tesis cuadrotor

7/25/2019 Tesis Cuadrotor

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD ZACATENCO

IMPLEMENTACIN DE UN QUADROTORTESIS QUE PRENTAN:

ESTEBAN BALTAZAR LUIS

MENDOZA VELA JOS ADRIN

JAVIER ANTONIO SANCHEZ ALVAREZ

PARA OBTENER EL TITULO DE:INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

ASESORES:

ESCOBAR MEDINA JESICA AZUCENA

ORTIZ RODRIGUEZ FLORIBERTO

MEXICO, D.F. 2015
http://www.google.com.mx/imgres?q=esime&um=1&hl=es&biw=1280&bih=856&tbm=isch&tbnid=8LW3jdEoN-6g_M:&imgrefurl=http://www.esimeazc.ipn.mx/wps/wcm/connect/esime_azcapotzalco/ESIMEAzcapotzalco/Inicio/conocenos/IDENTIDAD/ESCUDOLEMA/INDEX.HTM&docid=NTiFHktSCpXw4M&imgurl=http://www.esimeazc.ipn.mx/wps/wcm/connect/3B0C72004B8F62A9AEDBEE4252A72FD/1/LOGOESIMEF5F7.PNG?MOD=AJPERES&CACHEID=3b0c72004b8f62a9aedbee4252a72fd3/1&w=1201&h=1071&ei=g8Y3UNGrOsbc2AWtnoDIBA&zoom=1&iact=hc&vpx=531&vpy=181&dur=328&hovh=212&hovw=238&tx=117&ty=149&sig=117155977213746141591&page=1&tbnh=145&tbnw=163&start=0&ndsp=23&ved=1t:429,r:2,s:0,i:138http://www.google.com.mx/imgres?q=esime&um=1&hl=es&biw=1280&bih=856&tbm=isch&tbnid=8LW3jdEoN-6g_M:&imgrefurl=http://www.esimeazc.ipn.mx/wps/wcm/connect/esime_azcapotzalco/ESIMEAzcapotzalco/Inicio/conocenos/IDENTIDAD/ESCUDOLEMA/INDEX.HTM&docid=NTiFHktSCpXw4M&imgurl=http://www.esimeazc.ipn.mx/wps/wcm/connect/3B0C72004B8F62A9AEDBEE4252A72FD/1/LOGOESIMEF5F7.PNG?MOD=AJPERES&CACHEID=3b0c72004b8f62a9aedbee4252a72fd3/1&w=1201&h=1071&ei=g8Y3UNGrOsbc2AWtnoDIBA&zoom=1&iact=hc&vpx=531&vpy=181&dur=328&hovh=212&hovw=238&tx=117&ty=149&sig=117155977213746141591&page=1&tbnh=145&tbnw=163&start=0&ndsp=23&ved=1t:429,r:2,s:0,i:138http://www.google.com.mx/imgres?q=esime&um=1&hl=es&biw=1280&bih=856&tbm=isch&tbnid=8LW3jdEoN-6g_M:&imgrefurl=http://www.esimeazc.ipn.mx/wps/wcm/connect/esime_azcapotzalco/ESIMEAzcapotzalco/Inicio/conocenos/IDENTIDAD/ESCUDOLEMA/INDEX.HTM&docid=NTiFHktSCpXw4M&imgurl=http://www.esimeazc.ipn.mx/wps/wcm/connect/3B0C72004B8F62A9AEDBEE4252A72FD/1/LOGOESIMEF5F7.PNG?MOD=AJPERES&CACHEID=3b0c72004b8f62a9aedbee4252a72fd3/1&w=1201&h=1071&ei=g8Y3UNGrOsbc2AWtnoDIBA&zoom=1&iact=hc&vpx=531&vpy=181&dur=328&hovh=212&hovw=238&tx=117&ty=149&sig=117155977213746141591&page=1&tbnh=145&tbnw=163&start=0&ndsp=23&ved=1t:429,r:2,s:0,i:138


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INTRODUCCION

Los vehculos areos no tripulados UAV, son un gran avance en la tecnologa dela aviacin; ya que su tamao es reducido. Hace una diferencia significativa acomparacin de las aeronaves comunes, que adems, son tripuladas y su costoes mayor.

En la actualidad los cambios tecnolgicos son frecuentes, la aviacin es uno deesos cambios que son cada vez ms importantes, ya que cada vez se leencomienda ms tareas como en sistemas de proteccin civil, en operaciones de

ayuda en zonas de difcil acceso etc.Hay diversos modelos de UAV, por ejemplo, el quadrotor, que es un diseo enforma de cruz, que hacindole una configuracin idnea para que realice lastareas eficazmente, puede garantizar una buena estabilidad y obtener losresultados esperados.

