ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA

Y MECÁNICA.

CARRERA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

TÍTULO:

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN CUADRICOPTERO A CONTROL REMOTO”

PERFIL DEL PROYECTO DE GRADO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO MECATRÓNICO.

REALIZADO POR: VERONICA GABRIELA ORTIZ PADILLA

PABLO RAMIRO PULLA ARÉVALO

REVISADO POR: -

27/09/12 SANGOLQUÍ – ECUADOR.

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Sangolquí, 27 de Agosto del 2012 Señor Ing. Francisco Terneus DIRECTOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA MECATRONICA Presente. Nosotros, Verónica Gabriela Ortiz Padilla con cédula de ciudadanía No 1720990272 e ID L00340619, y Pablo Ramiro Pulla Arévalo con cédula de ciudadanía No 1721644605 e ID L00340885 nos dirigimos a usted señor Director para sugerir al Ing. Danny Sotomayor como tutor en el proyecto de grado titulado “Diseño y construcción de un cuadricóptero a control remoto” a fin de que por su digno intermedio se ponga en consideración del Consejo Directivo de la Carrera , para su respectivo análisis y resolución. Atentamente, Verónica Gabriela Ortiz Padilla CI: 1720990272 Pablo Ramiro Pulla Arévalo CI: 1721644605

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INDICE 1. TÍTULO DEL PROYECTO ..................................................................................................... 2

2. DATOS REFERENCIALES DEL PROYECTO ........................................................................... 2

2.1. FECHA DE PRESENTACIÓN ......................................................................................... 2

2.2. INSTITUCIÓN BENEFICIARIA ...................................................................................... 2

2.3. RESPONSABLES DEL PROYECTO ................................................................................. 2

2.4. COLABORADORES PROFESIONALES ........................................................................... 2

2.5. ÁREA DEL TEMA ......................................................................................................... 2

2.6. LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA ..................................................................................... 2

2.7. DURACIÓN DEL PROYECTO ........................................................................................ 2

3. DEFINICIÓN DEL PROYECTO .............................................................................................. 3

3.1. ANTECEDENTES ......................................................................................................... 3

3.2. MARCO INSTITUCIONAL ............................................................................................ 3

3.3. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA ............................................................................... 3

3.4. ÁREA DE INFLUENCIA ................................................................................................ 4

3.5. ALCANCE DEL PROYECTO ........................................................................................... 4

3.5.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................................... 4

3.5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................... 5

3.5.3. SISTEMA MECÁNICO .......................................................................................... 5

3.5.4. SISTEMA ELECTRÓNICO/ELÉCTRICO .................................................................. 6

3.5.5. SISTEMAS DE CONTROL ..................................................................................... 7

3.5.6. SOFTWARE PARA IMPLEMENTACIÓN, ANÁLISIS Y SIMULACIÓN .................... 10

3.6. METODOLOGÍA ........................................................................................................ 11

4. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................. 12

5. ANEXOS ........................................................................................................................... 12

5.1. PROPUESTA DE INDICE ............................................................................................ 12

5.2. CRONOGRAMA DEL PROYECTO ............................................................................... 14

5.3. PRESUPUESTO REFERENCIAL ................................................................................... 17

5.4. CARTA DE AUSPICIO ................................................................................................ 17

5.5. TERMINOLOGÍA ....................................................................................................... 17

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1. TÍTULO DEL PROYECTO

Diseño y construcción de un cuadricoptero a control remoto.

2. DATOS REFERENCIALES DEL PROYECTO

2.1. FECHA DE PRESENTACIÓN

27 de Septiembre del 2012 2.2. INSTITUCIÓN BENEFICIARIA

Departamento de Electrica y Electrónica - ESPE 2.3. RESPONSABLES DEL PROYECTO

Verónica Gabriela Ortiz Padilla Pablo Ramiro Pulla Arévalo

2.4. COLABORADORES PROFESIONALES

Ing. Danny Sotomayor

Ing. Diego Arcos, MSc.

Ing. Boris Culqui

2.5. ÁREA DEL TEMA

Diseño Mecánico

Diseño de Elementos de Máquinas.

Mecánica de Fluidos.

Diseño CAD.

Robótica.

Vibraciones.

Diseño Electrónico

Microcontroladores.

