¿Qué piezas de dron necesitas para construir un cuadricóptero?

La industria de los drones está creciendo a un ritmo rápido. Los drones se han adoptado en múltiples industrias, incluidas las de bienes raíces, atención médica, militar, transporte, topografía, entrega minorista, construcción e infraestructura. Hay 1,1 millones de drones registrados en la Administración Federal de Aviación de Estados Unidos. Hay más de un millón de drones activos en la India. En 2021 había 430.700 drones en Europa. La industria de los drones acaba de empezar. Muchos más drones operarán comercialmente en múltiples sectores y serán de propiedad privada a finales de esta década.

El tipo de dron más común es un cuadricóptero. Los cuadricópteros no sólo dominan los drones recreativos; Estos son drones comunes que se utilizan en servicios comerciales de drones. Quadcopter es el helicóptero UAV más simple con cuatro motores. Puedes aprender sobre la física y el trabajo detrás de volar un cuadricóptero en este enlace. Construir un cuadricóptero es uno de los proyectos favoritos de los ingenieros electrónicos y aficionados. ¿Pero sabes qué componentes o piezas se necesitan para construir un cuadricóptero radiocontrolado? Bueno, discutiremos lo mismo en este artículo.

Afortunadamente, no necesitará recopilar las piezas mencionadas aquí de diferentes fuentes. Hay varios kits de drones disponibles que reúnen todas estas piezas y componentes electrónicos esenciales en un solo kit. Si estás experimentando con un diseño de dron personalizado, es posible que solo necesites recolectar las piezas y los componentes electrónicos necesarios para construir un cuadricóptero por separado. Definitivamente necesitas igualar la compatibilidad de componentes de diferentes fuentes en este caso. Por ejemplo, deberá comprobar que los motores que seleccione sean compatibles con el sistema de batería y el controlador electrónico de velocidad.

Asimismo, la batería y el cargador deben ser compatibles entre sí. Puedes construir un cuadricóptero a partir de un kit de montaje o reunir piezas y componentes electrónicos de diferentes fuentes; la lista de piezas y componentes seguirá siendo casi la misma. Vamos a empezar.

Partes de un dron
Si planeas construir un dron cuadricóptero controlado por radio, necesitarás las siguientes piezas.

1. marco de cuadricóptero
2. Motores de drones
3. Controlador electrónico de velocidad (ESC)
4. Placa controladora de vuelo
5. Hélices
6. Transmisor y receptor de radio
7. Cables de distribución de energía y batería.
8. Tren de aterrizaje
9. Cargador de bateria

Se requieren las siguientes piezas para agregar visualización remota al dron.

1. Cámara
2. Vídeo en primera persona

marco de cuadricóptero
El marco forma el esqueleto del dron. Los drones utilizados en diversas aplicaciones comerciales tienen estructuras adaptadas al uso específico. La estructura soporta motores y proporciona chasis para acomodar el controlador de vuelo, el receptor de radio, la batería, etc. La estructura no sólo permite montar otros componentes; Desempeña un papel vital en el mantenimiento del centro de gravedad y la estabilidad aérea del dron.

Los marcos de los cuadricópteros están disponibles en muchos materiales diferentes, como aluminio, fibra de carbono, plástico, fibra de vidrio, PCB de fibra, etc. Lo ideal es que el material de la estructura sea ligero, robusto y estable. El material no debe tener ninguna interferencia de radio. Los marcos de aluminio son más fuertes y robustos, pero son pesados ​​y están sujetos a vibraciones. Con un marco de aluminio, se necesitan motores potentes para impulsar el dron. Los cuadros de fibra de carbono son ligeros y resistentes, pero tienen problemas de interferencias de radio. Los marcos de plástico son ligeros y están libres de interferencias de radio, carecen de resistencia y robustez. Un marco de plástico de mala calidad puede incluso agrietarse o decolorarse debido a una exposición excesiva a la luz solar.

Los marcos de los cuadricópteros cuestan entre 10 y 500 dólares. Los marcos de metal y fibra de carbono son más caros. Siempre hay que equilibrar entre un buen material de cuadro y el coste. La selección de una buena estructura debe depender de la optimización de la resistencia, robustez, firmeza/estabilidad, peso, costo e interferencia de radiofrecuencia para la aplicación prevista.