En este documento se describe la manera de implementar un quadrotor y seespecifican los componentes necesarios, las configuraciones especficas para quefuncione correctamente, as como, su comportamiento.


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OBJETIVO GENERAL

Implementar un quadrotor que sea capaz de funcionar adecuadamente con sus

elementos, para obtener un resultado funcional en el trabajo el cualdesempearemos.

Utilizar una estructura que sea fiable y resistente para que garantice nuestrotrabajo.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

-Diagnosticar alguna falla en su funcionamiento y restablecerlo.

-Operarlo eficientemente para las diferentes necesidades.

-Garantizar su estabilidad y controlabilidad.


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JUSTIFICACIN.

Se observa que en la actualidad existen un sin nmeros de tareas en donde losquadrotores pueden intervenir, para que tengan un mejor desempeo y sean demucha utilidad, muchas de estas tareas no se pueden desarrollar por que puedenser complicadas para el ser humano adems de muy poca efectividad, costosas opeligrosas, en algunos ejemplos como en la agricultura se pueden rociarfertilizantes y/o pesticidas, adems de monitoreo de cultivos y cosechas, anlisisde condiciones meteorolgicas, para poder tener imgenes o video en zonas dedifcil acceso, como apoyo para rescate en desastres, para monitorear el trficoareo de un aeropuerto o para monitorear el trfico vehicular en una avenidaprincipal, por mencionar algunas.

Por lo anterior es muy importante el modelo y control del quadrotor as como teneren cuenta el diseo de controladores para que estos tengan una mayor estabilidaddependiendo su funcin en las diversas tareas en donde tienen aplicacin.

PLANTEAMIENTO.

Siguiendo la teora de las fuerzas aerodinmicas; acondicionaremos el quadrotorpara que sea resistente a dichas fuerzas con un material funcional que nos puedasoportar diferentes tipos de clima.

En diferentes casos de operacin el quadrotor ser capaz de adaptarse a suscondiciones de vuelo para que los trabajos a efectuarse sean correspondientes yde alto desempeo.

El quadrotor ser estable y controlable ya que en los diversos trabajos esto serde suma importancia para que realice exactamente lo que queremos.

Sera bastante sencillo operarlo para que no haya errores de uso.


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NDICE GENERAL

Captulo 1. Antecedentes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1Fuerzas aerodinmicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.1.1Sustentacin . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Actitud del avin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1.2 Trayectoria de vuelo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1.3 Viento relativo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.4 ngulo de incidencia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1.1.5 Angulo de ataque. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1.1.2 Peso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1.3 Resistencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Ejes del avin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Cabeceo (Pitch). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.2 Alabeo (Roll). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2.3 Guiada (Yaw). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

NDICE DE FIGURAS

NDICE DE TABLAS


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CAPITULO 1

ANTECEDENTES 1.1 FUERZAS AERODINAMICAS.Sobre un aeroplano en vuelo actan una serie de fuerzas, favorables unas ydesfavorables otras, siendo una tarea primordial del piloto ejercer control sobreellas para mantener un vuelo seguro y eficiente.

De todas las fuerzas que actan sobre un aeroplano en vuelo, las bsicas yprincipales son cuatro: sustentacin, peso, empuje y resistencia. Estas cuatrofuerzas actan en pares; la sustentacin es opuesta al peso, y el empuje otraccin a la resistencia.

Un aeroplano, como cualquier otro objeto, se mantiene esttico en el suelo debidoa la accin de dos fuerzas: su peso, debido a la gravedad, que lo mantiene en elsuelo, y la inercia o resistencia al avance que lo mantiene parado. Para que esteaeroplano vuele ser necesario contrarrestar el efecto de estas dos fuerzasnegativas, peso y resistencia, mediante otras dos fuerzas positivas de sentidocontrario, sustentacin y empuje respectivamente. As, el empuje ha de superar laresistencia que opone el avin a avanzar, y la sustentacin superar el peso delavin mantenindolo en el aire.

Fig.1.1 Fuerzas que actan en vuelo.
http://www.manualvuelo.com/PBV/PBV13.html#131_Sustentacionhttp://www.manualvuelo.com/PBV/PBV13.html#134_Pesohttp://www.manualvuelo.com/PBV/PBV13.html#138_Potenciahttp://www.manualvuelo.com/PBV/PBV13.html#136_Resistencia.http://www.manualvuelo.com/PBV/PBV13.html#136_Resistencia.http://www.manualvuelo.com/PBV/PBV13.html#138_Potenciahttp://www.manualvuelo.com/PBV/PBV13.html#134_Pesohttp://www.manualvuelo.com/PBV/PBV13.html#131_Sustentacion


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1.1.1 Sustentacin.