Circuitos Digitales.

Telecomunicaciones

Automatización Instrumentación Mecatrónica Control Analógico y Digital.

2.6. LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA

ESPE Sangolquí 2.7. DURACIÓN DEL PROYECTO

Este proyecto tendrá un tiempo de duración de 12 meses.

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3. DEFINICIÓN DEL PROYECTO

3.1. ANTECEDENTES

Un quadrotor se puede definir como una aeronave que se eleva y se desplaza por el movimiento de cuatro motores colocados en los extremos de una estructura. Normalmente se utiliza el nombre inglés quadrotor aunque también existe la traducción cuadricóptero. La aeronave dispone de cuatro motores con sus hélices respectivas, se utiliza la velocidad de los motores para controlar la estabilidad y movimientos del vehículo aéreo. Una de las características a destacar es la gran maniobrabilidad que posee este tipo de vehículo. Al disponer de cuatro motores el control es bastante exacto, lo que ayuda a utilizarlo en aplicaciones donde la exactitud de vuelo estacionario sea muy importante. Una aplicación donde se aprecia esta característica es en la navegación de interiores y sitios de espacio reducido. Como en el helicóptero, estos vehículos disponen de una capacidad de vuelo vertical que los hacen únicos, esta función es ventajosa cuando no se quiere tener mucha velocidad horizontal y tener una buena capacidad de vuelo estacionario. 3.2. MARCO INSTITUCIONAL

Departamento de Electrica y Electrónica - ESPE

MISIÓN

Formar profesionales e investigadores de excelencia, creativos, humanistas, con capacidad de liderazgo, pensamiento crítico y alta conciencia ciudadana; generar, aplicar y difundir el conocimiento y, proporcionar e implantar alternativas de solución a los problemas de la colectividad en el campo de conocimiento de las ciencias eléctrica y electrónica, para promover el desarrollo integral del Ecuador.

VISIÓN Ser el Departamento líder en educación e investigación en electrónica del Ecuador, con alcance internacional y reconocido por indicadores como: excelencia en investigación y publicaciones, perfil del recurso humano, infraestructura física y tecnológica, y generación de empresas tecnológicas de emprendimiento.

3.3. JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA

Un cuadricóptero es una aeronave del tipo PVTOL (Planar Vertical Take-Off and Landing), esto significa que puede despegar y aterrizar en forma paralela al plano terrestre, lo cual da una gran ventaja para la navegación en ambientes interiores o espacios pequeños. Aeronaves de este tipo están siendo utilizados en una gran cantidad de misiones, que responden a requerimientos de fuerzas armadas, de seguridad, organismos gubernamentales, organizaciones civiles, empresas privadas o universidades. Estas misiones pueden resumirse en las siguientes:

Monitoreo y evaluación de ataques terroristas

Apoyo en búsquedas y rescates en zonas montañosas

Alerta temprana y control de incendios

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Monitoreo en rutas y caminos

Reconocimiento y patrullaje marítimo

Monitoreo y detección de sustancias nucleares, bacteriológicas y químicas

Estudio de suelos

Exploración de volcanes

Monitoreo agrícolas y sondeo selvático

Estudios meteorológicos

Videos y fotografías aéreas

Monitoreo de gasoductos y oleoductos

Monitoreo de acueductos

Monitoreo de líneas de tensión

Control de Fronteras

Detección de incendios forestales y asistencia en la toma de decisiones

Desde el punto de vista mecánico en un cuadricóptero las únicas partes móviles son las hélices, dado que están acopladas directamente a los ejes de los motores no es necesario implementar ningún tipo de mecanismo de transmisión. Una ventaja interesante del cuadricóptero en términos de simplicidad es la cancelación de torque total que se obtiene, ya que dos motores giran en una dirección y los otros dos giran en dirección inversa, lo cual permite dejar de lado consideraciones respecto a la estabilización del dispositivo en el eje vertical. El costo elevado de este tipo de aeronaves presenta un obstáculo para su uso en Ecuador. Con el desarrollo de este proyecto se pretende diseñar y construir una aeronave con características similares a las que presentan equipos extranjeros a un menor costo, para lo cual se utilizarán materiales, sensores y controladores con altas prestaciones y que sirvan como prototipo para posteriores investigaciones, desarrollos y mejoras. 3.4. ÁREA DE INFLUENCIA

El proyecto pretende servir como un plataforma para futuras investigaciones y desarrollos en el campo de:

Automatización y control

Telecomunicaciones

3.5. ALCANCE DEL PROYECTO

El proyecto tendrá como alcance diseñar y construir un prototipo de cuadricóptero controlado remotamente desde tierra para aplicaciones indoor1 y outdoor2 con las siguientes características:

Altura de vuelo mayor a 5 metros.

