informe cuadricoptero

7/25/2019 informe cuadricoptero

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRONICA Y

TELECOMUNICACIONES

Nombres: Karina Samaniego Macas.

Raul Samaniego Tello.

Tema: Informe e! esarro!!o e! robo" #o!aor$

Ob%e"os:Desarrollar el sistema de control remoto de un cuadricoptero

Disear algoritmos de autonoma de un cuadricoptero

In"ro'((&)n

En la actualidad el uso de los vehculos areos no tripulados est teniendomucha importancia debido al gran campo de aplicacin de estos! gran partede esta tendencia esta debida a "ue con el avance de las tcnicas deminiaturi#acin de los componentes electrnicos se pude implementarsistemas de control de estructura mu$ ligera! mismos "ue pueden ser

montados en los %&'s haciendo posible controlar $ mantener el vuelo de losmismos! pero todo este avance no servira de nada si no se contara con una(uente de energa "ue supla con los (uertes re"uerimientos "ue demandanestos vehculos! especialmente en la parte de la motori#acin.

)a clasi*cacin de los vehculos areos no tripulados es bastante e+tensa sitomamos los di(erentes (actores "ue intervienen! como son, tipo depropulsin! tipo de ala! (uente de alimentacin! etc. De toda esta gama deaeronaves! nosotros nos hemos inclinado hacia la parte de los vehculospropulsados por rotores $ espec*camente hacia los "ue hacen uso decuatro motores! dicha con*guracin tambin es conocida como

cuadricoptero o "uadcopter en ingls.Des(r&*(&)n e! *rob!ema$

-sicamente un uadricoptero es un cuerpo rgido! simtrico el cual constade cuatro motores coplanarios ubicados uno a cada e+tremo de laestructura! para el vuelo! este tipo de %&'s tiene dos tipos decon*guraciones en + o en / como se muestra en la *gura siguiente.re(erencia


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)os movimientos del cudricoptero son de tipo espacial! es decir "ue este escapa# de moverse a lo largo de los e0es +!$!#! estos movimientos soncontrolados 1nicamente con la variacin sincroni#ada de la velocidad decada uno de los motores! el ob0etivo del desarrollo de este pro$ecto es crearun sistema "ue comande el vuelo del cuadricoptero de manera controlada.2or motivos de comodidad en el diseo decidimos hacer uso de lacon*guracin en +. re(erencia

Des(r&*(&)n e !os (om*onen"es

)os componentes basicos "ue se utili#an en la implementacin de uncuadricoptero son,

34 Motores, 2ara nuestro diseo hemos optado por el uso de motores detipo brushless o sin escobillas! la caracterstica principal de estosmotores es "ue al no tener escobillas pueden alcan#ar altasrevoluciones con un deterioro minimo! en nuestro diseo hemosoptado por cuatro motores ne5eer &66367K'3888! "ueproporcionaran un empu0e o thrust de apro+imadamente 988 g cada

uno dando un total de 3!6 Kg de empu0e re(erencia! K' se re*ere aln1mero de rpm por voltio es decir,Rpm:3888;33.3: 33388 rpm! debido al gran consumo de corriente en lospicos de aceleracin! decidimos usar el esc hobb$po5er S?M@AK 98&!mismo "ue (unciona con bateras lipo 67>s $ "ue incorpora un -EBv


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G4 2, el uso del pc es (undamental! $a "ue por medio de este se podrcomandar de manera remota o en su de(ecto se podr monitorear losmovimientos del cuaricoptero.

H4 -ateria, para la alimentacin del cuadricoptero debemos basarnosprincipalmente en el consumo de los motores $ esc! $a "ue en

comparacin el consumo de la electrnica es hasta cierto puntodepreciable por lo "ue se opt por bateras )?2@ de 9 celdas $ 9888m&h.

I4 Estructura=(rame4, la base de la estructura son pie#as de *bra devidrio mismas "ue son livianas $ o(recen una ra#onable resistencia arobot! para los bra#os se har uso de tubos cuadrados de aluminio"ue al igual "ue la *bra tienen buena resistencia.

Des(r&*(&)n e! f'n(&onam&en"o e! robo"

2ara "ue sea posible comandar el cuadricoptero desde la computadoraestablecemos una cone+in inalmbrica de tipo serial en la cual se envan

los datos de control desde el computador por medio de los mdulos +bee.

2ara poder volar! el cuadricoptero hace uso de los parmetros aileron!elevator! throttle ! rudder $ au+iliar,

A&!eron+ro!!,: se re*ere al movimiento "ue reali#a el cuadricopteroinclinndose hacia la i#"uierda o derecha! esto se logra incrementando lavelocidad de rotacin de ambos motores "ue se encuentran en el mismolado como se muestra en la *gura.

E!e#a"or+*&"(-,:Este movimiento permite al cuadricoptero moverse haciaadelante o atrs como en el caso anterior aumentando la velocidad derotacin de los motores posteriores para dirigirse adelante $ aumentando lavelocidad de los motores delanteros para dirigirse para atrs.

&ileron


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T-ro""!e : este parmetro indica al cuadricoptero la velocidad de todos losmotores simultneamente! lo "ue permite al vehculo elevarse o descender

R'er+.a/,: omanda el ngulo $ la velocidad con la "ue elcuadricoptero gira en sentido horario o anti horario. 2ara lograr estemovimiento se aceleran los motores "ue se encuentran girando al mismosentido

Elevator


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AU0:este 1ltimo parmetro indica a la placa controladora! si va a volar conel modo de auto estabili#acin activado o desactivado! si este se encuentraactivado el cuadricoptero despus de reali#ar cual"uier movimiento tratara

de estabili#arse automticamente $ "uedarse en posicin de hover! hasta"ue reciba otra orden.

