PROBLEMAS ESTRUCTURALES

Este proyecto desde el primer día ha tenido continuos problemas que no habíamos previsto, pero hemos ido solucionándolos todos uno a uno.

Desde la primera vez que aterrizó nuestro dron vimos el gran fallo que habíamos cometido, las patas eran absorbían muy mal el impacto. Debido a que en los aterrizajes actuaban dos fuerzas, el peso y una segunda componente lateral que hacia que el aterrizaje no fue vertical sino algo parecido al aterrizaje de un avión. Mencionar que si fuésemos capaces de controlarlo con maestría el aterrizaje sería plenamente vertical.

Debido a la componente lateral las patas tendían a irse hacia los lados o hacia el interior. Tras muchos aterrizajes terminarnos por partirse. En este momento nos pusimos a buscar una solución.

SOLUCIÓN:

Para solucionar el problema de la componente lateral imprimimos con una impresora 3d unos contrafuertes, que aumentaban la rigidez del sistema.

No fue suficiente, así que decidimos sustituir las botellas por tubos de PVC, que no se deforman. Aunque absorben mal los impactos. Sin embargo le pusinescos unas almohadillas en los extremos para amortiguar los aterrizajes.

PRIMER VUELO

La fecha límite para enseñar el dron en el instituto era el día 20 de Junio de 2016. Después de pegarnos toda la tarde y noche anterior trabajando en él, conseguimos hacerlo despegar sobre las 00:30 del mismo día 20. El día siguiente lo mostramos en el campo de fútbol, y fue todo un éxito.

A continuación una recopilacion de los vuelos de ese día

Dejan mucho que desear, pero era la primera que volaba. Más adelante se podrán ver vuelos más precisos

KK2 COMO CONTROLADORA

Estábamos ya desesperados, el plazo de entrega del proyecto se estaba acercando y no eramos capaces de hacerlo volar, sin embargo, después de trabajar duro la suerte te recompensa.

Un amigo de nuestro profesor nos regaló una controladora básica y nos explicó que si no teníamos los variadores iguales iba a ser imposible que lo hiciésemos volar.

Seguimos sus sabios consejos y al final conseguimos hacerlo volar.

"CONTROLADORA KK2" 

ARDUINO COMO CONTROLADORA II. MULTIWII

Una vez abandonamos el anterior programa buscamos nuevos firmwares para hacer volar nuestro dron. En este momento ya entendía mucho más sobre drones (aún seguía siendo poco), de modo que me fue más fácil buscar lo que realmente queriamos.

"MULTIWII 2.4"

Decidí lanzarme a por el Multwii en versión 2.4. Multiwii, es un tipo de firmware (parecido al Marlin o el Repetier en las impresoras 3D) que se instala sobre un arduino UNO y que permite controlar diferentes aeronaves desde un entorno gráfico, el GUI (sería el Pronterface o el Repetier Host en la analogía mencionada).

Haciendo click aquí podeis descargar el programa sin configurar, para que lo ajustéis a vuestro aparato.

CONFIGURACIÓN:
Lo primero que hay que hacer cuando empiezas a utilizar Multiwii es configurarlo.
Para ello:
1) Abres la carpeta que pone MultiWii (no MultiWiiConf)
2) Abres el único archivo .ino, llamado MultiWii, para ello deberás tener instalado el Arduino IDE. (El resto de archivos son partes de programación a las que "llama" el programa principal)
3)En la barra de arriba o sino en un desplegable en la parte derecha, debes seleccionar el archivo que se llama config.h
4) Allí deberás ir descomentando las pertinentes líneas para configurar tu firmware
5) Ya puedes subirlo a tu Arduino.

CONEXIONES:
Las conexiones serían las siguientes:
D3 y D9 - motores en giro antihorario
D10 y D11- motores en giro horario

D2 - Acelerador (Ch3)
D4 - Roll (Ch1)
D5 - Pitch (Ch2)
D6 - Yaw (Ch4)

El MPU6050 se conecta siempre igual:
VCC - 5V
GND - GND
SCL - A5
SDA - A4
El INT no es necesario conectarlo, debería ir en el D2, pero está ocupado.


Una vez tienes todo conectado, y el programa correctamente configurado ya puedes abrir el entorno GUI

ENTORNO GUI:
El entorno GUI se presenta como una consola de vuelo, desde ella puedes visualizar los valores de los canales del mando, los valores que manda el acelerometro y los valores que se estan enviando a los motores.

Fundamentalmente desde él debemos:
1) Calibrar el ACC, hay un botón específicamente dedicado a ello. Es bastante importante hacerlo. deberemos tener la aeronave sobre una superficie plana.
2) Trimar la emisora, es decir, asegurarnos que el mando esta justo en el medio cuando este en reposo. Para ello deberemos ajustar cada canal con unos botones que se encuentran en la emisora. tenemos que asegurarnos que el valor de todos los canales en reposo es de 1500.