Motores de drones

Los drones utilizan motores sin escobillas para impulsarse. La selección de motores adecuados es muy importante. Un cuadricóptero tiene cuatro rotores, por lo que se necesitan cuatro motores. Las características esenciales de un motor de drone son la clasificación KV, el voltaje, el amperaje, el tamaño de hélice recomendado y el par. La clasificación KV y el par son inversamente proporcionales entre sí. Cuanto mayor sea la clasificación KV, más rápido girará el motor, pero menor será el par motor. Por lo tanto, un motor con RPM más altas puede funcionar más rápido pero transportar menos carga para un voltaje determinado. El tamaño de hélice recomendado debe estar acorde con la estructura del dron. Los motores deben colocarse en los drones a una distancia mínima de 3 hélices entre sí.

Después de seleccionar un bastidor, puede ordenar los motores según el tamaño de hélice recomendado. Además, puede seleccionar el motor según el tamaño, la clasificación KV y el par requerido según la aplicación específica. Finalmente, se puede seleccionar un motor adecuado según el amperaje y el voltaje del ESC.

Controlador electrónico de velocidad (ESC)
El controlador electrónico de velocidad (ESC) controla la velocidad y la dirección de los motores BLDC. El amperaje de la unidad ESC siempre debe ser mayor que la corriente total consumida por todos los motores y otros componentes. Cuanto más energía consumen los motores, más alto es el vuelo del dron. Por lo tanto, la selección del ESC determina qué tan alto puede volar el dron.

El ESC interactúa entre la placa del controlador de vuelo y el motor del dron. Convierte la energía CC de la batería en CA trifásica para accionar los motores del dron. ESC tiene cuatro terminales de entrada. De estos, dos terminales se conectan a la batería LiPo. A continuación, dos terminales se conectan a la placa del controlador de vuelo y transmiten señales PWM y terrestres. Para la interfaz con un motor BLDC trifásico, hay tres terminales de salida en el otro lado. Algunos ESC incluyen un eliminador de batería que puede proporcionar energía a otros componentes electrónicos.

tablero controlador de vuelo
El controlador de vuelo es una placa de microcomputadora que controla todo el vuelo del dron. Está equipado con múltiples sensores como acelerómetro, giroscopio, barómetro y brújula/magnetómetro digital, que se utilizan para rastrear y registrar la posición, altitud, rotación y orientación del dron. Muchos controladores de vuelo también incluyen sensores GPS y una "función de regreso a casa". Con esta función, el dron regresa con precisión a la ubicación GPS exacta; se fue.

Los controladores de vuelo suelen ser placas de microcomputadoras genéricas cargadas con software de control de vuelo. Normalmente, los controladores de vuelo no tienen problemas de compatibilidad con otras partes del dron. Aún así, la selección podría basarse en el software de control de vuelo preferido y las especificaciones de la microcomputadora. El otro criterio vital podrían ser los sensores integrados en una placa controladora de vuelo.

Hélices
Las hélices producen un empuje hacia abajo para elevar el dron en el aire. También se les llama empujadores porque las hélices de los drones vienen en pares de dos. Un par de hélices gira en el sentido de las agujas del reloj y el otro par gira en el sentido contrario a las agujas del reloj. Cuando las hélices giran, crean una región de baja presión arriba y una región de alta presión abajo. Esto permite que el dron se eleve en el aire.

Los factores críticos a considerar al seleccionar hélices son la longitud y el paso. Cuanto mejor sea el paso, mejor cortará la hélice el aire y creará una mayor diferencia de presión. El otro factor importante es la longitud de la hélice. Las hélices más largas proporcionan una sustentación más sustancial, incluso a bajas RPM. Sin embargo, obligan a los motores a consumir más energía y a tener una menor tasa de cambio de RPM. Las hélices más cortas le permiten cambiar rápidamente la velocidad del dron y aún así colocar menos carga en los motores BLDC; disminuyen la capacidad de carga útil del dron.