Alcance de transmisión mayor a 50 metros.

Autonomía mayor a 10 minutos.

3.5.1. OBJETIVO GENERAL

Diseñar y construir un prototipo de Aeronave de cuatro rotores o cuadricóptero controlado remotamente por un operador en tierra.

1 Indoor: Ambientes internos 2 Outdoor: Ambientes externos

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3.5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Analizar el diseño y construcción del sistema mecánico verificando que cumpla con los parámetros de rigidez y ligereza.

Analizar los componentes electrónicos y su consumo de potencia para obtener máximo rendimiento.

Generar un algoritmo de control robusto que proporcione buena estabilidad en vuelo ante perturbaciones.

Realizar la comunicación inalámbrica más adecuada para el cuadricóptero, tomando en cuenta los parámetros alcance e interferencia.

3.5.3. SISTEMA MECÁNICO

La parte mecánica de un cuadricóptero consta de un bastidor y cuatro hélices dobles:

Hélices Las hélices constituyen los elementos móviles de la aeronave, las mismas que están estandarizadas; por lo que se seleccionarán de catálogos tomando en cuenta los parámetros:

Diámetro

Paso Algunos de los tamaños de hélice estándar utilizados para cuadricópteros son:

EPP1045: Diámetro 10 y Paso 4.5 es el más popular es bueno para cuadricópteros de tamaño mediano.

EPP0845: Diámetro 8 y Paso 4.5 se utiliza generalmente en cuadricópteros pequeños.

EPP0938: Diámetro 9 y Paso 3.8 se utiliza generalmente en cuadricópteros pequeños.

En general para seleccionar una hélice se deben tener en cuenta los siguientes aspectos:

Cuando se usan motores de altas revoluciones se deben escoger hélices pequeñas o medianas.

Cuando se usan motores de bajas revoluciones se deben escoger hélices grandes

Una hélice giratoria rápida (diámetro pequeño y paso pequeño) se utiliza cuando se tiene un motor que funciona a altas RPM (Kv> 1000) y puede proporcionar una buena cantidad de torque.

Una hélice giratoria más lenta (paso más largo o más grande) se utiliza cuando se tiene un motor que logra un menor número de revoluciones, pero puede dar más par motor.

Bastidor Cada parte en el diseño de un cuadricóptero trabaja en conjunto. El bastidor es la unión de todas estas partes. El bastidor se puede diseñar de muchas maneras y con muchos tipos diferentes de materiales. Un diseño más eficiente conlleva un bastidor

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más rígido, ligero y que permita reducir al mínimo las vibraciones introducidas por los motores. El bastidor de un cuadricóptero que puede ser fabricado mediante aluminio, madera contrachapada, MDF, consta de dos a tres partes que no necesariamente tienen que ser del mismo material:

La parte central donde se encuentran montados los sensores del sistema y la placa electrónica de control.

Cuatro brazos montados en la parte central.

La longitud del brazo varía mucho de acuerdo al diseñador. En la terminología de cuadricópteros se utiliza la abreviatura de distancia de motor a motor, es decir, es la distancia del centro de un motor al centro de otro motor del mismo brazo (o en la misma dirección). La distancia de motor a motor se encuentra relacionada con el diámetro de la hélice, ya que se debe dejar espacio suficiente entre las hélices. Habitualmente los cuadricópteros con hélices EPP1045, que significa un diámetro de hélice de 10 cm tiene una distancia del motor a motor de alrededor de 24 cm, sin embargo es posible que ésta sea menor. Otros sistemas con hélices más pequeñas, con un diámetro de 8 cm o menos, tendrían una distancia de motor a motor de alrededor de 12cm. , como se observa en la Figura 3.