Es la fuerza desarrollada por un perfil aerodinmico movindose en el aire,ejercida de abajo arriba, y cuya direccin es perpendicular al viento relativo,sesuele representar con la letra L del ingls Lift = Sustentacin.

Fig. 1.2 Perpendicularidad de la sustentacin.

1.1.1.1 Actitud del avin . Este trmino se refiere a la orientacin o referenciaangular de los ejes longitudinal y transversal del avin con respecto al horizonte, yse especifica en trminos de: posicin de morro (pitch).

1.1.1.2 Trayectoria de vuelo . Es la direccin seguida por el perfil aerodinmicodurante su desplazamiento en el aire; es decir es la trayectoria que siguen las alasy por tanto el avin.

1.1.1.3 Viento relativo . Es el flujo de aire que produce el avin al desplazarse. Elviento relativo es paralelo a la trayectoria de vuelo y de direccin opuesta. Suvelocidad es la relativa del avin con respecto a la velocidad de la masa de aire enque este se mueve.

Fig.1.3 Trayectoria de vuelo y viento relativo.
http://www.manualvuelo.com/PBV/PBV15.html#151_ejeshttp://www.manualvuelo.com/PBV/PBV15.html#151_ejes


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1.1.1.4 ngulo de incidencia. El ngulo de incidencia es el ngulo agudoformado por la cuerda del ala con respecto al eje longitudinal del avin. Estengulo es fijo, pues responde a consideraciones de diseo y no es modificable porel piloto.

Fig.1.4 ngulo de incidencia.

1.1.1.5 ngulo de ataque. El ngulo de ataque es el ngulo agudo formado por lacuerda del ala y la direccin del viento relativo. Este ngulo es variable, puesdepende de la direccin del viento relativo y de la posicin de las alas conrespecto a este, ambos extremos controlados por el piloto.

Fig.1.5 ngulo de ataque y viento relativo.


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En la fig. 1.6 se muestran distintas fases de un avin en vuelo, en cada una de lascuales podemos apreciar de una manera grfica los conceptos definidos: latrayectoria; el viento relativo, paralelo y de direccin opuesta a la trayectoria, y lasustentacin, perpendicular al viento relativo.

Fig. 1.6 La sustentacin es perpendicular al viento relativo, que es paralelo y opuesto a latrayectoria.

En la figura anterior, se nota que los dos aviones de la izquierda tienen la mismaactitud y sin embargo distinta trayectoria (y naturalmente, diferente direccin deviento relativo y sustentacin). El ngulo de ataque del avin de la parte superiores moderado mientras que el de la parte inferior tiene un valor elevado. Por contra,los dos aviones de la derecha tienen la misma trayectoria y sin embargo su actitudy ngulo de ataque son diferentes.

1.1.2 Peso

El peso es la fuerza de atraccin gravitatoria sobre un cuerpo, siendo su direccinperpendicular a la superficie de la tierra, su sentido hacia abajo, y su intensidadproporcional a la masa de dicho cuerpo. Esta fuerza es la que atrae al avin haciala tierra y ha de ser contrarrestada por la fuerza de sustentacin para mantener alavin en el aire.

Fig.1.7 Direccin y sentido del peso.


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1.1.3 Resistencia

La resistencia es la fuerza que impide o retarda el movimiento de un aeroplano. La

resistencia acta de forma paralela y en la misma direccin que el viento relativo,aunque tambin podramos afirmar que la resistencia es paralela y de direccinopuesta a la trayectoria.

Fig.1.8 Direccin sentido de la resistencia.

1.2 Ejes del avinCualquier aeronave es capaz de rotar alrededor de tres ejes perpendiculares entres, cuyo punto de interseccin est situado sobre su centro de gravedad; son el eje

transversal (o lateral), el longitudinal y el vertical como se muestra en la figura xx.

Fig.1.9 Ejes del avin y movimientos sobre ellos.


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1.2.1 Cabeceo (Pitch)

El cabeceo (o pitch) es una rotacin respecto del eje transversal del avin queatraviesa las alas, producidas por los timones de profundidad. El eje lateral otransversal es un eje imaginario que se extiende de punta a punta de las alas delavin. Se utiliza para ascender o descender.

1.2.2 Alabeo (Roll)

El alabeo o balanceo (o roll) es una rotacin respecto del eje longitudinal,producida por los alerones. El eje longitudinal es un eje imaginario que se extiendedesde el morro a la cola del avin. Se utiliza para equilibrar el avin.

1.2.3 Guiada (Yaw)

Es una rotacin respecto del eje vertical del avin, producida por el timn dedireccin. El eje vertical es un eje imaginario que est contenido en un plano quepasa por el centro de gravedad desde arriba hacia abajo. Se emplea para darledireccin al avin ya sea a la izquierda o derecha.

