Dron de bricolaje: Lección 2. Marcos.

Contenidos

Dron DIY: Lección 1. Terminología.
Dron de bricolaje: Lección 2. Marcos.
Dron de bricolaje: Lección 3. Planta de energía.
Dron de bricolaje: Lección 4. Controlador de vuelo.
Dron de bricolaje: Lección 5. Montaje.
Dron de bricolaje: Lección 6. Comprobación de rendimiento.
Dron de bricolaje: Lección 7. FPV y distancia.
Drone con tus propias manos: Lección 8. Aviones.

Introducción

Entonces, antes de comenzar a ensamblar su dron, el primer paso es elegir un marco. Puede ejecutarlo usted mismo, o utilizar soluciones listas para usar (kit de marco UAV). Como habrá notado, se pueden usar diferentes tipos de marcos y configuraciones para crear UAV de múltiples rotores. Por lo tanto, en esta sección consideraremos tipos de marcos comunes o básicos, materiales de ejecución, así como cuestiones relacionadas con el diseño.

Tipos de bastidores UAV

Tricópteros

Descripción: UAV, que tiene tres haces, cada uno de los cuales está conectado a un motor. Se considera que la parte delantera del tricóptero es el lado de la unión de dos haces (Y3). El ángulo entre los haces puede variar, pero normalmente es de 120 °. Para contrarrestar el efecto giroscópico del número desigual de rotores, así como para cambiar el ángulo de dirección, el motor trasero debe poder girar (se consigue instalando un servomotor RC convencional). Para excluir el uso de un servo del conjunto, utilice el diseño Y4
Ventajas: Aspecto inusual del dron. Alcanza las mejores características de vuelo cuando vuela en dirección de avance. Precio (requiere menos motores y ESC para construir).
Desventajas: Diseño asimétrico. Requiere el uso de un servo. Dificultad en la ejecución de la viga trasera (ya que el servo debe montarse a lo largo del eje). No todos los controladores de vuelo admiten esta configuración.

Quadcopter

Descripción: Dron "Quadrocopter" que tiene cuatro haces, cada uno de los cuales está conectado a un motor. Para la "configuración X
Ventajas: Diseño de múltiples rotores más común. El diseño más simple y versátil. En la configuración estándar, los brazos / motores son simétricos alrededor de dos ejes. Todos los controladores de vuelo disponibles en el mercado pueden funcionar con este conjunto de rotores múltiples.
Desventajas: Falta de redundancia (si falla el sistema, especialmente en los elementos de la central, el dron cae).

Hexacopter

Descripción: El Hexacopter tiene seis haces, cada uno de que está conectado al motor. La parte delantera del hexacóptero se considera el lado de la unión de los dos haces, pero el haz longitudinal también se puede considerar como la parte delantera.
Ventajas: Si es necesario, el diseño del hexacóptero permite la fácil adición de dos haces y motores adicionales, lo que aumentará el empuje total, como resultado de lo cual el dron puede levantar más carga útil.. En caso de falla de uno de los motores, es posible que el dron pueda realizar un aterrizaje suave y no chocar. Diseño de marco modular. Casi todos los controladores de vuelo admiten esta configuración.
Desventajas: Construcción voluminosa y cara. Los motores y piezas adicionales aumentan el peso del helicóptero, por lo tanto, para obtener la misma duración de vuelo que un cuadricóptero, es necesario instalar baterías de mayor capacidad.

Y6

Descripción: Construcción Y6 es un tipo de hexacóptero con en la base, no seis vigas, sino tres, cada una de las cuales está conectada a un par de motores montados coaxialmente (un total de 6 motores). Cabe señalar que las hélices inferiores proyectan empuje hacia abajo.
Ventajas: Menos componentes en comparación con el hexacóptero. Levanta más carga útil en comparación con los cuadricópteros. Cuando se utilizan tornillos contrarrotantes, se excluye el efecto giroscópico, como en Y3
Desventajas: Más caro en comparación con un cuadricóptero debido al uso de piezas adicionales que son equivalentes en costo a las piezas del hexacóptero. Los motores y piezas adicionales aumentan el peso del helicóptero, lo que significa que para obtener el mismo tiempo de vuelo que el quadcopter, necesitará usar una batería más grande. Como muestra la práctica, el empuje obtenido en el Y6 es ligeramente más bajo que el de un hexacóptero convencional, probablemente porque el rotor inferior afecta el empuje del rotor superior. No todos los controladores de vuelo admiten esta configuración.

