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Construcción de hexacóptero para fotografía aérea

12 noviembre, 2016 - ajustes
Construcción de hexacóptero para fotografía aérea

Tras las consideraciones iniciales de diseño y una vez seleccionados los componentes que utilizaremos, llega la fase de montaje. Mi recomendación es ir despacio pero seguro, meditando bien la idoneidad de la ubicación y ensamblado de los distintos elementos que compondrán el drone. En este sentido he realizado algunas modificaciones sobre el frame que mejorarán o simplificarán el futuro uso fotográfico que le vamos a dar al aparato.

Montaje del frame

El frame Quanum 680 UC Pro en una estructura de carbono y piezas de aluminio que confieren una buena rigidez y peso contenidos. Permite balancear el peso de la batería con el de la cámara que se cargue. El orden de montaje ha sido el siguiente.

Soporte motores

Hay que decir que aunque el manual indique la colocación de los ESC (variadores) en el centro del frame, el diseño de los brazos permite su colocación en los extremos de los mismos, al lado de los motores. Las siguientes fotos muestran la instalación documentada por el fabricante del frame:

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Soporte de motores visco por debajo

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Soporte de motores visto lateralmente

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Detalle del manual para el soporte de motores

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Frame central con los soportes para los ESC que nosotros finalmente no montaremos

La colocación de los variadores o ESC en los extremos de los brazos, al lado del motor, conlleva varias ventajas. Por un lado estarán más lejos de la electrónica y sobre todo de la brújula electrónica, minimizando las interferencias electromagnéticas. Por otro lado facilita su sustitución en caso de avería del componente y estará en mejores condiciones de refrigeración. Además el espacio dentro de las dos placas centrales es escaso aun contando sin los ESC, y dicho espacio será utilizado para la placa de distribución de potencia (Power Distribution Board), módulo y cableado eléctrico.

Para colocar los ESC al final del brazo, al lado de los motores, hemos insertado unos separadores que permiten ubicar los ESC con suficiente holgura.

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Ensamblaje del frame central

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Placa inferior central con los soportes para los brazos

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Detalle de manual de la colocación de los ESC entre las placas centrales

 

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Vista lateral de la parte central sin los soportes para ESC

 

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Estructura central del frame

Brazos

Los brazos se atornillan a los soportes de la parte central del frame, permitiendo su plegado como un paraguas.

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Plegado tipo “paraguas” de este frame

 

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Detalle del anclaje de uno de los brazos en posición extendida

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Tren de aterrizaje

A continuación se muestran algunas imágenes del tren de aterrizaje estándar incluido en el frame.

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Tren de aterrizaje estándar

 

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Anclaje de uno de los tubos del tren de aterrizaje

 

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Detalle del anclaje de los tubos del patín

 

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Estructura del tren de aterrizaje donde se aprecian los soportes de la pieza central de frame

Este tren de aterrizaje da una buena firmeza al conjunto. No obstante, aún habiéndolo montado optamos finalmente por un tren de aterrizaje retráctil (ver más abajo).

Instalación del cableado

En el interior de la plataforma central del frame, instalamos un Power Distribution Board. Este elemento da limpieza a la instalación, ahorra cableado y espacio. Esta placa conecta los cables de los ESC de motores a la batería. Además en el interior de la plataforma se ubican el Power Module y el cableado de control desde los ESC a la controladora de vuelo.

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Ubicación del Power Distribution Board dentro del frame

 

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Cableado de alimentación e instalación del Power Module

 

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Detalle del cableado completo en el interior del frame

Un detalle importante es la protección del cableado desde los extremos de los brazos hasta el interior del frame, especialmente en este caso en el que los brazos basculan y pueden ejercer presión. Para protegerlos, canalizamos los cables en mallas de nylon.

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Colocación del buzzer

Atornillamos el buzzer  en el lado inferior del chasis.

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Colocación de splitter I2C

Para conectar simultáneamente más de un elemento al puerto I2C, necesitamos un splitter I2C. Utilizamos uno de estos splitter para la conexión simultánea del Compass externo y el módulo led. El splitter es un circuito pequeño que adosamos a la plataforma mediante una cinta adhesiva de doble cara acolchada tipo 3M.

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Colocación de un módulo led externo

Es bueno disponer del módulo led, el cual permite ver desde tierra cierta información de estado proporcionada por el led principal de la Pixhawk. Nosotros hemos montado un módulo led que también cuenta con puerto USB, facilitando la conexión por USB en instalaciones con la controladora en difícil acceso.

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Módulo LED externo adosado a uno de los lados del tren de aterrizaje visto por detrás.

Con el módulo led conectado, el led principal de la pixhawk permanecerá apagado.