Todas estas rotaciones se efectan en la mayora de las aeronaves, mediante lassuperficies de control. Tambin existen aeronaves que controlan su orientacintotal o parcialmente mediante el empuje vectorial, es decir, variando la direccindel sistema de propulsin. En helicpteros son los controles cclico y colectivos losque, modificando el Angulo de ataque de las palas o la inclinacin del rotorprincipal producen el alabeo y el cabeceo, respectivamente.

1.3 VEHCULOS AREOS NO TRIPULADOS (UAVs).Los UAV Son vehculos areos no tripulados (UAV: Unmanned Aerial Vehicle)

aquellos que son capaces de navegar sin llevar a bordo a un piloto, estosvehculos pueden ser controladas desde una estacin base o llevar unaprogramacin preestablecida.


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1.3.1 Ventajas

Estos vehculos han sido utilizados en aplicaciones militares tales comoreconocimiento de terreno y ataque.

En los ltimos aos investigadores del mbito de robtica e inteligenciaartificial aeronutica y control estn enfocando sus esfuerzos hacia estalnea para aplicar dicho concepto a aplicaciones civiles.

En la actualidad nos podemos encontrar con situaciones en las que lavisin area sera de gran ayuda, por ejemplo en la deteccin de incendios,control policial en situaciones de riesgo, reconocimiento de desastresnaturales.

1.3.2 Desventajas Capacidad de vuelo ilimitada por el tipo de combustible o fuente de energa. Gracias a distribucin comercial no controlada, cualquier persona los puede

adquirir y darle uso ilcito.

1.3.3 Aplicaciones

Existen gran variedad de aplicaciones enfocadas a los UAV debido a su granversatilidad. A continuacin se describen alguna de ellas.

En espionaje los UAV son bastante utilizados, desde los ms pequeos(difcil de detectar por los radares) hasta los ms grandes.

Se utilizan en misiones militares ya que no arriesgamos vidas humanas y lonico que podemos perder es el sistema UAV.

Inspeccionan obras civiles como grandes puentes, edificios o estructuras degran envergadura.

Estos vehculos pueden ir dotados de cmaras de video y ayudar a lasupervisin de la obra desde diferentes ngulos sin poner en riesgo lasvidas humanas y reduciendo el tiempo de ejecucin ya que no hay quemontar ninguna estructura externa para poder acceder al sitio en concreto.


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1.4 Historia de los quadrotores.

Estos vehculos quadrotores estuvieron entre los primeros ms pesados en el airey de despegue vertical con xito, a pesar de que los primeros aparatos tenan un

rendimiento pobre.

En 1922 el norteamericano George de Bothezat fue el primero en hacer volar unaparato quadrotor pero sin levantar a ms de 5 metros del suelo, as que, elejrcito de los Estados Unidos puso fin al contrato que mantena con l.

Fig. 1.10 Quadrotor de George de Bothezat.

En Europa, el quadotor del francs tienne hmichen, construido en 1922,consigui un vuelo estacionario de cinco minutos, en junio de 1923 y el 1924 seelev hasta 10 metros del suelo haciendo un vuelo de siete minutos de duracin.

Fig.1.11 Quadrotor de tienne hmichen.
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=George_de_Bothezat&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%89tienne_%C5%92hmichen&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%89tienne_%C5%92hmichen&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%89tienne_%C5%92hmichen&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%89tienne_%C5%92hmichen&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%89tienne_%C5%92hmichen&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%89tienne_%C5%92hmichen&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=%C3%89tienne_%C5%92hmichen&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=George_de_Bothezat&action=edit&redlink=1


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En las ltimas dcadas, los pequeos vehculos areos no tripulados se hanvuelto ms usados para muchas aplicaciones. La necesidad de aviones con mayorcapacidad de maniobra ha llevado al aumento actual de la investigacin. El diseode cuatro rotores permite quadrotor a ser relativamente simple en su diseo.

Fig. 1.12 Diseos de quadrotores actuales.


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CAPITULO 2

MARCO TERICO

2.1 QUADROTOR

Un quadrotor se puede definir como una aeronave que se eleva y se desplaza porel movimiento de cuatro motores colocados en los extremos de una estructura enforma de cruz. Tal como se presenta en la siguiente figura, el vehculo dispone de4 motores con sus palas respectivas, se utiliza la velocidad de los motores paracontrolar la estabilidad y movimientos del vehculo areo.

Fig. 2.1 Estructura en forma de cruz.


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2.1.1 Funcionamiento mecnico.

Para que el quadrotor sea estable y no se caiga es necesario que dos hlicesgiren en un sentido y las otras dos en el otro sentido.

