Consejos para el montaje de drones

Factores Técnicos que Determinan el Éxito

Por Álvaro Escanciano, presidente de Drone4Students

Antes de empezar

El primer paso antes de plantearse el montaje de un drone es tener en cuenta la aplicación para que se va a usar. No existe un drone mejor que otro en valor absoluto, sino un drone mejor que otro para una aplicación concreta. Según lo anterior la primera decisión que se debe tomar es si deseamos un Multirotor de Carreras, un Multirotor de Propósito General o un drone tipo Ala Fija.

Si lo que se busca es maniobrabilidad, capacidad de carga y posibilidad de vuelo estacionario necesitamos un multirotor. Por el contrario si buscamos gran autonomía el tipo de drone más correcto sería un Ala Fija.

En cuanto a los multirotores si deseamos uno con un rendimiento muy elevado capaz de alcanzar altas velocidades y aceleraciones debemos optar por un drone tipo Carreras. Si por el contrario deseamos un drone con una autonomía un poco superior, más estable y con más capacidad de carga, debemos decantarnos por un drone de Propósito General.

Elección de la Configuración del Drone

Todo multirotor empieza dimensionándose según la capacidad de carga que se desea que tenga y según su aplicación.

Si se desea meter el máximo número de motores en el menor espacio y una gran estabilidad penalizando un poco autonomía y capacidad de carga, se debe optar por configuraciones Y6 o X8 con hélices coaxiales y contra rotantes, logrando una compensación rotor a rotor del par de giro generado.

Si el tamaño del drone no es un problema y se desea maximizar la capacidad de carga y la autonomía, se debe optar por cuadricópteros, hexacópteros u octocópteros con todos sus rotores situados en el mismo plano.

Elección de los Componentes del Drone

Motores

El primer componente que se elige de un drone son sus motores. Para la elección de los mismos se debe atender a un parámetro proporcionado por el fabricante, los “kV” del motor o lo que es lo mismo, voltios por revolución.

Para drones de Propósito general, se elegirán motores de bajos kV, serán motores más lentos y de menor rendimiento pero con gran eficiencia. Como estos drones por lo general son mayores que los drones de carreras, la reducida velocidad de sus motores se compensa colocando una hélice de gran tamaño, de esta forma se logra aumentar la autonomía del drone.

Para drones de Carreras se escogen motores de altos kV, son motores de competición con un rendimiento muy elevado pero muy poco eficientes, giran muy rápido con palas pequeñas, lo que da al drone gran capacidad de aceleración velocidades punta altas pero penalizando en gran medida la eficiencia.

Teniendo en cuenta esta información se deben elegir los motores para el drone asegurando que son capaces de elevar el aparato al 25% del stick del throttle. El fabricante proporciona unas curvas de empuje de los motores según porcentaje del stick del throttle y tamaño de pala empleado. Se debe multiplicar el empuje de un motor por el número de motores disponibles y que ese empuje al 25% del stick sea superior al peso del drone completo.

Variadores

Los variadores son la etapa anterior al motor, se eligen teniendo en cuenta la intensidad máxima que podría pasar por ellos en el caso más desfavorable. Una vez más se debe acudir a las curvas del motor proporcionadas por el fabricante y buscar esta vez la curva intensidad con entrada por porcentaje del stick y tamaño de pala. Se toma esta vez el dato correspondiente al 100 % de stick (Caso más desfavorable).

La intensidad que debe soportar cada variador deberá ser mayor o igual a la que está consumiendo el motor en este pico de corriente.

Controladora

Existen diversos tipos y fabricantes de controladoras pero en definitiva todas pueden agruparse en dos categorías:

• Controladoras para drones de Propósito General.
• Controladoras para drones de Carreras.

Las controladoras para drones de carreras son básicas y ligeras con poca sensorización y escasos modos de vuelo, lo que se prima es la sencillez, ligereza y tamaño reducido.

Las controladoras para drones de Propósito General son más complejas, con mayor sensorización y gran número de modos de vuelo disponibles. En ellas se prima la flexibilidad, la capacidad conexión de números tipos de sensores extra y la robustez.

Hélices

Las hélices se eligen en función de tres parámetros:

• Angulo de Paso.
• Tamaño de Pala.
• Número de Palas.

Ángulo de Paso: Avance por revolución de la hélice, determina el empuje que va a desarrollar la hélice a cada nivel de revoluciones. La mayor parte de los fabricantes desarrollan hélices de distintos tamaños pero con el mismo ángulo de paso así que no es un parámetro que se tenga demasiado en cuenta a la hora de adquirir estos componentes.

Tamaño de Pala: Determina el empuje que va a desarrollar la hélice, cuanto mayor sea la pala, más empuje desarrollará la hélice haciendo posible que el motor giré a menores revoluciones. Hélices mayores requerirán también un mayor frame, lo que supondrá también mayor peso. Hay que llegar por tanto a un balance óptimo.

Número de Palas: Cuestionarse esto solo tiene sentido en drones de Carreras ya que los drones de Propósito General habitualmente obtienen mejores prestaciones con hélices bipala. En drones de Carreras se debe tener en cuenta que hélices bipala proporcionan mayor velocidad punta y aceleración pero que por el contrario las tripala mejoran la maniobrabilidad del equipo permitiendo hacer giros más cerrados.