EXPERIENCIA:
Con este montaje tampoco fuimos capaces de levantar el dron del suelo, pero estuvimos a punto de ello. Según nos informaron personas con más conocimientos que nosotros se debía a que los 4 variadores no eran el mismo modelo, aunque estuviesen debidamente calibrados no íbamos a conseguir hacerlo volar.
Personalmente creo que un futuro intentaré montar algo con este firmware, se me quedo la espina clavada. Mencionar además que se pueden emplear más sensores tales como brújulas, barómetros, magnetómetros, etc.

ARDUINO COMO CONTROLADORA I. DRON PEPITO

En el proyecto original de nuestro dron pensábamos utilizar un arduino como controlador, usando un MPU6050 como sensor.

En esta primera parte muestro el primer programa que utilizamos

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"DRON PEPITO"

Podéis encontrar el código haciendo click aquí, es el subido por el autor de la página de la cual lo cogimos. He preferido no poner la dirección de su blog, pero podéis encontrarlo fácilmente en Internet tecleando "dron pepito".

Según supimos después de muchas pruebas y el consejo de profesores universitarios, se trata de un código muy bien elaborado, mezclando varios lenguajes para economizar al máximo el número de líneas en que está escrito todo el código.

El único y gran problema que tiene es que no está pensado para que otra persona o utilice. Le faltan comentarios explicando que hace cada parte del programa, además al estar escrito en muchos lenguajes es difícil averiguarlo por uno mismo.

Os cuento los avances que conseguí hacer yo. Las conexiones parecen ser las siguientes:
A0 -> Ch1        Pin 4 -> motor 1
A1 -> Ch2        Pin 5 -> motor 2
A3 -> Ch3        Pin 6 -> motor 3
A4 -> Ch4        Pin 7 -> motor 4

Y para armar los motores se debe poner la palanca del acelerador al minimo y llevarla hacia la derecha, es decir poner el Yaw al máximo.

NOTA 1: El proceso de armado es un sistema de seguridad que llevan todas las aeronaves radio-control y que no permiten acercarnos a ellas sin ningún riesgo. Con una combinación de los sticks, o mediante un interruptor en un canal anexo se activa o se desactiva. Los motores cuando están desarmados no mueven aunque aceleres, una vez nos hemos alejado la distancia de seguridad podemos armarlos y ya disponernos a volar al poderse mover. Se trataría como de un seguro

NOTA 2: Cualquier aeronave tiene 3 movimientos básicos. Como ya se explicó en entradas antiguas. En la emisora generalmente los sticks corresponden de la siguiente forma:
-mando de la izquierda: arriba y abajo el acelerador // hacia los lados control del yaw
-mando de la derecha : arriba y abajo control del Pitch // hacia los lados control del roll

Utilizando este programa fuimos incapaces de hacerlo volar, lo máximo que conseguimos fue armar 3 de los 4 motores; y quemar un motor y dos ESC.

Lo dejamos por imposible, pero no abandonamos la idea del arduino.

CONEXIONES

He decidido poner las conexiones en un apartado diferente por su importancia, pero también por todos los problemas que nos surgieron.

En un dron hay dos tipos de corriente, por así decirlo. Una de 12V y hasta 50A, que debe circular por cables de silicona especiales, además de utilizar conectores especiales. Y otra corriente a 5V, con unos pocos miliamperios; la cual debe circular por cables de señal, lo mejor es utilizar cables de servo de la misma longitud, para que no se vean alterados los impulsos eléctricos. Nosotros no siempre respetamos estas normas, debido a que inicialmente no lo conocíamos. Pero si que establecimos que la corriente de 12V (la llamaremos corriente "fuerte") circularía por la parte inferior, y la de 5V (la llamaremos corriente "suave") por la superior.

1) SOLDADURA DE LOS ESC A LA "POWER DISTRIBUTION BOARD"

Soldadura de los terminales negativos

Los ESC tienen dos cables de silicona, uno negro y otro rojo, que salen de su parte inferior. Los 4       cables negros tienen que ir directos al polo negativo de la pila, mientras que los rojos tienen que ir       al positivo. Tienen que estar bien soldados, porque un corto circuito quemaría los ESC, e incluso         podría provocar la destrucción de la batería, con los tremendos riesgos que eso conlleva.
Para evitar esto tenemos la power distribution board. Esto no es más que un lugar donde se sueldan los 8 cables y de donde salen dos terminales que van al conector de la batería.
Debido a que son conexiones de corriente "fuerte" la power distribution board se situará en la parte inferior, nosotros decidimos colocarla en la parte inferior del cruce de los brazos.
Los cables que venían en los ESC eran demasiado cortos, así que necesitábamos alargarlos. No teníamos mucha idea de que cable utilizar (deberíamos haber utilizado de silicona). Buscamos el cable más "gordo" del que podíamos disponer. Elegimos cable rígido de cobre. Supusimos que tendría la sección suficiente para permitir la potencia que debía pasar con ellos, parece ser que no nos equivocamos, de momento aún no se han quemado.
Una vez soldados los aislamos con silicona caliente.