Transmisor y receptor de radio
Un transceptor de radio o controlador de radio es un control remoto que conecta al piloto con el dron. Sólo es posible con un controlador de radio que un piloto de drones pueda maniobrar el drone. Los controladores de radio funcionan en una de las frecuencias de radio fijas. La frecuencia utilizada por el controlador de radio depende de su ubicación geográfica y de las regulaciones.

La unidad receptora compatible interactúa con la placa controladora de vuelo del dron. El piloto del dron utiliza el transmisor, que parece un gamepad, para cambiar la altitud, velocidad, dirección y orientación del dron. El radiocontrolador debe tener al menos cuatro canales para controlar la aeronave de forma eficaz.

Cables de distribución de energía y batería.
Generalmente, las baterías de polímero de litio se utilizan en drones. Las baterías LiPo tienen una alta densidad de energía y proporcionan un voltaje más alto de 3,7 V por celda. Un paquete de tres o cuatro baterías en serie y dos o tres baterías en paralelo, como una configuración de batería LiPo 3S2P o 4S, es suficiente para alimentar el vuelo de un dron. La capacidad de la batería determina el tiempo de vuelo del dron.

La batería se especifica por su configuración de amperaje/voltaje y clasificación de corriente. Por ejemplo, una batería LiPo para un dron con una especificación de 2200 mAh 3S 30C tiene una capacidad de 2200 mAh, un voltaje de salida de 3*3,7 V o 11,1 V y una salida de corriente de 30*2200 mA o 66 A. De manera similar, una batería LiPo para un dron con especificación 8000 mAh 4S 35C tiene una capacidad de 8000 mAh, una salida de voltaje de 4*3,7 o 14,8 V y una corriente nominal de 35*8000 mA o 280 A.

Cuanto mayor sea la capacidad de la batería, más significativo puede ser el tiempo de vuelo. Cuanto mayor sea el voltaje y la corriente, más potencia podrá proporcionar a los motores BLDC. La batería debe seleccionarse en función del consumo de corriente combinado de los motores BLDC y otros componentes y del tiempo de vuelo deseado. El cable de distribución de energía es necesario para conectar la batería al ESC y otros componentes.

Tren de aterrizaje
El tren de aterrizaje es necesario para el aterrizaje seguro del cuadricóptero. Puede ser necesario o no, dependiendo de la aplicación específica y también de la experiencia del piloto del drone. Hay dos tipos de tren de aterrizaje: fijo y retráctil. El tren de aterrizaje debe seleccionarse según la estructura del dron. Si el sistema de aterrizaje está instalado en un dron, el material del equipo también juega un papel vital en la estabilidad y estabilidad del dron. La instalación del tren de aterrizaje agrega carga útil adicional al dron. Por lo tanto, debe instalarse sólo si es necesario y seleccionarse sabiamente.

Cargador de bateria
Un cargador de batería compatible debe cargar la batería LiPo. Normalmente, las baterías vienen con un cargador compatible. De lo contrario, no es demasiado difícil encontrar una para cualquier batería LiPo que elijas para un dron.

Cámara
Necesitas una cámara si quieres grabar videos desde tu dron. Mucha gente usa sus cámaras o Go Pros con el dron. El metraje se envía a un dispositivo de vídeo en primera persona (FPV). También hay muchas cámaras FPV disponibles que son capaces no sólo de grabar sino también de transmitir secuencias de vídeo. La cámara o cámara FPV se puede instalar en un drone según la necesidad y presupuesto.

Vídeo en primera persona
FPV es una estación terrestre que consta de un receptor de vídeo y una pantalla. Recibe vídeo de una cámara FPV en la frecuencia del dron y se transmite en vivo en una unidad de visualización. Muchas unidades FPV solo muestran imágenes de video en 2D, mientras que las unidades FPV de tipo VR brindan una vista inmersiva en 3D. Las frecuencias de drones comúnmente utilizadas para la transmisión de video incluyen 433 MHz, 869 MHz, 900 MHz, 1,2 GHz, 2,4 GHz o 5,8 GHz. Se puede agregar FPV a un dron según las necesidades y el presupuesto.