CUADRICOPTERO. Resumen en español e inglés

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Movimiento de guiñada (yaw)

Se refiere al movimiento cuando el vehículo gira sobre su eje vertical. El cuadricóptero logra este movimiento al aumentar por igual la potencia de giro de los rotores 1 y 3 y disminuir en igual magnitud los motores 2 y 4. Al disminuir esta potencia aumenta el par del motor creando un giro contrario a las hélices que están rotando con mayor potencia.

Movimiento de inclinación (pitch)

Es el movimiento que permite el desplazamiento hacia adelante y atrás. El vehículo mantiene la potencia en el rotor 1 que es opuesto al sentido deseado, reduce al mínimo la del rotor 3 y deja los otros dos a potencia media, así la sustentación del rotor 1 hace que el vehículo se incline a favor del sentido deseado y se desplace.

Movimiento de bamboleo (roll)

Permite realizar los movimientos a la izquierda o derecha. Usa el mismo principio que el de inclinación, pero lateralmente. La combinación de los tres movimientos mencionados son los que hacen maniobrar al cuadricóptero libremente.

Los movimientos de roll y pitch son giros en torno a los ejes horizontales del cuadricóptero. Una inclinación en cualquiera de estos ejes produce un movimiento lineal en el plano horizontal cuya velocidad depende del ángulo (esto se denomina ángulo de ataque) y la dirección depende de la orientación del cuadricóptero.

Filtros

“Un filtro es un dispositivo que pasa señales eléctricas a determinadas frecuencias o a un determinado rango de frecuencias mientras previene el paso de otras”.

Para frecuencias altas (>1Mhz) se diseñan filtros generalmente con componentes pasivos, Inductores (L), Resistencias (R) y Capacitores (C) también llamados como filtros LRC. En el caso de bajas frecuencias (1Hz a 1MHz) el valor del inductor es muy alto por lo que económicamente no es muy viable realizarlo, por lo que la importancia de los filtros activos es tan importante. Para el diseño del proyecto son necesarios filtros pasa bajas activos, debido al tipo de conversión analógica a digital del micro controlador se optó por usar una topología Sallen-Key de ganancia unitaria (figura 1) en un filtro de segundo orden. Con los coeficientes Butterworth.

[pic 15]

Fig. 1: Topología Sallen-Key de ganancia unitaria.

La función de transferencia del filtro está dada por la ecuación:

[pic 16]

De acuerdo a los coeficientes del filtro se obtiene:

[pic 17]

[pic 18]

[pic 19]

Despejando estos valores para una frecuencia de corte de 60Hz se obtiene: [pic 20]

Conclusiones y metas alcanzadas

El desarrollo de un proyecto multidisciplinario como el presentado en este reporte, requiere de mucho tiempo, dedicación y planeamiento, debido a la gran cantidad de investigación, pruebas y experimentos que se tienen que llevar a cabo en un lapso de tiempo muy limitado. Esto es de mucha importancia para poder llegar a tener un prototipo estable y funcional.

El micro controlador requiere de mucho procesamiento matemático en tiempo real, motivo por el cual el PIC no es adecuado para un vuelo que no sea asistido por un piloto. Al tener mucho procesamiento matemático, el DSPIC muestra una disminución en la frecuencia del lazo de ejecución del programa hasta llegar a un nivel donde es muy bajo para la correcta operación dinámica de los motores. La comunicación de datos vía XBEE se realizó de manera exitosa en ambas vías (transmisión y recepción), motivo por el cual se pudo completar exitosamente ese objetivo específico. El DSPIC se pudo comunicar sin ningún problema con la computadora personal

Los motores sin escobillas mostraron un desempeño superior al esperado, al trabajar en conjunto con sus respectivos controladores electrónicos de velocidad. Estos motores poseen una relación potencia efectiva/peso mucho más elevada que su contraparte con escobillas.

La elección y balanceo correcto de las hélices de los motores resulta fundamental para el buen funcionamiento del sistema, ya que provoca menos vibración en el sistema, y un vuelo más estable.

Referencias

- Revista iberoamericana de Automática e informática industrial. Modelado y estabilización de un helicóptero con cuatro rotores.

- Op Amps for Everyone, Ron Mancini, Texas instruments.

Para mayor información ver anexos:

Anexo A: Dibujos técnicos del bastidor y esquemáticos de los circuitos electrónicos.

Anexo B: Modelado dinámico del sistema.

Anexo C: Hojas de especificaciones de los sensores: Giróscopo, lpy550al. Acelerómetro, MMA7361LC.

Anexo