Frame

El frame se debe elegir al principio atendiendo a la configuración de drone seleccionada, frames mayores serán más pesados pero admitirán mayores tamaños de hélice. En cuanto a los materiales se buscan principalmente dos características:

• Ligereza.
• Resistencia Mecánica.

Para drones de Carreas ambas características son fundamentales, son drones que se llevan al límite y no es raro que puedan experimentar impactos que deberán soportar sin colapsar.

Para drones de Propósito General, por el contrario debe primer la ligereza ante todo, son drones que se supone experimentaran vuelos tranquilos con aterizajes y despegues suaves por lo que el frame no debería estar sometido a esfuerzos grandes.

Placa Distribuidora de Tensión

Simplemente se deberá escoger teniendo en cuenta que debe tener al menos una salida de tensión a la tensión de la batería por cada uno de los motores del drone.

Las controladoras generalmente no funcionan a la tensión de la batería, suelen hacerlo a 3.3 V o 5 V, por tanto es ventajoso que la placa distribuidora disponga de un regulador de tensión que proporcione una salida de tensión estable a la tensión de alimentación de la controladora. Si la placa distribuidora no dispone de regulador de tensión, habrá que colocarlo de forma externa.

Cámara, Transmisor de Video y Antena

Si se desea transmitir video desde el drone será necesario instalarle una cámara, un transmisor de video y una antena.

Cámara: Poco hay que decir de la cámara, cámaras más costosas captarán video de más resolución y de mejor calidad, con colores más vivos y mayores contrastes.

Transmisor de Video: Transmisores de video más potentes serán capaces de enviar el video captado a más distancia permitiendo al piloto controlar el drone desde posiciones más alejadas.

Antena: Generalmente las antenas polarizadas ya sea a izquierdas o derechas dan mejores resultados en la transmisión de video. Transmiten con menos ruido e interferencias pero hay que tener en cuenta que la polarización de la antena del emisor y del receptor ha de ser la misma.

Emisora y Receptor de Señal de Control

Dos parámetros son importantes a la hora de escoger la combinación emisora receptor a instalar en el drone:

• Número de Canales disponibles.
• Potencia.

Número de Canales: Cuatro canales son los básicos para controlar los movimientos básicos del drones y al menos un canal extra es necesario para alternar entre los distintos modos de vuelo. Después de esto cada función extra del drone que queramos controlar desde la emisora requerirá de la existencia de un nuevo canal disponible en la emisora.

Potencia: Emisoras más potentes serán más costosas pero permitirán controlar el drone a distancias superiores.

Consideraciones Generales para el Montaje

• Si el frame del drone es de Fibra de Carbono es importante cubrir con una película protectora los bordes por donde la plancha ha sido cortada. Estos bordes de no protegerse, quedaría completamente expuestos.

• Antes de estañar definitivamente los tres cables de señal de los motores en los variadores es importante comprobar que el sentido de giro de los mismos es el correcto. De no ser así con cruzar dos cables del motor, el sentido de giro se invierte.

• Es importante recordar que el Carbono es conductor de la electricidad, por lo tanto es importante asegurar el aislamiento eléctrico del frame con respecto a la electrónica montada sobre él. Si no se presta atención al aislamiento es muy probable que al conectar la batería el frame se queme cortocircuitando el sistema.

• La tensión de alimentación de la controladora, no solo debe de ser del valor adecuado, sino que también ha de ser estable. Pequeñas variaciones pueden quemar la delicada controladora por lo que antes de conectarla a la alimentación es importante comprobar que el regulador esté proporcionando una tensión adecuada y estable.

• Si el drone dispone de sistema FPV, es importante alejar todo lo posible el cable de video de fuentes de ruido como por ejemplo los cables de tensión de los variadores. Es buena idea también acortar el cable de video todo lo posible para eliminar la posibilidad de crear espiras captadoras de ruido. Incorporar filtros de frecuencia o ferritas en el cable de alimentación del transmisor de video mejora la calidad del mismo. Si aun siguiendo estos consejos el video sigue siendo sensible al ruido se puede intentar trenzar el cable de señal de video de la cámara con el negativo de alimentación e incluso apantallar el cable conectando la pantalla a masa.

• Antes de comenzar con la programación asegurarse de la correcta conexión de los cables de señal de los motores. Cada tipo de controladora tiene su configuración de motores y el orden de conexión es distinto.

Consideraciones Generales para la Programación

• Siempre programar el drone con las hélices retiradas, durante la calibración de motores y variadores los motores pueden moverse de forma repentina en un momento en que las manos del programador están cerca del drone. Las hélices de un drone girando a gran velocidad pueden producir cortes muy importantes.

• Todos los pasos del asistente de configuración inicial del drone son importantes y aunque exista la opción de saltar un paso esto no es recomendable.

• Un buen ajuste de PIDs es clave fundamentalmente para drones de Carreras. Los PIDs determinarán la respuesta del drone ante diferentes acciones de control. Cada canal de control del drone tiene su ajuste proporcional, integral y derivativo y no hay dos drones con el mismo ajuste de PIDs óptimo. Factores como el peso del drone, su potencia o su configuración de cargas dentro del frame determinan su configuración de PIDs. Es imposible dar con la configuración correcta de PIDs sin probar el drone en vuelo. Hay que probarlo, y cambiar ajustes reiteradas veces para llegar al éxito.