El control del movimiento del quadrotor se obtiene variando la velocidad relativa decada rotor para cambiar el empuje.

Fig.2.2 Dinmica del quadrotor.

Para una inclinacin hacia adelante, los dos rotores delanteros reducen suvelocidad, mientras que los de atrs aumentan su velocidad para equilibrar elempuje.

Fig. 2.3 Mecnica de la configuracin del quadrotor.


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2.2 Estabilidad del quadrotor

Cuando el quadrotor est en ejecucin puede tener variaciones de estabilidad estodebido a interrupciones en el medio, como el aire, los 4 rotores contrarrestan lasvariaciones, pero no es suficiente, as que, tiene un sistema en su parte centralque calcula como contrarrestar esa fuerza, ya sea girando hacia el otro lado, ocorrigiendo la estabilidad.

Los sensores depende de la aplicacin que va a realizar en este proyecto lossensores tambin nos servir para la estabilidad.

2.3 Arquitectura general del quadrotor.

Fig. 2.4 Arquitectura de un quadrotor.


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CAPITULO 3

Implementacin de un quadrotor.

3.1 Material utilizado para un quadrotor. A continuacin se enlistaran los componentes necesarios para la implementacinde un quadrotor, as como, su funcionamiento y su descripcin.

Componentes 4 Motores Brushless4 Helices4 Controladores de velocidad(ESC )1 Radiocontrol transmisor-receptor1 Estructura de quadrotor1 Batera pila Lipo 1 Cargador para batera pila Lipo1Tarjeta de control de vuelo

Tabla 2.1 Tabla de materiales que se usara para el quadrotor.

Los componentes son seleccionados de acuerdo al tipo de quadrotor que deseaconstruir y tienen que ser compatibles entre s.


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3.2 Especificacin de los componentes que se utilizanpara el quadrotor.

3.2.1 Motores

Los dos motores ms utilizados en aeromodelismo son los motores DC y losmotores Brushless.

3.2.1.1 Motor Brushless

Actualmente se utilizan mucho los motores brushless. Estos motores son muysuperiores a los motores dc en dos aspectos fundamentales: relacin potencia-peso (tambin menor tamao para la misma potencia) y eficiencia. Esto implicaque la cantidad de energa elctrica que se transforma en energa mecnica esmucho mayor.

La palabra brushless se puede traducir como "sin escobillas", estos motorescarecen de colector y escobillas o carbones como podemos ver en la siguientefigura xx.En vez de funcionar en DC funcionan en AC, la mayora se alimentan con unaseal trifsica, esta seal idealmente debera ser sinusoidal, pero en la prcticason pulsos.

Fig. 3.1 Motor Brushless.


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3.2.1.2 Ventajas y desventajas de los motores Brushless.

Ventajas.- Mayor eficiencia (menos perdida por calor)- Mayor rendimiento (mayor duracin de las bateras para la misma potencia)- Menor peso para la misma potencia- Requieren menos mantenimiento al no tener escobillas- Relacin velocidad/par motor es casi una constante- Mayor potencia para el mismo tamao- Rango de velocidad elevado al no tener limitacin mecnica.

Desventajas.- Mayor coste de construccin

- El control es caro y complejo- Siempre hace falta un control electrnico para que funcione, que lo hace ser mscaro.

3.2.2 Hlice.

La hlice es un dispositivo mecnico formado por un conjunto de elementosdenominados palas o labes, montados de forma concntrica, al girar las palasforman un movimiento rotativo en un plano. Las palas tienen una forma curva,sobresaliendo del plano en el que giran, y obteniendo as en cada lado unadiferencia de distancias entre el principio y el fin de la pala.

Fig.3.2 Hlice
http://es.wikipedia.org/wiki/Conc%C3%A9ntricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Plano_(geometr%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Plano_(geometr%C3%ADa)http://es.wikipedia.org/wiki/Conc%C3%A9ntrica


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Las hlices tienen una nomenclatura (X x Y), como se puede observar en lafig.xx.

Fig.3.3 nomenclatura (X x Y)

Donde:

X: es la longitud en pulgadas.

Y: Es la distancia en pulgadas que recorre la hlice al girar una vuelta completa,tambin conocida como pitch.

3.2.3 Controlador electrnico de velocidad (ESC)

Un control electrnico de velocidad o ESC es un circuito electrnicocon el fin devariar un motor elctrico de velocidad, su direccin y tambin para actuar comoun freno dinmico. ESC se utilizan a menudo en la propulsin elctrica modelosde radio control , para variar motores sin escobillas.

