Hardware: Motores

Hoxe toca falar dun compoñente moi importante: a fonte propulsora do noso trebello voador. Comezaremos analizando os dos dous tipos de motores eléctricos que se empregan habitualmente en drons e estes son os motores brushed (con vasoiriñas) e os motores brushless (sen vasoiriñas)

Syma X8, Cheerson CX 10 e helicóptero con motores brushed

Nos motores brushed non me vou parar moito, pois son os motores que empregan un monte de xoguetes dos de toda a vida. Empréganse nos drons máis básicos e baratos, pero que en drons máis serios ou nos de carreiras non teñen utilidade. Este tipo de motor ten a vantaxe de ser máis económico e de presentar un funcionamento máis sinxelo, pois só precisa de dous cables para poder funcionar. Con todo, conta con algúns inconvenientes que limitan o seu uso, como pode ser a existencia de perdas de enerxía mecánica por rozamentos nas vasoiriñas e o desgaste das mesmas (precisando maior mantemento), o que tamén provoca interferencias electromagnéticas por se xeraren nestas vasoiriñas pequenos arcos voltaicos (“chispazos”).

Motor brushed

Isto é importante porque estas interferencias xeradas en motores (ocorre tamén cos motores brushless, pero en menor medida) acaban interferindo no resto da circuitería, especialmente no transmisor de vídeo, o que ocasiona ruídos na imaxe e obriga a contar cun filtrado por condensador.

Os motores brushless son os máis empregados e brindan unha serie de vantaxes, pois ao non teren vasoiriñas redúcense en gran medida as perdas por fricción. Son máis rápidos, máis silenciosos, máis eficientes e entregan maior potencia que os anteriores, ademais de requiriren un mantemento moi básico. Pola contra, a instalación é máis cara e máis complexa.

Motor brushless

Un motor deste tipo é un motor eléctrico con bobinado trifásico, que emprega bobinados no estator e imáns permanentes na campa rotórica. A batería de polímero de litio que require o dron ofrece unha corrente continua que non se pode empregar directamente nestes motores, o que complica o seu funcionamento en comparación cos motores brushed. Por causa disto, cómpre ter un variador de velocidade ou ESC (Electronic Speed Controller) para obter a corrente pulsante necesaria para a xeración dos campos magnéticos desfasados, nos que rexe o seu principio de funcionamento. Se estas interesado en saber máis sobre o motor brushless, recoméndoche ver este vídeo que explica o funcionamento deste tipo de motores bastante ben. Noutro artigo trataremos máis detidamente todo o relacionado cos ESC.

En que fixarse? Probablemente se buscaches algún motor para o teu dron verías que hai unha serie de números que informa sobre as súas características. Explicareino co exemplo dos motores que máis coñezo, pero que se pode aplicar a calquera outro: DYS Samguk 2306-2500KV

Tamaño: 2306 – Esta numeración de catro cifras indícanos o tamaño do estator. Así pois, este motor ten un diámetro de 23 mm de estator e unha altura do mesmo de 6 mm (polo que podemos intuír tamén o tamaño dos imáns permantes do rotor, que está directamente relacionado). A medida total do motor é superior por causa do resto de pezas, como o eixo e a campá.

KV: 2500 – Non se deben confundir KV con kilovoltios. En realidade, esta é a constante de revolucións do motor, o que indica o número de voltas por minuto (rpm) que dará por cada voltio de tensión aplicado. Polo tanto, realizando un pequeno produto, obtemos que un motor coma este, empregando unha batería de 4 celas e 14.8 V, xirará a unha velocidade angular de 14.8 x 2500 = 37 000 rpm.

Polo tanto, se utilizásemos unha batería maior que ofrecese maior diferenza de potencial, o mesmo motor xiraría máis rápido.

Bobinado dun motor DYS Samguk 2306-2500KV

Cómpre saber que un número baixo de KV implica un maior número de espiras no motor e unha menor circulación de intensidade, pero obtense un maior par motor. Isto consome menor batería e resulta útil para mover hélices maiores.

