DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN QUADCOPTER BASADO EN

TRABAJO FIN DE GRADO EN INGENIERÍA EN TECNOLOGÍAS INDUSTRIALES
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN
QUADCOPTER BASADO EN
MICROCONTROLADOR ARDUINO
AUTOR:
VÍCTOR RAMOS VICEDO
TUTOR:
RAÚL ESTEVE BOSCH
Curso Académico: 2013-14
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Índice
Capítulo 1) Vehículos aéreos no tripulados…………………………………………………………..
Página 1
1.1) Definición…………………………………………………………………………………………..
Página 1
1.2) Tipos…………………………………………………………………………………………………..
Página 2
1.3) Multirrotores……………………………………………………………………………………..
Página 4
1.3.1) Dinámica……………………………………………………………………………..
Página 4
1.3.2) Estructura y componentes………………………………………………….
Página 6
1.3.2.1) Estructura funcional……………………………………………
Página 6
1.3.2.2) Descripción de componentes…………………………….
Página 8
Capítulo 2) Diseño del chasis y selección de componentes………………………………….
Página 22
2.1) Planificación……………………………………………………………………………………….
Página 22
2.2) Componentes electrónicos……………………………………………………………….
Página 22
2.2) Primer diseño del chasis…………………………………………………………………..
Página 23
2.3) Selección y validación de propulsión………………………………………………..
Página 29
2.4) Diseño final del chasis……………………………………………………………………...
Página 35
Capítulo 3) Implementación del control de estabilidad………………………………….…..
Página 40
3.1) Introducción…………………………………..………………………………………………..
Página 40
3.2) Código de estabilidad y simulación……………………………………………….…
Página 41
3.2.1) Diseño y fabricación del balancín de ensayos……………..……
Página 41
3.2.2) Implementación PID…………………………………………………………
Página 48
3.3) Comunicación…………………………………………………………………………………..
Página 59
3.4) Recopilación……………………………………………………………………………………..
Página 61
Capítulo 4) Resumen y conclusión……………………………………………………………………….
Página 62
Bibliografía…………………………………………………………………………………………………………..
Página 63
Anexo…………………………………………………………………………………………………………………..
Página 64
Capítulo 1: Vehículos aéreos no tripulados
1) Vehículos aéreos no tripulados.
1.1) Definición
Un vehículo aéreo no tripulado (VANT, o UAV por sus siglas en inglés) es, como ya se indicó en
la introducción, un aparato volador que no contiene un piloto en su interior, bien porque está
siendo pilotado por control remoto o bien porque tiene en su programación todo lo necesario
para llevar a cabo sus instrucciones sin intervención humana.
En un principio fueron diseñados para el sector militar, ya que se podía aprovechar al máximo
el hecho de que no había ninguna persona físicamente en la aeronave. Así, se podían efectuar
operaciones de entrada en espacios aéreos peligrosos sin temer más que por la suma de unos
30 millones de € que pueden alcanzar cada uno de estos aparatos. Además, a parte de la
ventaja de la seguridad, tenemos que el volumen necesario que necesita el aparato es mucho
menor que el que necesita uno que deba albergar una persona, lo que repercute también en
una mejor maniobrabilidad.
No obstante no todo es perfecto, y tantas ventajas no podían esconder menos desventajas. A
medida que avanzamos en la era tecnológica damos más autonomía a las máquinas para
quitarnos trabajo a los humanos, lo que a priori parece perfecto, pero hay que tener en cuenta
que aún tiene que pasar mucho tiempo hasta que una maquina pueda tener el mismo juicio
que una persona. Si ya no es por ética, pensemos en la cantidad de hackers1 que hay por el
mundo, y si pueden conseguir entrar a los lugares más seguros de internet, ¿muy difícil les será
acceder al control de aeronaves no tripuladas militares?
El VANT más antiguo del que se tiene constancia se desarrolló al final de la primera guerra
mundial, y su utilidad era simplemente la de entrenar a los operarios de la artillería antiaérea.
