Quais peças de drone você precisa para construir um quadricóptero?

A indústria de drones está crescendo em ritmo acelerado. Os drones foram adotados em vários setores, incluindo imobiliário, saúde, militar, transporte, topografia, entrega no varejo, construção e infraestrutura. Existem 1,1 milhão de drones registrados na Administração Federal de Aviação nos Estados Unidos. Existem mais de um milhão de drones ativos na Índia. Havia 430.700 drones na Europa em 2021. A indústria dos drones acaba de começar. Muitos mais drones estarão operando comercialmente em vários setores e serão de propriedade privada até o final desta década.

O tipo mais comum de drone é um quadricóptero. Os quadricópteros não dominam apenas os drones recreativos; estes são drones comuns usados ​​em serviços comerciais de drones. Quadcopter é o helicóptero UAV mais simples com quatro motores. Você pode aprender sobre a física e como trabalhar por trás do vôo de um quadricóptero neste link. Construir um quadricóptero é um dos projetos favoritos de engenheiros eletrônicos e amadores. Mas você sabe quais componentes ou peças são necessários para construir um quadricóptero controlado por rádio? Bem, discutiremos o mesmo neste artigo.

Felizmente, você não precisará coletar as peças mencionadas aqui de fontes diferentes. Estão disponíveis vários kits de drones que reúnem todas essas peças essenciais e componentes eletrônicos em um único kit. Se você estiver experimentando um design de drone personalizado, talvez seja necessário coletar apenas as peças e os componentes eletrônicos necessários para construir um quadricóptero separadamente. Definitivamente, você precisa combinar a compatibilidade dos componentes de diferentes fontes nesse caso. Por exemplo, você precisará verificar se os motores selecionados são compatíveis com o sistema de bateria e o controlador eletrônico de velocidade.

Da mesma forma, a bateria e o carregador devem ser compatíveis entre si. Você pode construir um quadricóptero a partir de um kit de montagem ou reunir peças e componentes eletrônicos de diferentes fontes; a lista de peças e componentes permanecerá quase a mesma. Vamos começar.

Partes de um drone
Se você planeja construir um drone quadricóptero controlado por rádio, você precisará das seguintes peças.

1. Quadro quadricóptero
2. Motores drones
3. Controlador Eletrônico de Velocidade (ESC)
4. Placa Controladora de Voo
5. Hélices
6. Transmissor e receptor de rádio
7. Cabos de bateria e distribuição de energia
8. Trem de pouso
9. Carregador de bateria

As peças a seguir são necessárias para adicionar visão remota ao drone.

1. Câmera
2. Vídeo em primeira pessoa

Quadro quadricóptero
A moldura forma o esqueleto do drone. Os drones utilizados em diversas aplicações comerciais possuem molduras adequadas ao uso específico. A estrutura suporta motores e fornece chassis para acomodar o controlador de vôo, receptor de rádio, bateria, etc. A estrutura não apenas permite montar outros componentes; desempenha um papel vital na manutenção do centro de gravidade e na estabilidade aérea do drone.

As armações do quadricóptero estão disponíveis em muitos materiais diferentes, como alumínio, fibra de carbono, plástico, fibra de vidro, fibra PCB, etc. Idealmente, o material da estrutura deve ser leve, robusto e estável. O material não deve ter nenhuma interferência de rádio. As armações de alumínio são mais fortes e robustas, mas são pesadas e sujeitas a vibrações. Com uma estrutura de alumínio, são necessários motores fortes para impulsionar o drone. As armações de fibra de carbono são leves e fortes, mas apresentam problemas de interferência de rádio. As molduras plásticas são leves e livres de interferências de rádio, carecem de resistência e robustez. Uma moldura de plástico de má qualidade pode até rachar ou desbotar devido à exposição excessiva à luz solar.

Os quadros do quadricóptero custam entre US$ 10 e US$ 500. As armações de metal e fibra de carbono são mais caras. Você sempre precisa negociar entre um bom material de moldura e o custo. A seleção de uma boa estrutura deve depender da otimização de resistência, robustez, firmeza/estabilidade, peso, custo e interferência de radiofrequência para a aplicação pretendida.