Instalación de la controladora de vuelo Pixhawk

Es muy conveniente montar la controladora sobre una  cama anti-vibración como la siguiente:

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Soporte antivibración para la controladora de vuelo

La controladora se debe posicionar con la flecha guía marcada en la carcasa mirando hacia el morro del aparato. Lo más indicado es montarla en el centro del frame.

 

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Tren de aterrizaje retráctil

Montamos un tren de aterrizaje específico para nuestro chasis (el Quanum Retractable Gear Set for the 680UC Pro Hexa-Copter).

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La instalación más sencilla es simplemente conectando la salida GEAR del receptor a los servos del tren. Utilizaremos una palanca asignada en la emisora para plegar y desplegar el tren. No obstante hay ciertas operaciones automáticas que pueden ser introducidas por la controladora y mejoran la seguridad. Dicha instalación se trata  en artículo aparte.

Conexion del GPS

Tengo que decir que el GPS NEO-M8N venía con el conector de 5 pins para placas APM. Para la Pixhawk es necesario montarle un conector de 6 ping que también se incluía en el kit.

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Este cambio de conector se explica muy bien en el siguiente vídeo:

Conexión del encoder ppm y receptor

En mi caso utilizo una emisora Spektrum. La Pixhawk viene preparada mediante un conector específico para la conexión directa de un satélite Spektrum.

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No obstante, hay que decir que la mejor recepción se obtiene con el receptor estandar más el satélite conectado. Esto es algo que genera cierta confusión algunas veces con respecto al uso de los satélites. Esto es lo que se indica en ardupilot.org respecto al uso de la Pixhawk con Spektrum:

http://ardupilot.org/copter/docs/common-pixhawk-and-px4-compatible-rc-transmitter-and-receiver-systems.html

La Pixhawk se conecta al receptor mediante un enlace codificado PPM o SBUS en el caso de receptores SBUS como la Futaba.

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El codificador PPM se conecta mediante distintos cables a cada canal del receptor.

<esquema conexión>

Véase que el receptor se alimenta a través del canal AILE. En realidad receptores como el AR8000 se pueden alimentar utilizando cualquier canal. Por otra parte el canal 5 del receptor se destina principalmente al tren de aterrizaje en el caso de haberlo. En nuestro caso dispondremos de un tren de aterrizaje retráctil por lo que dicho canal del receptor alimentará directamente a dichos servos y no se conecta a la PPM.

Se utiliza un canal para la selección de los modos de vuelo. Este canal corresponde a la conexión 5 en la PPM la cual conectamos al canal 6 AUX1 de nuestro receptor.

Manual de la PPM:

http://download.ardupilot.org/downloads/wiki/pdf_guides/PPM-Encoder-V3-Manual.pdf

Página de información sobre la PPM:

http://ardupilot.org/copter/docs/common-ppm-encoder.html#common-ppm-encoder

 

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Receptor Spektrum

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Receptor satélite Spektrum

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Encoder PPM

 

Conexión rotores

En hexacópteros existen básicamente dos tipos de configuraciones físicas:

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Nuestra configuración física es en “+”.

En la pixhawk la conexión de los motores numerados de 1 al 6 se conectan en el grupo de conectores llamados Main outputs.

 

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Conexión del módulo de potencia

El módulo de potencia o Power Module, es un módulo electrónico que se intercala entre la conexión de la batería y de los motores. Este módulo posee una salida para alimentar a la Pixhawk desde la batería del drone  y además suministrarle datos de las medidas de voltaje y corriente consumidas en la batería.

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Instalación del botón de armado

Por seguridad, para poder volar, la controladora necesita ser armada desde un pulsador. Colocamos dicho pulsador mediante un taladro en la placa superior de frame.

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Módulo de telemetría

Instalamos un módulo de telemetría a 433MHz. Para su montaje hemos utilizado uno de los soportes de los ESC que no utilizamos. Esto permite fijar el módulo con firmeza para la manipulación de la antena.

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Equilibrado de hélices

Por último y no menos importante, para conseguir un vuelo verdaderamente estable, es necesario que verifiquemos y efectuemos el equilibrado de cada una de las hélices. Para ello podemos utilizar un dispositivo como se muestra en la imagen y que permite apreciar si una pala pesa más que la otra. Para equilibrarlas podemos actuar de varias maneras. Yo utilizo pequeñas tiras de cinta adhesiva por comodidad y rapidez. Pero hay otras formas como el lijado de la hélice que más pesa por ejemplo.

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Finalmente tras todo esto, disponemos de un hexacóptero tamaño 680 que deberá volar con gran estabilidad y desplazar un carga útil de un mínimo 1,5Kg. Esto se verá confirmado en las primeras pruebas de vuelo.

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Aspecto final de nuestro drone en uno de los primeros vuelos de prueba

 

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