La rpida conmutacin de los transistores permite la variacin mucho ms suavey ms precisa de la velocidad del motor de una manera mucho ms eficiente.Lamayora de los ESC incorporan un circuito eliminador de batera(BEC) pararegular el voltaje para el receptor , eliminando la necesidad de bateras para elreceptor. BEC suelen ser o bien lineales o conmutada reguladores de voltaje.
http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_circuithttp://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motorhttp://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_brakehttp://en.wikipedia.org/wiki/Radio_controlled_modelhttp://en.wikipedia.org/wiki/Radio_controlled_modelhttp://en.wikipedia.org/wiki/Brushless_motorshttp://en.wikipedia.org/wiki/Battery_eliminator_circuithttp://en.wikipedia.org/wiki/Receiver_(radio)http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_regulatorhttp://en.wikipedia.org/wiki/Switching_regulatorhttp://en.wikipedia.org/wiki/Switching_regulatorhttp://en.wikipedia.org/wiki/Linear_regulatorhttp://en.wikipedia.org/wiki/Receiver_(radio)http://en.wikipedia.org/wiki/Battery_eliminator_circuithttp://en.wikipedia.org/wiki/Brushless_motorshttp://en.wikipedia.org/wiki/Radio_controlled_modelhttp://en.wikipedia.org/wiki/Radio_controlled_modelhttp://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_brakehttp://en.wikipedia.org/wiki/Electric_motorhttp://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_circuit


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Fig.3.4 ESC.

3.2.4 Radiocontrol transmisor-receptorUn radiocontrol transmisor-receptor permite el manejo de un objeto a distancia yde manera inalmbrica mediante una emisora de control remoto.

En el radiocontrol hay tres tcnicas fundamentales: La electrnica que se encarga de transformar los comandos dados en

ondas de radio en el transmisor y a la inversa en el receptor. La electricidad encargada de proporcionar la energa necesaria a los

dispositivos tanto el comando (o transmisor) como el receptor La mecnica encargada de mover los accionadores (o servos) que dan

las seales elctricas demoduladas o decodificadas en movimientomecnico.

Fig. 3.5 radiocontrol.
http://es.wikipedia.org/wiki/Emisora_radiocontrolhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Movimiento_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Electricidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3nicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Emisora_radiocontrol


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3.2.5 Estructura del quadrotor

El diseo de la estructura de los quadrotores es de suma importancia cuando se trabajacon este proyecto. El tipo de la estructura define la aplicacin para la cual el quadrotorser diseado as como sus capacidades. Si diseamos una estructura ligera, nos puede

ofrecer mayor tiempo de vuelo que otras, en cambio s diseamos una estructura msrgida la podemos utilizar para tareas de investigacin y exploracin.

Fig. 3.6 estructura del quadrotor.

3.2.6 Bateras de polmero de litio (LiPo) .Estas bateras tienen un tamao ms reducido a comparacin de otras.Cada celda tiene un voltaje nominal de 3,7 V, voltaje mximo 4,2 y mnimo 3,0.Este ltimo debe respetarse rigurosamente ya que la pila se daa

irreparablemente a voltajes menores a 3 voltios.

Fig. 3.7 Batera LiPo


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3.2.6.1 VentajasMayor densidad de carga, por tanto tamao reducido.Buena tasa de descarga.

3.2.6.2 Desventajas

Quedan inservibles si se descargan por debajo del mnimo de 3 voltios.3.2.6.3 TiposLas bateras LiPo generalmente son de 1S a 4S lo que significa:Li-PO 1S: una celda, 3,7 V.Li-PO 2S: dos celdas, 7,4 V.Li-PO 3S: tres celdas, 11,1 V.Li-PO 4S: cuatro celdas, 14,8 V.

3.2.6.4 UsosSu tamao y peso las hace muy tiles para equipos pequeos que requieranpotencia y duracin.

3.2.7 Tarjeta de control de vuelo.

Esta tarjeta sirve para dar la potencia necesaria a los motores para que ejerza elvuelo, as como, dar la velocidad necesaria e igual a los motores del drone.

Fig.3.8 Tarjeta de control de vuelo.


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3.3 Especificacin y caractersticas de los componenteselegidos para nuestro quadrotor.

4 Motores de 1000Kv.

Soportan hasta 12 A y se recomienda usar un controlador ESC de 30 A. Dimetro del eje: 3.17mm Peso: 48g Medidas: 27.5 * 27mm Hlices adecuadas: 8x4.5 9x4.5 10x4.5 y 10x4.7

2 Hlices 10 *4.5

4 ESC 30 Amp.

Salida: 30. hasta 40A. Batera de 2-4 celdas de la batera de Li-Po. Velocidad mxima : 210,000rpm para 2 polos BLM , 70,000rpm de 6

polos BLM ,35,000RPM de 12 polos BLM .(BLM : motor sinescobillas )

Medidas: 45 * 24 * 11mm. Peso: 25 g.