Figura 1: Distancia de Motor a Motor

Cada aspecto del bastidor se diseñará y analizará para que cumpla con las características descritas anteriormente. Adicionalmente se considerará un bastidor que soporte un peso de 200 gr a 500 gr. 3.5.4. SISTEMA ELECTRÓNICO/ELÉCTRICO

Entre los dispositivos y sensores electrónicos que servirán para controlar la aeronave están:

Motores para las 4 hélices.

Giroscopio Electrónico.

Acelerómetro.

Microcontrolador.

Módulos de comunicación inalámbrica.

Baterías. El sistema será controlado mediante una comunicación inalámbrica realizada entre el cuadricóptero y un operador en tierra.

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La Unidad de Medición Inercial (IMU por sus siglas en ingles Inertial Measurement Unit) es el sistema de sensores del cuadricóptero y su objetivo principal es calcular la orientación de los tres ángulos de orientación de la aeronave: Roll (Permite realizar los movimientos a la izquierda o derecha), Pitch (Es el movimiento que permite el desplazamiento hacia adelante y atrás) y Yaw (movimiento cuando el vehículo gira sobre su eje vertical) ángulos que son necesarios para realizar el control de los cambios de velocidad de un motor. El IMU consta de al menos dos sensores: un acelerómetro de 3-ejes y un giroscopio de 3-ejes. Algunas ocasiones el IMU incluye un magnetómetro de 3-ejes que ayuda a mejorar la estabilidad de Yaw. La gravedad es una aceleración hacia abajo, hacia el centro de la tierra, que hace que todos los objetos se mantengan en la superficie. El acelerómetro es en realidad la medida de fuerzas, por lo que la aceleración de la gravedad hacia abajo también puede ser medida por el acelerómetro. Una razón por la cual no se utiliza únicamente un acelerómetro para calcular la orientación del cuadricóptero es que su funcionamiento presenta mucha inestabilidad. Al trabajar con sistemas que incluyen motores se debe considerar la cantidad de vibraciones que éstos producen, por lo que un acelerómetro no puede ser utilizado como único sensor de orientación. Para solucionar este inconveniente se utiliza un giroscopio que mide la velocidad angular, es decir, la velocidad de rotación alrededor de los tres ejes del centro de gravedad del cuadricóptero. La salida de un giroscopio se da en radianes por segundo o grados por segundo. Con lecturas tanto del acelerómetro como del giroscopio, se puede distinguir entre el movimiento/vibración arriba, abajo, izquierda o derecha o rotación. Todo este sistema estará alimentado mediante baterías las cuales se encargan de dar la autonomía eléctrica al cuadricóptero; éstas serán escogidas de acuerdo a los rangos de tensión y corriente que necesitarán los dispositivos electrónicos de la aeronave. 3.5.5. SISTEMAS DE CONTROL

Para controlar el cuadricóptero es necesario generar cambios en la potencia entregada a cada motor. Para el siguiente análisis se asume que la plataforma esta volando estable con una potencia de motores PWM (en los cuatro motores). Los cuadricópteros como todo vehículo volador tiene 3 grados de libertad angulares, estos son roll, pitch y yaw.

Figura 2: Grados de Libertad de un cuadricoptero

3.5.5.1. Movimiento de guiñada (yaw)

Se refiere al movimiento cuando el vehículo gira sobre su eje vertical. El cuadricóptero logra este movimiento al aumentar por igual la potencia de giro

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de los rotores 1 y 3 y disminuir en igual magnitud los motores 2 y 4. Al disminuir esta potencia aumenta el par del motor creando un giro contrario a las hélices que están rotando con mayor potencia.

Figura 3: Movimiento de yaw

3.5.5.2. Movimiento de inclinación (pitch)

Es el movimiento que permite el desplazamiento hacia adelante y atrás. El vehículo mantiene la potencia en el rotor 1 que es opuesto al sentido deseado, reduce al mínimo la del rotor 3 y deja los otros dos a potencia media, así la sustentación del rotor 1 hace que el vehículo se incline a favor del sentido deseado y se desplace.