Pola contra, cun alto valor de KV obtemos maior número de voltas, pero ao posuír un menor número de espiras o par motor conseguido é menor, e ademais circula maior intensidade polos bobinados, polo que son menos eficientes.

E daquela que poño? Pois isto depende moito do dron que queiras montar, do que vaias facer con el e tamén do seu tamaño. Non é o mesmo montar un dron de carreiras que un long range  ou un mini quad de freestyle de 3 polgadas de hélice.

Por exemplo, nun dron long range de 7 polgadas, co que queremos facer quilómetros de distancia, buscaremos eficiencia e moito torque para mover as grandes hélices. Neste caso poderíase usar un motor 2306 ou 2307 de entre 1600 a 1800 KV.

Nun dron de carreiras de 5 polgadas buscamos unha resposta rápida e moita velocidade, polo que se podería empregar un motor de 2305 e de arredor dos 2400 KV. Obviamente isto son valores de exemplo, que poden variar bastante segundo o modelo que nos guste… Pero todo é probar, así que vaille dando!

Sistema FPV: Cámaras

Hoxe trataremos de forma concreta todo o relativo ás cámaras FPV, coas que está relacionado todo este mundiño.

RunCam Eagle 2

Cómpre dicir que non son un experto en cámaras, pero podemos definir unha cámara FPV como unha cámara analóxica, similar por exemplo ás cámaras de seguridade CCTV, máis baratas e con menor latencia que as cámaras dixitais. Falaremos agora dalgúns parámetros principais para saber cal escoller:

Resolución: Ao ser unha cámara analóxica, a resolución non se mide en megapíxeles, senón en TVL (TV lines), que veñen sendo as liñas que pode amosar a cámara na imaxe. Canto maior sexa este número, maior resolución terá a cámara. Adoitan ser valores de entre 600 a 1200 TVL.

Formato de codificación: Existen dous formatos de codificación (segundo o país, emprégase de maneira máis usual un ou outro), que son NTSC e PAL. A día de hoxe case todas as cámaras, transmisores e lentes FPV son compatibles con ambos e permiten escoller entre os dous formatos, polo que isto non debe supoñer un problema, aínda que recomendo comprobalo por seguridade.

Latencia: É o retardo que ten a cámara en transmitir a imaxe e é unha razón de peso pola que se empregan cámaras analóxicas en lugar de cámaras dixitais. A latencia neste tipo de cámaras é moi baixa, polo que os valores de retardo da imaxe sitúanse nuns 30 ms (para unha cámara duns 600 TVL), o que nos permite voar con solvencia.

Tamaño: Hai cámaras de distintos tamaños (standard, mini ou micro), polo que debemos de escoller unha que se axeite ao oco que teñamos no cadro para que encaixe ben, ou se non optar por un tamaño inferior e empregar un adaptador.

Cámara RunCam de tamaño micro

Relación de aspecto: Existen cámaras de relación 4:3 e 16:9. Isto debémolo ter en conta segundo as lentes FPV ou pantalla que teñamos, e asegurármonos de que teñen a mesma relación para non ver unha imaxe achatada (aínda que hai moitas lentes que soportan as dúas relacións e permiten escoller cal empregar).

Rango dinámico (WDR): É un concepto que a xente apaixonada á fotografía entenderá mellor ca min, pero podémolo resumir no rango de luz que a cámara é capaz de distinguir entre o punto máis iluminado e o máis escuro da imaxe. A maior rango dinámico, mellor se captan luces e sombras (sen sobreexpoñer nin subexpoñer a imaxe).

FOV (Field of View): É o campo de visión que podemos obter coa cámara, polo que poderiamos dicir que é o parámetro máis determinante para a nosa escolla. Está relacionado con dous factores, cuxas combinacións permiten obter un maior ou menor ángulo de visión:

Relación entre lente e sensor

Tamaño de sensor: O sensor da cámara pode ser de tamaño 1/4 ou 1/3. É mellor optar polo maior sensor posible, para que poida captar mellor a luz. Polo tanto é preferible elixir o de 1/3 ao de 1/4 porque, aínda que saen máis caros, permiten captar mellor a imaxe e obter maior FOV.