Octocopter

Descripción: Octocopter tiene ocho haces, cada uno de los cuales conectado al motor. Se considera que la parte frontal del hexacóptero es el lado de la unión de dos haces.
Ventajas: Más motores = más empuje y, por lo tanto, mayor redundancia, lo que permite que el dron navegue con confianza con cámaras DSLR pesadas y caras.
Desventajas: Más motores = precio más alto y batería más grande. Debido a su alto costo, es relevante solo para el ámbito profesional.

X8

Descripción: El diseño X8 sigue siendo un octocóptero, solo que no con ocho, sino con cuatro haces, cada uno de los cuales está conectado a un par de motores montados coaxialmente (un total de 8 motores).
Ventajas: Más motores = más empuje y, por tanto, mayor redundancia. Es más probable que aterrice suavemente el dron en caso de una falla del motor.
Desventajas: Más motores = precio más alto y batería más grande. Debido a su alto costo, es relevante solo para el campo de actividad profesional.

Tamaño del UAV

Los UAV vienen en una variedad de tamaños, desde el Nano, que es más pequeño que la palma de su mano, a la más grande, que solo se puede transportar en la parte trasera de un camión. Para la mayoría de los usuarios que recién están comenzando con el pasatiempo de los drones, el rango de tamaño óptimo que ofrece la mayor versatilidad y valor es entre 350 mm y 700 mm. El tamaño del bastidor es el diámetro del círculo más grande que atraviesa cada uno de los motores. Las piezas para vehículos aéreos no tripulados de este tamaño tienen una amplia gama de precios y la mayor selección de productos disponibles.

Materiales de UAV / Construcción

A continuación se muestran los materiales de ejecución más comunes utilizados para la fabricación de marcos para drones multirrotor, respectivamente, la lista no está completa. Idealmente, el marco debe ser rígido con la menor transmisión de vibraciones posible.

Espuma de caucho (espuma) - como único material para la fabricación de bastidores de vehículos aéreos no tripulados, rara vez se utiliza y, por regla general, en combinación con un bastidor rígido o una estructura reforzada. También se puede utilizar con fines estratégicos; como protección de rotores (hélices), chasis, a menudo actúa como amortiguador. La goma espuma puede ser de diferentes tipos, desde blanda hasta relativamente dura.

Madera - si la prioridad es el bajo costo de la estructura, entonces la madera es una excelente opción que reducirá significativamente el tiempo de montaje y fabricacion de repuestos. La madera es lo suficientemente dura y es un material probado por el tiempo. Es importante que se utilice madera perfectamente recta en la fabricación del marco (sin doblarse ni deformarse).

Plástico : disponible para la mayoría de los usuarios solo en forma de láminas de plástico. Tiende a doblarse y, como tal, no es ideal. Ideal para hacer jaulas antivuelco o chasis. Si está considerando la impresión en 3D, debe considerar el intervalo de tiempo de producción (puede ser más fácil comprar un kit de marco UAV). La impresión 3D de piezas ha funcionado bien para cuadricópteros pequeños.

Aluminio - llega al consumidor en varias formas y tamaños. Puede utilizar láminas de aluminio para el cuerpo o aluminio extruido para las vigas del dron. El aluminio no es tan ligero como la fibra de carbono o el G10, pero el precio y la durabilidad son las principales ventajas del material. En lugar de romperse o agrietarse, el aluminio tiende a doblarse. Para trabajar con el material, solo se requieren una sierra y un taladro.

G10 (un tipo de fibra de vidrio) - a pesar de que la apariencia y las propiedades básicas son casi idénticas al carbono (fibra de carbono) es un material menos costoso. Está disponible principalmente en formato de hoja y se utiliza para realizar las placas de marco superior e inferior. Además, a diferencia de la fibra de carbono, el G10 no bloquea las ondas de RF.

PCB (placa de circuito impreso - placa dieléctrica) - de hecho, un análogo de la fibra de vidrio, pero a diferencia de este último, son siempre planas. A veces se utilizan como placas de marco superior e inferior para reducir la cantidad de piezas utilizadas (por ejemplo, a menudo se incorpora un tablero de distribución de energía en el panel inferior). Los marcos nanoplaca de circuito impreso

La fibra de carbono es el material más buscado debido a su peso ligero y alta resistencia. El proceso de fabricación sigue siendo exclusivamente manual. Como regla general, las formas simples se producen en masa, como láminas planas, componentes tubulares; la ejecución de complejas formas tridimensionales se realiza por encargo.

Consideraciones adicionales

Gimbal : se utiliza con mayor frecuencia para estabilizar la cámara (FPV / Fotografía aérea). Como regla general, se instala debajo del marco de acuerdo con el centro de gravedad del UAV. Se puede fijar directamente al marco o mediante rieles. Para la estabilización de imagen, se recomienda utilizar cardanes de dos o tres ejes. Requiere un aumento en la longitud de las patas de aterrizaje.