Figura 4: Movimiento de Pitch

3.5.5.3. Movimiento de bamboleo (roll)

Permite realizar los movimientos a la izquierda o derecha. Usa el mismo principio que el de inclinación, pero lateralmente. La combinación de los tres movimientos mencionados son los que hacen maniobrar al cuadricóptero libremente. Los movimientos de roll y pitch son giros en torno a los ejes horizontales del cuadricóptero. Una inclinación en cualquiera de estos ejes produce un movimiento lineal en el plano horizontal cuya velocidad depende del ángulo (esto se denomina ángulo de ataque) y la dirección depende de la orientación del cuadricóptero.

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Figura 5: Movimiento de Roll

3.5.5.4. Movimiento Vertical

Se puede hacer ascender, descender o mantener en vuelo estacionario al cuadricóptero, haciendo que la fuerza de sustentación generada por los 4 pares motores-hélices sea mayor que la fuerza peso generada por la atracción gravitatoria. Este movimiento se logra al variar la potencia de los cuatro motores en igual medida para no modificar los demás grados de libertad. De esta forma la plataforma puede ascender o descender.

Figura 6: Movimiento Vertical

Lo dicho anteriormente es para el caso ideal, donde los cuatro motores tienen exactamente las mismas constantes y giran a las mismas velocidades angulares. En el caso real, esto no es posible, porque siempre existen ciertas variaciones en las fuerzas generadas por los motores, ya sea porque las constantes de los motores son diferentes o las velocidades angulares giran a distintas revoluciones. El diseño de un controlador para el cuadricóptero no es un problema trivial debido a varias razones como son el acoplamiento entre las fuerzas y momentos generados por los motores y hélices, el rozamiento con el aire, la fuerza de empuje del viento, etc. Una vez obtenido el modelo matemático más próximo al modelo real, se pretende analizar el comportamiento de la aeronave con al menos tres de los siguientes tipos de controladores:

Control Proporcional

Control Integral

Control Derivativo

Control Proporcional Integral

Control Proporcional Derivativo

Control Proporcional Derivativo Integral

Otros

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Nota: Todos los controladores antes mencionados son ampliamente conocidos; en caso de que ninguno cumpla con los requerimientos de control; se investigará otro tipo de controladores más complejos. Cuando se determine el mejor controlador el mismo deberá mantener estable las relaciones de velocidades entre los motores; para lograr que la aeronave cumpla su función a pesar de factores externos tales como perturbaciones.

3.5.6. SOFTWARE PARA IMPLEMENTACIÓN, ANÁLISIS Y SIMULACIÓN Mecánico

Software CAD/CAM Electrónico

Software de simulación de circuitos electrónicos

Software para generación de PCB (Placas Electrónicas)

Compilador para microcontrolador

Control

Software de Lenguaje de Programación

Software de Simulación de Modelos Matemáticos

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3.6. METODOLOGÍA

La metodología por la cual se regirá el proyecto de diseño y construcción del cuadricóptero será la Ingeniería Concurrente, esta metodología será aplicado tanto a la parte mecánica, electrónica y a la de control para verificar su funcionalidad y poder regresar al punto del diseño si es que fuera necesario con el objetivo de realizar cambios para obtener resultados óptimos y eficientes y así evitar tener la menor cantidad de fallas en cualquiera de los sistemas.

INGENIERÍA CONCURRENTE

Diseño Conceptual

Prototipado Virtual

Análisis y verificación

Diseño detallado y

Generación de planos

Prototipado rápido

Y verificación

Preparación de la

Fabricación

Reducción del tiempo de desarrollo

El equipo de proyecto trabaja en paralelo

Los cambios se propagan más rápidamente

Incremento de la calidad

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4. BIBLIOGRAFÍA 1. Ricardo A. Bastianon. (2008). Cálculo y Diseño de la Hélice Optima para Turbinas Eólicas,

5-48. 2. Ing. Esteban González García, Ing. Francisco Vigil Sisterna. Experiencias de Diseño,

Construcción y Operación de UAVs en Argentina, 5-42. 3. Pong-in Pipatpaibul and P. R. Ouyang. (2011, Agosto). Quadrotor UAV Control: Online

Learning Approach. Department of Aerospace Engineering Ryerson University, Toronto, ON Canada. Washington DC, USA.

4. Christian Nadales Real. España 2009. Control de un Quadrotor mediante la plataforma Arduino. Tesis de Ingeniería de Telecomunicaciones, especialidad Sistemas de Telecomunicaciones. Universidad Politécnica de Catalunya.