)a placa controladora de vuelo reconoce los siguientes valores paracontrolar cada uno de los movimientos! como se ilustran e la siguientetabla3.

M1n&mo Cen"ro

M23&mo

A&!eron

73BB =M+ima ?nclinacin?#"uierda4

8 3BB =M+ima ?nclinacinDerecha4

E!e#a"

ror

73BB =M+ima ?nclinacin

atrs4

8 3BB =M+ima ?nclinacin

&delante4T-ro""!e

8 =Motores parados4 388 688 =M+ima aceleracinMotores4

R'er

73BB =M+imo giro orario4 8 3BB =M+imo giro &ntiorario4

A'3 73BB =&uto estabili#acindesactivada4

3BB =&uto estabili#acinactivada4

Tabla 3. 'alores reconocidos por KK 6.3.B

%na ve# obtenidos los valores m+imos $ mnimos "ue puede mane0ar laplaca es necesario desarrollar la programacin en arduino "ue sea capa# de

enviar las ordenes deseadas a la placa controladora! esta comunicacin selogr haciendo de cuenta "ue cada entrada de la placa de vuelo es un servo


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conectado a la salida del arduino utili#ado! si tomamos el rango demovimiento de un servo estndar $ lo dividimos para 6BG estados!obtenemos el valor en b$tes del valor de los parmetros de entrada de lacontroladora de vuelo compatibles con la salida del arduino! la siguientetabla muestra la traduccin de estos valores.

M1n&mo +B."es Ar'&no, Cen"ro

M23&mo +B."es Ar'&no,

A&!eron

8 =M+ima ?nclinacin?#"uierda4

388 688 =M+ima ?nclinacinDerecha4

E!e#a"ror

8 =M+ima ?nclinacin atrs4 8 688 =M+ima ?nclinacin&delante4

T-ro""!e

8 =Motores parados4 388 688 =M+ima aceleracinMotores4

R'er

8 =M+imo giro orario4 8 688 =M+imo giro &ntiorario4

A'3 8 =&uto estabili#acindesactivada4

688 =&uto estabili#acinactivada4

Tabla 6. 'alores compatibles desde &rduino %no a KK6.3.B

Durante las pruebas los valores desde 683 hasta 6BB no se registraron comoestradas en la placa $a "ue a partir del b$te 688 esta registra como m+imaa la entrada.

-asndonos en la tabla 6! es necesario desarrollar una aplicacin "ue desdeun computador sea capa# de enviar las ordenes para "ue el usuario puedacomandar el cuadricoptero o a su ve# "ue el programa realice un vueloautnomo! adems de poder recibir la in(ormacin de los sensores "ue

estn montados en el cuadricoptero.Esta aplicacin (ue reali#ada en 'isual Studio 6839! debido a "ue en este idees ms (cil reali#ar inter(aces gr*cas! amigables con el usuario adems de"ue cuenta con varias libreras de las "ue hicimos uso para el desarrollo dela aplicacin.

Des(r&*(&)n e! f'n(&onam&en"o e !a A*!&(a(&)n$

omo se observa en la tabla 6! para "ue el vuelo del cuadricoptero seaposible! es necesario enviar los B parmetros al mismo tiempo! lacombinacin de estos hace "ue el cuadricoptero se mueva en una direccinde*nida! como la cone+in entre el pc $ el cuadricoptero se reali#ainalmbricamente en modo serial! la solucin ms (actible (ue enviar unacadena de caracteres "ue contenga la in(ormacin de cada uno de losparmetros adems de in(ormacin de control.

)a cadena enviada tiene una estructura de pseudotrama "ue se arma de lasiguiente manera,

el primer carcter indica "ue inicia la transmisin! este carcter puede sercual"uiera e+cepto el J3! los 9 siguientes caracteres indican el valorcorrespondiente al aileron! los tres siguientes corresponden al elevator $ asen grupos de tres caracteres hasta llegar carcter en la posicin 3B ! el

carcter de la dcimo se+ta posicin es una bandera "ue indica si elcuadricoptero se encuentra armado = )isto para volar4 o desarmado=modo


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con*guracin4! este carcter toma valores entre 8 $ 3 como se muestra enla *gura.

Con"ro!es e !a a*!&(a(&)n$

)a aplicacin (ue desarrollada con el concepto de "ue cada tecla asignada

reali#a una (uncin es decir "ue no va a e+istir comandos con teclascombinadas! adems la aplicacin no hace distincin entre ma$1sculas $min1sculas! las teclas estn asignadas de la siguiente manera,

: cone+in serial al cuadricoptero. ' : cierre de la cone+in al cuadricoptero.

TeclaLDerecha : &ileron / 'alor de*nido

TeclaL?#"uierda : &ileron 7 'alor de*nido

TeclaL&rriba : Elevator / 'alor de*nido

TeclaL&ba0o : Elevator 7 'alor de*nido

& : Throttle / 3

: Throttle 7 3

D : Rudder / 'alor de*nido

S : Rudder N 'alor De*nido

O : &u+ @n

% : &u+ @P

@: uadricoptero &rmado =)isto para volar4

2 : Desarmado =Modo on*guracin4

Con45'ra(&)n e!e("r)n&(a C'ar&(o*"ero

El siguiente es"uema muestra la (orma en la "ue ira conectada la parte

electrnica en la aeronave.

&u+

Rudder

&RMQD&Rontrol

&ileron

Elevator

Throttle


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