Motores de drones

Os drones usam motores sem escova para impulsionar. A seleção de motores adequados é muito importante. Um quadricóptero tem quatro rotores, portanto são necessários quatro motores. As características essenciais de um motor drone são classificação KV, tensão, amperagem, tamanho de hélice recomendado e torque. A classificação KV e o torque são inversamente proporcionais entre si. Quanto maior a classificação KV, mais rápida será a rotação do motor, mas menor será o torque do motor. Portanto, um motor com RPM mais alto pode funcionar mais rápido, mas carregar menos carga para uma determinada tensão. O tamanho da hélice recomendado deve estar de acordo com a estrutura do drone. Os motores devem ser colocados em drones a pelo menos 3 hélices de distância um do outro.

Depois de selecionar uma estrutura, você pode classificar os motores pelo tamanho de hélice recomendado. Além disso, você pode selecionar o motor de acordo com o tamanho, classificação KV e torque necessário de acordo com a aplicação específica. Finalmente, um motor adequado pode ser selecionado com base na amperagem e tensão ESC.

Controlador Eletrônico de Velocidade (ESC)
O controlador eletrônico de velocidade (ESC) controla a velocidade e a direção dos motores BLDC. A amperagem da unidade ESC deve ser sempre superior à corrente total consumida por todos os motores e outros componentes. Quanto mais energia os motores consomem à medida que o drone voa em altitudes mais elevadas. Portanto, a seleção ESC determina a altura que o drone pode voar.

O ESC faz interface entre a placa controladora de vôo e o motor do drone. Ele converte a energia CC da bateria em CA trifásica para acionar os motores do drone. ESC possui quatro terminais de entrada. Destes, dois terminais se conectam à bateria LiPo. Em seguida, dois terminais se conectam à placa controladora de vôo e transportam sinais PWM e de terra. Para interface com um motor BLDC trifásico, existem três terminais de saída no outro lado. Alguns ESCs incluem um eliminador de bateria que pode fornecer energia para outros componentes eletrônicos.

Placa controladora de voo
O controlador de vôo é uma placa de microcomputador que controla todo o vôo do drone. Ele é equipado com vários sensores, como acelerômetro, giroscópio, barômetro e bússola/magnetômetro digital, que são usados ​​para rastrear e registrar a posição, altitude, rotação e orientação do drone. Muitos controladores de vôo também incluem sensores GPS e um 'recurso de retorno para casa'. Usando esse recurso, o drone retorna precisamente à localização GPS exata; ele decolou.

Os controladores de vôo são geralmente placas genéricas de microcomputador carregadas com software de controle de vôo. Normalmente, os controladores de voo não apresentam problemas de compatibilidade com outras partes do drone. Ainda assim, a seleção poderia ser baseada no software de controle de voo preferido e nas especificações do microcomputador. Os outros critérios vitais poderiam ser os sensores integrados em uma placa controladora de vôo.

Hélices
As hélices produzem impulso para baixo para levantar o drone no ar. Eles também são chamados de empurradores porque as hélices do drone vêm em pares de dois pares. Um par de hélices gira no sentido horário e o outro par gira no sentido anti-horário. Quando as hélices giram, elas criam uma região de baixa pressão acima e uma região de alta pressão na parte inferior. Isso permite que o drone se levante no ar.

Os fatores críticos a serem considerados ao selecionar hélices são o comprimento e o passo. Quanto melhor for o passo, melhor a hélice cortará o ar e criará mais diferença de pressão. O outro fator importante é o comprimento da hélice. Hélices mais longas proporcionam uma sustentação mais substancial, mesmo em RPM mais baixas. No entanto, eles forçam os motores a consumir mais energia e a ter uma menor taxa de variação de RPM. Hélices mais curtas permitem alterar rapidamente a velocidade do drone e ainda colocar menos carga nos motores BLDC; eles diminuem a capacidade de carga do drone.