1 Transmisor Receptor Fly Sky

Canales: 6 Rango RF: 2.40-2.48 Ghz. Ancho de banda: 500 Hz. Potencia: 12V DC Peso: 590g Tamao: 302x190x93mm

1 Estructura para quadrotor modelo S500 Material: Fibra de vidrio y nylon poliamida Brazos de colores para la orientacin para ayudarle a seguir volando en la

direccin correcta. Ancho: 480 mm Altura: 170 mm Peso: 425g


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1 Batera Li-Po

Capacidad: 2200mah Configuracin: 3s / 11.1v / 3celdas Constante descarga:20c peso: 188g dimenciones:103 x 33 x 24mm conector de carga: JST-XH conector de descarga:xt60

1 Cargador para batera Li-Po

Salida 2S (7.4 VOLT) Y 3S 11.1 VOLT. Capacidad 3 X 800 mA.

1 Tarjeta de control de vuelo

Tamao: 50.5mm x 50.5mm x 12mm Peso: 21 gramos Microcontrolador: Atmega324 PA 3 giroscopios 1 acelermetro Autonivel Voltaje de entrada: 4.8-6.0V Seal del receptor: 1520us (5 canales) Seal ESC: 1520us Versin Firmware: 1.2


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3.3 Costo y pesos totales de los componentes.

Componente Costo / No incluyencosto de envo

Peso

Motores incluyendotornillos de ajuste ala estructura

$250x4= $1,000 60gr x 4= 240gr

Estructura $ 450 350gr

Batera $300 215gr

Escs $250x4= $1,000 35gr x 4= 140gr

Tarjeta kk2.0 ms elreceptor

$1,800 40gr

Hlices $35x4= $140 50gr

conectores, cables ytornillos

$200 35gr

Cargador de labatera

$450

Control Remoto $1800

Tabla 2 Costo y pesos totales de los componentes.


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3.4 Configuracin de la tarjeta de control de vuelo.

La tarjeta se configura de acuerdo al comportamiento requerido, mostraremos laspartes que la componen.

Fig.xx Partes de la tarjeta k.k.2.0

Asignacin de los canales del radiocontrol:

Canal 1 Roll (Alabeo. Derecha/Izquierda)Canal 2 Pitch (Profundidad. Adelante/Atras)Canal 3 Throttle (Motor/Gas)Canal 4 Yaw (Giro sobre su eje. Rotacin sobre s mismo)Canal 5 AUX, puede ser conectado a una salida controlada por un interruptor de laemisora de radiocontrol. Podr de este modo cambiar el modo de estabilizacin enpleno vuelo.

Contenido de los mens

PI Editor (Editor de proporcional e integral : Ajuste de la ganancia de los ejes Yaw, Pitch y Roll. Utilice los botones [PREV] y[NEXT] para situarse sobre el elemento que desea ajustar y pulse [ENTER].Encontrars en el men Mode Settings una opcin que le permitir ligar losvalores de ganancia sobre los ejes Pitch y Roll. Sobre cada eje puede ajustar los

siguientes valores. P gain (ganancia del proporcional) P limit (lmite de la ganancia del proporcional) I gain (ganancia del integrador) I limit (lmite de la ganancia del integrador)


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Los valores Limit definen que proporcin de la potencia debe ser aplicada a losmotores para un ajuste automtico. 100 representa el 100%, es decir sin lmite.

La limitacin es sobre todo importante sobre el Yaw. Sin lmite, la tarjeta podra(tras los clculos obtenidos sobre los valores de los captadores (acelermetros y

girscopos)) obtener una correccin importante y excesiva sobre el Yaw,Importante hasta el punto de saturar los motores.

Usando el 100% va a girar sin lmite de lo contrario al 0% estar parado. Unasituacin as presentara una imposibilidad de control sobre los ejes Pitch y Roll.Los valores por defecto permiten al 30% (P-limit = 20 + I-Limit = 10) de la potenciade los motores que ser utilizada para una correccin del Yaw. Esto dejara un70% de potencia a disposicin de los ejes Pitch y Roll.

Receiver test :

Verifica los valores transmitidos por su emisora de radiocontrol. Par comprobarlos mandos, tendremos que ir a receiver test y moveremos los stick ycomprobamos que indican el lado correcto al moverlos, adems en esta pantallatambin hay que dejar todos los valores en 0.

Mode Setting :Diferentes opciones de los parmetros de la tarjeta.

Self Level : Como activar el modo estabilizacin.

Stick : Activa la estabilizacin para iniciar el funcionamiento de la tarjeta,desplazando la palanca del gas totalmente a la derecha.Desactiva la estabilizacin para finalizar el funcionamiento de la tarjeta,desplazando la palanca del gas totalmente a la izquierda.