Carga útil (transporte) - en la esfera de los aficionados es un lujo, entonces cualquier peso adicional no solo reduce el tiempo de vuelo, sino que también conduce al rechazo del uso de elementos adicionales que podrían agregar funciones clave al dron. Al diseñar, debe entenderse que el estuche de transporte debe ser lo más liviano posible y al mismo tiempo resistente, y la carga en sí debe sujetarse rígidamente, excluyendo cualquier movimiento en vuelo.

Pies de aterrizaje - a pesar de que algunos UAV aterrizan directamente en el marco (generalmente son excluido para reducir el peso), el uso de soportes de aterrizaje en el diseño proporcionará un espacio entre la parte inferior del UAV y una superficie irregular, y también en el caso de un aterrizaje brusco, recibirán un golpe, lo que aumentará las posibilidades de ahorro. elementos tan importantes del dron como la cámara, la suspensión, la batería y el marco.

Instalación - a pesar de que el diseño y fabricación de un dron es mucho más fácil que En un helicóptero convencional, la ubicación de cada elemento debe considerarse desde el principio del proceso de diseño.
Pautas generales de instalación:
Al crear un marco desde cero, es importante asegurarse de la posición exacta de los cuatro orificios de montaje a través de los cuales los motores están unidos al bastidor...
La mayoría de los motores para bastidores de 400 mm a 600 mm tienen el mismo patrón de orificios de montaje, lo que permite utilizar un bastidor de un fabricante y motores de otro.
La ubicación de todos los componentes adicionales debería ser idealmente simétrica alrededor de un eje, lo que posteriormente ayudará a facilitar la búsqueda y el ajuste del centro de masa del dron.
Idealmente, el controlador de vuelo debería estar ubicado en el centro del círculo (y como tal en el centro de masa) conectando todos los motores.
El controlador de vuelo generalmente se fija al marco mediante puntales, amortiguadores de goma o cinta adhesiva de doble cara.
Muchos fabricantes utilizan el mismo patrón de orificios de montaje para el controlador de vuelo (por ejemplo, cuadrados de 35 mm o 45 mm), pero no existe un "estándar industrial" actual.
La batería pesa lo suficiente y, si el centro de masa de su conjunto se ha movido un poco, puede ajustarlo moviendo la batería ligeramente.
Asegúrese de que el soporte de la batería juegue un poco, pero al mismo tiempo asegúrese de que la batería se mantenga firmemente en su lugar.
Las correas de velcro se utilizan a menudo para asegurar las baterías, sin embargo, es una buena idea agregar cinta adhesiva de doble cara entre la batería y el marco.

Lineamientos

Paso 1: Vea qué materiales y herramientas para su procesamiento están disponibles en su disposición.
Si su arsenal de capacidades no es suficiente para implementar un marco personalizado o simplemente desea un marco profesional, considere comprar un kit de marco UAV.
Incluso si el marco se fabrica con las herramientas y los materiales básicos correctos, aún puede tener debilidades estructurales que provoquen una vibración o desplazamiento excesivos. El proceso de fabricación requiere una gran visión y experiencia.
Al hacer el marco usted mismo, piense en la fijación de todos los elementos necesarios del dron; motores, electrónica, etc.

Paso 2: Enumere cualquier pieza adicional (accesorio) que planee incluir en el ensamblaje.

Puede ser un cardán de uno, dos o tres ejes para una cámara, un paracaídas, una mini computadora a bordo, una carga útil, electrónica de largo alcance (como regla general, hace que el conjunto sea más pesado y más grande), equipos flotantes, etc.
La lista resultante de piezas adicionales / auxiliares dará una idea de las dimensiones del dron y calculará la masa total.

Paso 3: Piense en el tamaño de marco estimado.
Un marco grande no es necesariamente un gran potencial para un dron, y un marco más pequeño puede no abaratar el montaje.
Se recomienda a los principiantes un dron construido sobre un marco de 400 - 600 mm.

Paso 4: Diseñe, construya y pruebe el marco.
Si compró el kit de bastidor del UAV, no tiene nada de qué preocuparse en términos de resistencia, rigidez y construcción.
Si decide diseñar y construir un marco desde cero, será importante verificar su resistencia, peso y asegurarse de que la estructura pueda soportar vibraciones (flexión mínima).
Considere utilizar software de modelado especializado (muchos son gratuitos, como Google Sketchup) para diseñar el marco y asegurarse de que las dimensiones sean correctas.
Ahora tienes el marco y puedes pasar a la siguiente lección.