Transmissor e receptor de rádio
Um transmissor-receptor de rádio ou controlador de rádio é um controle remoto que conecta o piloto ao drone. Só é possível com um controlador de rádio que um piloto de drone possa manobrar o drone. Os controladores de rádio operam em uma das frequências de rádio fixas. A frequência utilizada pelo controlador de rádio depende da sua localização geográfica e dos regulamentos.

A unidade receptora compatível faz interface com a placa controladora de vôo do drone. O transmissor, que se parece com um gamepad, é usado pelo piloto do drone para alterar a altitude, velocidade, direção e orientação do drone. O controlador de rádio deve ter pelo menos quatro canais para controlar o quadricóptero de forma eficaz.

Cabos de bateria e distribuição de energia
Geralmente, as baterias de polímero de lítio são usadas em drones. As baterias LiPo possuem alta densidade de energia e fornecem uma tensão maior de 3,7V por célula. Um pacote de três ou quatro baterias em série e duas ou três baterias em paralelo, como uma configuração 3S2P ou 4S de bateria LiPo, é suficiente para alimentar um vôo de drone. A capacidade da bateria determina o tempo de voo do drone.

A bateria é especificada por sua configuração de amperagem/tensão e classificação de corrente. Por exemplo, uma bateria LiPo para um drone com especificação 2200 mAh 3S 30C tem capacidade de 2200 mAh, tensão de saída de 3*3,7V ou 11,1V e produção de corrente de 30*2200 mA ou 66A. Da mesma forma, uma bateria LiPo para um drone com especificação 8000 mAh 4S 35C tem uma capacidade de 8000 mAh, uma saída de tensão de 4*3,7 ou 14,8V e uma corrente nominal de 35*8000 mA ou 280A.

Quanto maior for a capacidade da bateria, mais significativo poderá ser o tempo de voo. Quanto maior a tensão e a corrente, mais potência ela poderá fornecer aos motores BLDC. A bateria deve ser selecionada com base no consumo combinado de corrente dos motores BLDC e outros componentes e no tempo de voo desejado. O cabo de distribuição de energia é necessário para conectar a bateria ao ESC e outros componentes.

Trem de pouso
O trem de pouso é necessário para o pouso seguro do quadricóptero. Pode ser necessário ou não, dependendo da aplicação específica e também da experiência do piloto do drone. Existem dois tipos de trens de pouso – fixos e retráteis. O trem de pouso deve ser selecionado de acordo com a estrutura do drone. Se o medo de pouso estiver instalado em um drone, o material do equipamento também desempenha um papel vital na estabilidade e estabilidade do drone. A instalação do trem de pouso adiciona carga extra ao drone. Portanto, ele deve ser instalado somente se necessário e selecionado com sabedoria.

Carregador de bateria
Um carregador de bateria compatível deve carregar a bateria LiPo. Normalmente, as baterias vêm acompanhadas de um carregador compatível. Caso contrário, não é muito difícil encontrar uma para qualquer bateria LiPo escolhida para um drone.

Câmera
Você precisa de uma câmera se quiser gravar vídeos do seu drone. Muitas pessoas usam suas câmeras ou Go Pros com o drone. A filmagem é enviada para um dispositivo de vídeo em primeira pessoa (FPV). Existem também muitas câmeras FPV disponíveis que são capazes não apenas de gravar, mas também de transmitir imagens de vídeo. A câmera ou câmera FPV pode ser instalada em um drone de acordo com a necessidade e orçamento.

Vídeo em primeira pessoa
FPV é uma estação terrestre que consiste em um receptor de vídeo e um display. Ele recebe o vídeo de uma câmera FPV na frequência do drone e é transmitido ao vivo em uma unidade de exibição. Muitas unidades FPV exibem apenas imagens de vídeo 2D, enquanto as unidades FPV do tipo VR fornecem uma visualização 3D envolvente. As frequências de drone comumente usadas para transmissão de vídeo incluem 433 MHz, 869 MHz, 900 MHz, 1,2 GHz, 2,4 GHz ou 5,8 GHz. O FPV pode ser adicionado a um drone de acordo com as necessidades e orçamento.