Lente: Hai varios tamaños de lente, xeralmente desde 3.6 mm ata 1.8 mm. As lentes de maior medida impiden ver un ángulo elevado de apertura en ambos os eixos (horizontal e vertical), polo que canto menor sexa o número maior rango de visión teremos. É preferible por exemplo unha lente de 2.1 mm a unha de 3.6 mm (a día de hoxe case en desuso). Ter un ángulo de visión elevado axuda a ver o chan máis facilmente cando voamos invertidos e así non perder as referencias, pois increméntase o efecto “ollo de peixe”.

Distintas lentes
Lente Sensor 1/3 Sensor 1/4
  Horizontal Vertical Horizontal Vertical
2.1 mm 128o 96o 104o 78o
2.8 mm 109o 82o 92o 69o
3.6 mm 74o 56o 79o 59o

Táboa a modo orientativo obtida do vídeo de QuadMx Drones. A pesar de ser antigo explica todos os conceptos principais de maneira sinxela.

En resumidas contas, eu diríache que escolleses unha cámara de sensor 1/3, cunha lente de 2.1 ou 1.8 mm que che permita ver moito, e dunha resolución o máis alta posible (mellor canto máis preto de 1200 TVL).

Falando de marcas, a máis clásica é RunCam. Son moi boas cámaras e son as que adoitan empregar os “pros”, aínda que resultan algo caras. Existen outras marcas que polo que teño entendido dan bo resultado, como son Foxeer ou Caddx.

Eu monto unha Caddx Turbo Micro F2 e estou realmente contento polo prezo que ten. Leva lente de 2.1 mm e sensor 1/3, e podo dicir que a min esta combinación éme moi resultona.

Caddx Turbo Micro F2

Todo o que che conto está baseado no que teño probado para dar unha idea, polo que tampouco o tomes como un ABC e lánzate a probar o material que máis che guste, que o cacharreo tamén é unha bonita parte do hobby!

Hardware dun dron freestyle

Neste artigo falaremos un pouco sobre que pezas compoñen un dron de freestyle ou de carreiras. Aclaro que son moi semellantes, e as diferenzas entre ambos radican principalmente na xeometría do cadro, na colocación da batería (superior ou inferior, variando o centro de masas) e nalgunha outra pequena característica, segundo se queiran orientar para competir ou facer trucos no aire. Comezamos!

Un quad componse do cadro e a grandes trazos de:

Controladora de voo. É o cerebro do dron, a peza clave que nos vai permitir voar e configurar o aparello. Normalmente na placa xa se integran acelerómetros, barómetros, xiroscopios e todo o preciso para voar. Hai varios firmwares que se empregan en drons deste tipo. Eu emprego o máis típico, chamado Betaflight.

Controladora Matek F405 STD

Sistema FPV (First Person View). Falamos de sistema porque se compón de varios elementos que traballan en conxunto para que poidamos pilotar o dron coma se estivésemos dentro del. Isto conséguese cunhas lentes FPV (parecidas ás típicas de realidade virtual) a través das cales podemos ver o que transmite unha cámara instalada no dron, para o que se precisa un transmisor de vídeo e unha antena omnidireccional funcionando a 5.8 GHz . Con este sistema ademais podemos visualizar nas lentes algúns datos importantes grazas ao OSD (on-screen display) da controladora, como a voltaxe da batería, a inclinación do quad, o modo de voo elixido etc.

Cámara FPV Caddx Turbo Micro F2
Transmisor Eachine TX526

Baterías. Aportan a enerxía eléctrica para que funcione o dron. Empréganse baterías de polímero de litio (LiPo), potentes e sensibles, polo que precisan un cargador axeitado que permita a carga balanceada de todas as celas. Os valores habituais de capacidade empregados están entre 1300 a 1500 mAh e como mínimo precisan  unha capacidade de descarga de 70C, falando de baterías de 4 celas.

Batería Infinity 4S 1500mAh

Motores. Empréganse xeralmente motores brushless (sen vasoiriñas) de configuración trifásica. Como a batería aporta corrente continua, precisamos os variadores ou ESC para facelos funcionar.