No obstante, hasta el final del siglo XX no empiezan a aparecer DRONES que pueden operar
con total autonomía controlados sólo por radio.
Fig 1. General Atomics MQ-9 Reaper (Predator B)
1
Un cracker es una persona que rompe algún sistema de seguridad informático. Comúnmente se les
conoce como hackers, pero en realidad esto es una equivocación, pues los hackers se encargan de
evaluar los sistemas de seguridad para protegerse contra los crackers.
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2
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Diseñado por
A
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
mm
1:2
Fecha
A
19/06/2014
Estructura del Quadcopter
PLANOS
6
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4
3
Hoja
Plano estructura
2
1/1
1
6
5
4
D
3
2
1
D
Ensamblaje 1
C
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Ensamblaje 2
Pieza9
B
B
A
Diseñado por
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
mm
1:2
A
Fecha
19/06/2014
Balancín de ensayo de PID
PLANOS
Hoja
Modelo global
6
5
4
3
2
1 / 12
1
6
5
4
3
2
1
D
D
Pieza4
Pieza3
C
C
Pieza1
B
B
Pieza2
A
Diseñado por
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
mm
1:2
A
Fecha
19/06/2014
Balancín de ensayo de PID
PLANOS
Hoja
Ensamblaje 1
6
5
4
3
2
2 / 12
1
6
5
4
3
2
1
Pieza5
D
D
Pieza7
C
C
Pieza8
Pieza6
B
B
A
Diseñado por
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
mm
1:2
A
Fecha
19/06/2014
Balancín de ensayo de PID
PLANOS
Hoja
Ensamblaje 2
6
5
4
3
2
3 / 12
1
300,00
n
45,00
5,00
0
,0
2
1
3,00
111,00
65,00
25,00
12,50
3,00
3,00
2,50
12,50
5,00
Diseñado por
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
mm
1:2
Fecha
19/06/2014
Balancín de ensayo de PID
PLANOS
Pieza1
Hoja
4 / 12
108,00
10,00
A
2,00
3,00 5,00
5,50
5,00
5,00
5,00
5,00
3,00
0
,5
R2
10,00
12,00
3,00
4,50
5,00
B
3,00
23,50
A ( 1.5 : 1 )
B ( 1,5 : 1 )
Diseñado por
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
1:1.5
mm
Fecha
19/06/2014
Balancín de ensayo de PID
PLANOS
Pieza2
Hoja
5 / 12
45,00
3,00
3,00
0
,5
2
R
10,16
2,50
5,00
12,00
00
R30,
Diseñado por
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
mm
2:1
Fecha
19/06/2014
Balancín de ensayo de PID
PLANOS
Pieza3
Hoja
6 / 12
65,00
5,00
3,00
Diseñado por
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
mm
2:1
Fecha
19/06/2014
Balancín de ensayo de PID
PLANOS
Pieza4
Hoja
7 / 12
3,00
0
5,00
32,50
5,00
20,00
R
,5
22
152,50
3,00
10,00
60
,00
°
3,00
48,04
202,07
Diseñado por
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
mm
1:2
Fecha
19/06/2014
Balancín de ensayo de PID
PLANOS
Pieza5
Hoja
8 / 12
83,50
10,00
20,00
3,00
3,00
240,00
Diseñado por
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
mm
1:2
Fecha
19/06/2014
Balancín de ensayo de PID
PLANOS
Pieza6
Hoja
9 / 12
3,00
3,00
33,50
3,00
Diseñado por
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
mm
2:1
10,00
5,00
2,50
3,00
3,00
Fecha
19/06/2014
Balancín de ensayo de PID
PLANOS
Pieza7
Hoja
10 / 12
3,00
3,00
6,00
9,00
3,00
3,00
Diseñado por
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
mm
5:1
Fecha
19/06/2014
Balancín de ensayo de PID
PLANOS
Pieza8
Hoja
11 / 12
n5
,00
73,00
Diseñado por
Comprobado por
Victor
Cotas en
Escala
mm
2:1
Fecha
19/06/2014
Balancín de ensayo de PID
PLANOS
Pieza9
Hoja
12 / 12