2) SOLDADURA DE LOS MOTORES A LOS ESC
Los motores brushless tienen tres terminales, que provienen de sus fases. Estos se deben soldar a los tres cables que salen de los ESC.
Como bien se debe saber ya a esta altura, los motores deben girar dos a dos en diferentes sentidos. La mejor forma de encontrar el sentido de giro adecuado es probar cada terminal con un cable y ver en que sentido gira; si gira como queremos ya podemos soldar, y sino intercambiamos dos cables y volvemos a probar.
Para hacer girar los motores tenemos dos opciones:
Si disponemos del sistema RC es muy facil, conectamos el cable del ESC directamente en el canal del Throtle (en nuestro caso el 3), y aplicamos la secuencia de calibración del un ESC. La explico en detalle en el apartado de pruebas.
Si no tenemos el sistema RC, como fue nuestro caso, podemos emplear un arduino. Estos motores e programan parecido a un servo. De nuevo en el apartado pruebas dejo el sketch que nos permite hacer esto.
AVISO: Los cables de los terminales de los motores llevan 8 hilos de cobre esmaltados. Los 8 deben hacer contacto entre sí, y con el cable que sale del ESC.

Motor mientras se reparaban sus terminales

Nosotros tuvimos un problema que nos retraso dos semana, pues cortamos los 12 cables, y con ellos los hilos de cobre. La solución fue coger un papel de lija muy suave y raspar hilo por hilo, estañar las puntas y de esta forma el terminal quedaría rehecho. Es un proceso muy laborioso porque son 96 hilos por los dos costados. Por Internet se pueden ver otros métodos para quitar el esmalte más rápidos, como emplear un cúter o un mechero; en este caso son inservibles pues se trata de hilos muy finos.


3) CABLES DE SEÑAL
Los cuatro cables de los motores quedan en la parte central, desde aquí los conectaremos a las diferentes controladoras que utilizamos. En la siguiente entrada se explican las tres "controladoras" que utilizamos hasta que al final voló el aparato.

PRUEBAS

Esta entrada está dedicada a las diversas pruebas que hemos ido realizando antes de montar los componentes sobre el dron.

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MOTORES BRUSHLESS A2212
Los motores que habíamos pedido llegaron con relativa rapidez (15 días), motivados, creemos, por la campaña navideña.
Lo primero que hicimos fue abrir el embalaje con cuidado y comprobar que habían llegado todas las piezas, y que ninguna estaba rota. Todo correcto, así que proseguimos con la prueba.

PRUEBA 1 (28/12/2015): 
Realiza en conjunto por Samuel Rubio y Raúl Cruz. Solo conseguimos arrancar el motor durante 1 segundo. Tuvimos problemas con mandar pulsos para hacerle dar más de una vuelta.


PRUEBA 2 (29/12/2015): 
Realizada en solitario por Raúl Cruz.
Para esta segunda prueba montamos un sistema más seguro y mejor organizado. En la foto se ve claramente.
Usamos un sketch de arduino, descargado de esta página, que nos permite regular la velocidad. Pulsando aquí podeis descargar dicho código.

 

FUSELAJE

Esta parte de la contrucción del dron a sido realizada en su gran parte por Samuel Rubio.

A continuación detallo los materiales y pasos de la construcción del fuselaje según el proyecto original. Más tarde sufrió modificaciones


MATERIALES:
- x4 tubos de cartón del núcleo del papel de aluminio
- x2 marcos de madera (extraídos de un corcho viejo)
- x1 cruz metálica
- x4 botellas de agua de 0.5L
- x4 tapes de bote
- x1 tablero de madera
- x2 pintura en spray (negro y gris)


PROCEDIMIENTO:
1) Construcción de la estructura interior con la cruz metálica en el núcleo.

2) Realización de agujeros en la estructura interior para aligerarla. 

Estructura interior acabada con las perforaciones realizadas

3) Encaje de los tubo de cartón en la estructura interior

4) Diseño de las patas y posterior acople a la estructura.

5) Sección en los brazos para encajar los ESC, e instalación definitiva de los mismos.

6) Prueba de los soportes de los motores, atornillados sobre el fuselaje

7) Protección con cinta de carrocero de las zonas que no se deben pintar

8) Taller de pintura. Mano de pintura primero en gris con plantillas, más plantillas y nueva mano en negro.

9) Instalación definitiva de los motores con sus respectivas hélices.

El fuselaje según el proyecto original está acabado, en entradas futuras se puede ver las mejoras que ha ido sufriendo