5. Redolfi Javier Andrés, Henze Agustín. 2011. Quadricóptero Autónomo de Arquitectura Abierta QA3, 1-40.

6. Paul Pounds, Robert Mahony, Peter Corke. Modelling and Control of a Quad-Rotor Robot, 1-10.

7. Peter O. Basta. California, USA 2012. Quad Copter Flight. Master of Science in Electrical Engineering.California State University, Northridge.

5. ANEXOS 5.1. PROPUESTA DE INDICE

CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN 1.1. Presentación 1.2. Definición del problema 1.3. Justificación e importancia 1.4. Objetivos 1.4.1. Objetivos generales 1.4.2. Objetivos específicos 1.5. Alcance 1.6. Área de Influencia

CAPÍTULO 2 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROYECTO 2.1. Características de un cuadricóptero 2.2. Descripción del funcionamiento 2.2.1. Movimiento de guiñada (yaw). 2.2.2. Movimiento de inclinación (pitch). 2.2.3. Movimiento de bamboleo (roll). 2.2.4. Movimiento Vertical. 2.3. Definición de parámetros dimensionales 2.4. Normas Técnicas

CAPÍTULO 3 DISEÑO MECÁNICO 3.1. Diseño 3.1.1. Codificación de partes 3.1.2. Codificación de conjunto y sub-ensambles 3.1.3. Lista de partes (Excel) 3.2. Calculo de ingeniería 3.2.1. Cargas de diseño (cargas muertas, cargas vivas, de impacto, etc), valores

referencia de FS. 3.2.2. Diagrama de cuerpo libre de conjunto y ensambles

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3.2.3. Cálculos 3.2.4. Selección de materiales 3.2.5. Tabla resumen esfuerzos máximos y factores de seguridad, comparación con

factor de referencia 3.2.6. Lista de materia prima por cada parte 3.2.7. Lista de materia prima consolida 3.3. Modelado CAD 3.3.1. Modelo 3D de partes 3.3.2. Modelado de sub-ensambles 3.3.3. Ensamble de conjunto 3.3.4. Planos de conjunto y de detalle 3.4. Ingeniería 3.4.1. Simulación en elementos finitos 3.4.2. Optimización de cálculos, mediante: 3.4.3. Esfuerzo máximo 3.4.4. Deformación máximas 3.4.5. Índice de la estructura 3.5. Tabla de resultados inicial y optimizado 3.6. Fabricación de cada pieza 3.7. Montaje 3.8. Resultados

CAPÍTULO 5: DISEÑO ELECTRÓNICO 5.1. Especificaciones de diseño 5.2. Cálculos de Ingeniería 5.3. Diseño del circuito teórico 5.4. Lista de componentes electrónicos 5.5. Diseño practico del circuito 5.6. Simulación y análisis del circuito 5.7. Correcciones y mejoras 5.8. Selección de componentes electrónicos 5.9. Diseño del PCB 5.10. Pruebas de montaje de los componentes electrónicos 5.11. Fabricación del PCB 5.12. Montaje de los componentes electrónicos. 5.13. Pruebas y resultados

CAPÍTULO 6: DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL 6.1. Descripción 6.1.1. Fuerza de Arrastre del Cuerpo 6.1.2. Empuje 6.1.3. Fuerza de arrastre sobre los rotores debido a la velocidad Horizontal 6.1.4. Momento de arrastre sobre el eje de rotación de los rotores 6.1.5. Momento de Roll generado en los rotores por la velocidad 6.1.6. Fuerza de arrastre en los rotores debido a la velocidad 6.1.7. Empuje Total 6.2. Aproximación de la Fuerza y el Momento 6.2.1. Fuerza 6.2.2. Momento 6.3. Medición de los parámetros de la Planta 6.3.1. Empuje de los motores 6.3.2. Identificación del modelo matemático de cada motor

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6.3.3. Calculo Aproximado de las constantes 6.4. Controladores 6.4.1. Análisis de los distintos tipos de controladores 6.4.2. Selección de los métodos de control a utilizar 6.5. Diseño del controlador 6.5.1. Controlador uno 6.5.1.1. Simulación, Pruebas y Resultados 6.5.2. Controlador dos 6.5.2.1. Simulación, Pruebas y Resultados 6.5.3. Controlador tres 6.5.3.1. Simulación, Pruebas y Resultados 6.5.4. Selección del mejor controlador