Motor DYS Samguk Shu 2500KV

Variadores ou ESC (Electronic Speed Controller). Encargados de transformar a corrente continua da batería en corrente pulsante, necesaria para o funcionamento dos motores. Permiten que a controladora poida variar (de aí o nome) a velocidade de cada motor segundo se necesite.

ESC Racestar Sprog X 35A

PDB (Power Distribution Board) ou placa distribuidora de corrente. Serve para poder conectar a batería cos ESC e a controladora de maneira sinxela, e así alimentalos de corrente eléctrica (por iso “distribúe a potencia”).

PDB Matek FCHUB

Receptor. E o circuíto impreso que nos vai permitir manexar o dron a través das ondas electromagnéticas de frecuencia 2.4 GHz que emite a nosa emisora. Segundo a emisora da que dispoñamos, empregaremos un ou outro. Existen distintos protocolos dos que falaremos noutros artigos.

Receptor FS X6b

GPS. En drons deste estilo non é moi común utilizalo, ao non ser estritamente necesario. Aínda así, instalar un módulo GPS permítenos activar a función de volta á casa, ver a velocidade á que estas voando, a que distancia vas ou unha frecha que che indica cara a onde engalaches, entre outras cousas.

GPS Beitian BN-180

Buzzer. O zumbador activo utilízase basicamente para facer barullo en caso de aporrizaxe e así poder atopalo. Recomendo instalar un que teña unha batería de seu (do tipo VIFLY Finder), pois nun impacto forte é habitual que a batería principal saia despedida por moito que se ate.

Tracker Aurora RC

Hélices. A súa función é obvia e non precisa moita explicación. Hainas de diferente material, paso, forma e número de palas.

Hélices Racestar 5042

Equipo de terra. Componse por todo o necesario para pilotar o dron, pero que non “está no aire”, é dicir, a emisora de radio e as lentes (ou pantalla) FPV. Nisto podes investir bastantes cartos se estas seguro de que che gusta o mundiño e o vas utilizar, pois unha boa emisora pode durar moitos anos.

Transmisora Flysky FS i6X

A imaxes non están escollidas ao azar, pois son dos compoñentes do meu primeiro quad e dalgúns que monto actualmente, aínda que neste último dron realicei certos cambios. Isto débese a que algunhas das pezas mencionadas xa se venden integradas. A conclusión á que cheguei é esa: realmente pensaba que para aprender sería mellor montar todas as pezas básicas por separado, pero ao final iso dá máis problemas que beneficios, e ata sae máis caro.

Concretamente os variadores pódense adquirir nunha placa 4 en 1, e así evitase poñer un por cada motor, evitando tamén poñer a PDB para conectalos, polo que se aforra moito espazo. No meu caso, agora mesmo levo un stack de dúas alturas, na parte baixa os ESC 4 en 1 e na superior a controladora, o que simplifica a montaxe, como se ve na imaxe.

Stack Mamba F405 FC + 40A ESC

Tamén deixo por aquí un par de fotografías do meu primeiro e do actual quad, nas que se poden apreciar as diferenzas de cadro e variadores.

Montaxe 1: Puda Chameleon
Montaxe 2: Amaxinno Freesyle 5e

Continuarei con artigos explicando máis ao detalle cada un dos compoñentes por separado, e comentando os parámetros que cómpre ter en conta para saber como escollelos. Saúdos e felices voos!

Antes de comezar…

Un pouco de historia… Quero comezar contando como empecei eu con isto dos drons. O meu primeiro aparello foi un minidron de 18 € mercado por Amazon, e un par de meses despois dei o paso a un mítico Syma X8, de tamaño moito maior. Con eles aprendín os básicos do manexo da transmisora, a mover o dron polo aire sen estampalo e ata a gravar as miñas primeiras tomas aéreas. Todo isto non estaba nada mal, pero eu xa lles tiña botado o ollo aos drons de carreiras…

Meses despois, tras papar moitas horas de tempo libre vendo vídeos de YouTube (saúdos a Eric de deDrones, Kristian FPV e Manu FPV) e lendo webs sobre FPV e radiocontrol (e claro está, aforrar un chisco), decidín montar o meu primeiro quad. Este foi o comezo dun gran proceso que culminou co meu actual dron, e que agora explicarei.

