobillas
1 x BS-28A 4IN1 ESC Dshot600 (El controlador de los 4 motores y distribuidor de energía)
4 x Hélice de 4 palas 60 mm CW
4 x Hélice de 4 palas 60 mm CCW
1 x 720 P HD CMOS cámara 1/4 pulgada
1 x 720P DVR
1 x 5,8 g 25MW / 200MW ajustable 48CH VTX (emisora de video a 5,8 GHz)
1 x Antena UXII
1 x 14.8V 550mah 60C batería lipo
1 x Tablero LED WS2812 + zumbador
4 x Protector de hélices

Externos al Drone:

1x Emisor de radio con protocolo Frsky XM de 8 canales (emisor radio 2,4 GHz)

1x Gafas VR, receptoras de video (receptor de video a 5,8 GHz)

 

Uso de cada componente del drone:

A continuación explicaré de forma generalizada, la utilidad de los componentes más importantes de un drone

Chasis o frame

El chasis es la estructura sobre la que vamos a montar nuestros componentes y que da la forma a nuestro drone, existen frames de muchos tamaños, formas y grosores distintos, y en la mayor parte de casos la elección depende del gusto de cada piloto y de la cantidad de dinero que pueda permitirse gastar en esta pieza. En el caso de Chimuelo elegí un chasis pequeño y barato

Controladora o FC

La controladora es la pieza clave de un drone, es la encargada de coordinar todas las funciones del aparato y de interpretar las órdenes que el piloto le manda. La generación de controladoras más actual ahora mismo son las F4 (como lo que usa Chimuelo, Omnibus F4 Corner Nano), número que hace referencia a su capacidad de procesamiento.

Motores

Los motores son los que se encargarán de mover las hélices y dar la potencia necesaria para que nuestro drone consiga levantar el vuelo. Son muchos los tamaños de motores disponibles, su velocidad viene indicada por los KV, por ejemplo si un motor tiene 6000kV, cuando se le de un voltaje de 10 voltios girará a 60 000 rpm.

 

ESC o variadores

Los ESCs son los encargados de hacer de intermediarios entre nuestra controladora y nuestros motores, recogen la señal que nuestra controladora manda y la llevan hasta los motores, que acelerarán o frenarán según se les pida. Chimuelo, dispone de 4 variadores de 20 A para sus 4 motorcillos.

 

PDB

PDB son las iniciales de Power Distribution Board, o placa distribuidora de potencia. La función de esta placa es recibir la corriente que nuestra batería proporciona y enviarla a nuestros variadores para que estos, a su vez, accionen los motores. Además incluyen un dispositivo reductor de voltaje o BEC, que proporciona el voltaje necesario a la controladora, que funciona en mi caso a 5 V.

 

 

 

Receptor

El receptor es el encargado de comunicar la emisora que nosotros tenemos en tierra con la controladora de nuestro drone, para poder así dirigirlo. Deberá ser compatible con nuestra emisora, por lo que el que el receptor que elijamos dependerá a su vez de la emisora que hayamos comprado. Los hay de muchos tamaños y tallas, Chimuelo usa el protocolo FrSky (el de la derecha de las 3 de la imagen).

 

 

 

Hélices

Las hélices son otro de los componentes claves, obviamente, sin ellas nuestro drone no despegaría. Son muchos los tamaños y tipos de hélice, en este caso he usado las moradas de la siguiente imagen.

 

Batería

La batería es otro de los componentes clave del drone. Sin ella no podríamos volar, ya que es la que alimenta a todos los demás componentes, hay de muchos voltajes y capacidades de batería . Las más usadas en drones de carreras son las baterías de tres celdas (3S, o 11.1V), usadas al iniciarse debido a que proporcionan menor potencia, y las baterías de cuatro celdas, es decir, 4S o 14.8V, que son las que más se usan una vez se comienza a dominar e vuelo.

Otro valor a tener en cuenta es la tasa de descarga, medida en el número de C. Cuanto más alto es este valor, más voltaje deja salir la batería en los movimientos del acelerador, permitiendo más velocidad y recuperación.

Chimuelo usa baterías 4S, 14.8 V,  de 500 a 800 mah, con una tasa de descargas de 60C. Por eso es tan rápido.

 

 

Emisora

La emisora es el elemento que permite que controlemos nuestro drone.  Hay de muchas marcas y modelos, en este caso he elegido una parecida a la de la izquierda.

 

 

 

 

Todos estos componentes son los esenciales a la hora de montar un drone, pero si queremos añadir un sistema FPV  deberemos añadir algunos componentes más:

Cámara

La cámara va a convertirse en nuestros ojos en el drone. Es muy importante que tenga bajas latencias, para controlar de forma adecuada el drone.

 

 

Transmisor de vídeo o VTX

El transmisor de vídeo es el encargado de enviar la imagen que nuestra cámara capta a nuestras gafas en tierra. Funcionan en la banda de los 5,8 GHz.

 

Antenas

Necesitaremos colocar antenas tanto en nuestro transmisor de vídeo como en nuestras gafas.

 

Gafas

Las gafas son la clave de nuestro sistema FPV,  por el bien de nuestros ojos y de nuestro drone, más vale que funcionen de forma adecuada. En concreto las que uso para controlar a Chimuelo son las del medio de la siguiente foto.

 

 

Montaje:

El montaje del drone es una faena muy importante, pues si nos equivocamos la podemos liar muy parda. En mi caso he montado a Chimuelo varias veces, primero empecé por el PDB, después la controladora. Estos 2 componente los atornillé al chasis. A continuación, soldé los motores a la PDB (que en mi caso también tenía los variadores). Atornillé los motores, conecté la receptora de radio y la emisora de vídeo. Por último, puse la carcasa superior del drone y atornille la plataforma de la cámara FPV.

Es difícil entender el proceso de montaje, solo leyendo, por eso os dejo un link de un vídeo de como montarlo, el que yo usé principalmente. Aún que no sea exactamente como Chimuelo el proceso de montaje es muy similar.

 

 

Configuración y Programación

Este sea posiblemente el apartado más importante de nuestro drone, ya que va a definir su comportamiento completamente. Lo primero es encontrar un software adecuado para la programación del drone, el más usado es el betaflight. Ya que es de uso libre y muy completo.

Antes de ponernos a programar el drone, tenemos que configurar todos los sticks y palancas de la emisora. Como cada emisora es algo diferente, os dejo un video de como se hace en la mía. Pero por regra general primero definiremos los limites de cada palanca y luego le asignaremos un canal con un protocolo.

Y ahora solo queda programar los modos de vuelo y las configuraciones de los PID’s en el firmware del controlador del drone. Como se trata de un programa muy complejo y extenso, dejo el primero de una serie de vídeos (12 videos de entre 20 y 30 minutos), donde se explica como programar un drone mediante el betaflight.

 

Bueno aquí ha llegado el final de este post, espero que os haya servido de ayuda. De todas formas, si os habéis quedado con dudas, todo se puede encontrar en tutoriales de youtube, y el montaje aún que sea algo engorroso vale la pena. Ya que de un drone costar 200 euros montado, pasa a costar 80 euros si lo compras por piezas.

Por último os dejo con un par de vídeos. Espero que os molen.