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AUX : Activa o desactiva la estabilizacin moviendo el interruptor configurado paracontrolar el canal AUX.

I part of PI :ON : los clculos de estabilizacin se efectan en base a los parmetros Pe I de cada eje.OFF : los clculos de estabilizacin nicamente se efectuaran en base a losparmetros P de cada eje.

Self Level Settings :

Configura el comportamiento del estabilizador. Se deben utilizar valores muy bajospara empezar e ir aumentando segn el comportamiento del quadrotor.En la actual versin del Firmvare, el algoritmo del Auto-Level no est en su versinfinal.

Self-level Gain :Fuerza la estabilizacin, ms elevado con valores ms altos.

Self-level Limit :Limita la potencia con la que la estabilizacin tomara el mando sobre los motores.


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Sensor Test :Visualiza los valores entregados por los girscopos y acelermetros. Para uncorrecto funcionamiento de la tarjeta todos los captadores deben visualizar OK.Los valores deben variar cuando se inclina la tarjeta en todos los sentidos.

Sensor Calibration :Siga las instrucciones que aparecen en la pantalla LCD con el fin de calibrar loscaptadores. La calibracin es necesaria solamente la primera vez que se pone enmarcha la tarjeta.

Esc Calibration :

Antes de calibrar los ESCs, se retiran las hlices o desconecte uno de los tres

hilos de alimentacin de los motores.Este men no inicia la calibracin, pero si visualiza las etapas a seguir. Como espreciso desconectar y conectar la alimentacin de la tarjeta manteniendo pulsadosdos botones de la misma

1. Apague la tarjeta.2. Encienda la emisora de radiocontrol y posicione la palanca del gas al mximo.3. Mantenga pulsados los botones 1 y 4 ([BACK] y [ENTER]). Mantngalospulsados hasta finalizar el procedimiento de calibracin, de lo contrario este serinterrumpido.

4. Encienda la tarjeta5. Espere hasta que los ESCs piten para confirmar el correcto registro del puntoalto del gas. Esto puede demorar algunos segundos dependiendo de los ESCs. 6. Baje el gas hasta su punto cero.7. Espere hasta que los ESCs pit en para confirmar el correcto registro del puntobajo del gas. Esto puede demorar algunos segundos dependiendo de los ESCs. 8. Suelte los dos botones.


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Mixer Editor :

Este mdulo permite ajustar el modo en que los valores de los captadores y losvalores de los diferentes canales procedentes de la emisora de radiocontrol, serntratados antes de ser enviados a las 8 salidas de los motores. Este mdulo lepermite configurar su tarjeta en cualquier multicopter imaginable, hasta un mximode 8 motores. Puede as mismo modificar los valores por defecto que seencuentran en el men Load Motor Layout.

Cambio de motor: Seleccione el nombre visualizado en la esquina superior derecha y pulse sobre

[ENTER].Throttle :Nivel a tomar en cuenta por el canal Throttle. Generalmente, un motor conectado aun ESC utiliza un valor del 100% .


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Aileron :Es para el nivel a tomar en cuenta por el canal Roll. Los motores situados a laderecha del aeromodelo deben recibir valores positivos y los motores situados enla izquierda valores negativos. El valor depende de la distancia entre el motor y elcentro de gravedad del aeromodelo valores ms elevados para un motor ms

alejado. Elevator :nivel a tomar en cuenta por el canal Pitch. Los motores situados en la partedelantera del aeromodelo deben recibir valores positivos y los motores posterioresvalores negativos. El valor depende de la distancia entre el motor y el centro degravedad del aeromodelo valores ms elevados para un motor ms alejado.

Rudder : Nivel a tomar en cuenta por el canal Yaw. Normalmente el valor empleado es de100. Ajuste un valor positivo para los motores cuyo giro sea en el sentido de las

agujas de un reloj (CW) y negativo para el resto (CCW). Offset :

Aade un valor constante a la salida de los motores. Deje el valor en 0 para unESC y alrededor de 50% para un servo. Adems, puede ajustar la posicin de unservo finamente modificando este valor.

Type : Define si una salida motor est ligada a un ESC o a un servo


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CAPITULO 4

Resultados Experimentales


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CONCLUSIONES

para el desarrollo de nuestro proyecto tuvimos que comprender un poco sobrelas fuerzas aerodinmicas, para estar conscientes de todo lo que implica alrealizar nuestro quadrotor. Principalmente a la hora de configurar nuestratarjeta controladora de vuelo ya que al colocar las ganancias para nuestrocontrolador PI, Notamos que s una ganancia es muy elevada la aeronave sedesestabilizaba y una con un lmite muy bajo los motores no se sincronizan.

tesis cuadrotor

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