CAPÍTULO 7: PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO Y RESULTADOS 7.1. Pruebas de funcionamiento 7.3. Pruebas de confiabilidad 7.4. Análisis de resultados

CAPÍTULO 8: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 8.1. Conclusiones 8.2. Recomendaciones

BIBLIOGRAFÍA

ANEXOS A.1. Planos de Partes A.2. Plano de Sub-ensambles A.3. Plano de Conjunto A.4. Planos de Construcción A.5. Diagramas Electrónicos A.6. Código de Programación A.7. Análisis Económico

5.2. CRONOGRAMA DEL PROYECTO

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ACTIVIDADES 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2

1 Planificación de

Actividades

Investigación

Descripción General del Proyecto

2 Diseño Mecánico

Cálculo de Ingeniería

Cargas de diseño

Diagrama de cuerpo libre de conjunto y ensambles

Cálculos

Selección de Materiales

Tabla resumen esfuerzos máximos y factores de seguridad, comparación con factor de referencia

Lista de materia prima por cada parte

Lista de materia prima consolidada

Modelo 3D de partes

Modelado de sub-ensambles

Ensamble de conjunto

Planos de conjunto y de detalle

Especificaciones técnicas

Simulación en elementos finitos

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Optimización de cálculos

Esfuerzo y deformación máxima

Tabla de resultados

3 Fabricación

Fabricación de cada pieza

Montaje

Resultados

4 Diseño Electrónico

Selección de elementos electrónicos

Cálculos de ingeniería

Diseño del driver electrónico

Simulación y análisis del diseño

Resultados

5 Fabricación

Elaboración Placa Electrónica

Montaje y Análisis de Resultados

6 Diseño del Sistema de Control

Identificación del modelo matemático de cada motor

Análisis de posibles controles

Selección de métodos de control

Simulación y análisis

Programación del microcontrolador

7 Pruebas de Funcionamiento

Pruebas de funcionamiento

Pruebas de velocidad de proceso

Pruebas de confiabilidad

Análisis de resultados

8 Evaluación Económica

Análisis Económico

9 Presentación del informe

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5.3. PRESUPUESTO REFERENCIAL

Tabla 1: Costos

Elemento Cantidad Precio Total

Motor Eléctrico 4 70 280

Speed Control 1 100 100

Pilas Lipo 14.8V 1 80 80

Hélices 4 6 24

Módulos de Comunicación 1 100 100

TOTAL 584

5.4. CARTA DE AUSPICIO

ANEXO

5.5. TERMINOLOGÍA UAV El UAV es un vehículo aéreo no tripulado. A diferencia de la conducción por carretera, en el aire es completamente viable automatizar el control, las ventajas de un vehículo sin piloto humano son evidentes: gran flexibilidad en cuanto a dimensiones de la aeronave, capacidad de asumir riesgos que con un piloto humano serian inasumibles y consecuentemente reducción drástica de los costes. Bastidor Es la armazón que sirve para fijar y relacionar entre sí los distintos órganos y grupos mecánicos del dispositivo. Además, el bastidor debe asegurar que la posición relativa de unos órganos respecto a otros permanezca fija o varíe dentro de posiciones prestablecidas para su correcto funcionamiento.

Giroscopio El giróscopo, o también llamado giroscopio, es un cuerpo en rotación que presenta dos propiedades fundamentales: la inercia giroscópica o ‘rigidez en el espacio’ y la precesión, que es la inclinación del eje en ángulo recto ante cualquier fuerza que tienda a cambiar el plano de rotación. Estas propiedades son inherentes a todos los cuerpos en rotación, incluida la Tierra.

Acelerómetro Un acelerómetro como se intuye por su nombre es un instrumento para medir la aceleración de un objeto al que va unido, lo hace midiendo respecto de una masa inercial interna.

Hélice Conjunto de dos o más palas de forma helicoidal, que acopladas al eje , gira en el sentido de él , produciendo una fuerza de reacción.

Paso de hélice / Pitch El paso de pala o Pitch en los helicópteros RC es el ángulo de las aspas. Es decir, es el ángulo de ataque de las palas contra el aire.