Cando tiven claro que pezas quería montar e como facelo, fixen unha lista da compra e deixeime levar polo consumismo puro, onde Banggood e Aliexpress se converteron nos meus mellores amigos. Pedín unha chea de cousas, e semanas máis tarde, alá polo mes de febreiro, tíñaas listas na casa para comezar a montar.

Varios motores queimados, moitas hélices rotas, un dron perdido… Montar as pezas e soldar os cables foi só o comezo: o problema era facer que iso voase. A configuración en Betaflight (o software que se usa para configurar os parámetros da controladora) é ao comezo algo complicada, pero rápido se aprende. Cometín moitos erros de novato: curtocircuítos nos variadores por non illalos (si, meu amigo, o carbono é condutor, así que ten tino), unha cámara e varios motores queimados, moitos ruídos electromagnéticos no receptor… Pero o máis caro sen dúbida foi non poñer un zumbador con batería propia, e deixarllo a un colega que nunca na vida manexou un dron (saúdos a Javi). Xa podes ir imaxinando: acabou perdido nunha basta toxeira, e decidimos desistir da busca tras algunhas horas, así que quedei sen dron de novo.

E daquela? Pois tras ese gran paso que supuxo perder o dron que con tanta ilusión montara, fixen algunhas reflexións e moitas aprendizaxes. Si, volvín comezar de novo o proceso, mercando algunhas pezas distintas e sobre todo poñéndolle un GPS e un zumbador con batería de seu (aclaro que isto é necesario porque cando un dron deste estilo afociña, a batería sae normalmente despedida, e pasa a ser como buscar un pelouro negro e inerte no chan). Así pois, en Semana Santa xa tiña listo o meu segundo quad para voar freestyle a gusto: un Amaxinno Freestyle 5e.

En resumo, se nunca tiveches un dron nas mans, o consello que che podo dar é que merques un minidron do máis barato que atopes para aprender movementos básicos e ir collendo un mínimo de soltura, ademáis de practicar con simulador. Se xa tes algún dron comercial ou deste estilo e queres comezar co FPV, recoméndoche montar un quad, pero sobre todo ten moita paciencia e ganas de aprender e fedellar. Por último se queres comezar pero queres evitar a montaxe, podes adquirir un xa armado, pero non che recomendo isto porque é moi probable que xa no primeiro día rompas algo, e ao final vas ter que aprender a montalo de todas as maneiras para poder reparalo.

No próximo artigo falarei un pouco sobre as pezas que compoñen un dron de carreiras-freestyle e explicarei que montaxe teño eu. Saúdos e felices voos!

Presentación

Boas! Se estas aquí é porque probablemente che interese o mundo dos drons, porque me coñezas ou sinxelamente porque teñas curiosidade. Chámome Duarte, son estudante de Enxeñaría e son un novo afeccionado ao mundo do FPV Freestyle.

O meu interese polos drons quizais veña derivado pola miña gran paixón pola aviación desde pequeno, atopando neste mundiño unha maneira sinxela de achegarme a ela dun xeito fácil. Neste blog pretendo crear un curruncho no que expoñer os meus coñecementos adquiridos sobre o tema, sempre desde a perspectiva dun novato coma min, por se poden ser de utilidade a alguén que tamén estea comezando no hobby. Xa podo advertir de antemán que son coñecementos básicos, pero manteño as ganas de aprender máis cada día, asi que se hai algo que desexes contarme ou corrixir, non dubides en contactar conmigo!

Ademais tratarei tamén outros temas do meu interese que puideran resultar útiles, sobre todo relacionados coa electrónica. Quero facer desta páxina un lugar de expresión de todas esas “frikadas” que a min tanto me gustan, e que espero que a ti tamén!

Sen máis dilacións, sede benvidos a Anduriña FPV!

Create your website with WordPress.com
Primeiros pasos