Arduino Drone | Material necesario y montaje de los componentes hardware

Arduino Drone | Material necesario y montaje de los componentes hardware


Índice:

  1. Conceptos generales sobre drones. 
  2. ⇒ Material necesario y montaje de los componentes hardware.⇐
  3. Mando RC y receptor. Programación en Arduino (código).
  4. MPU6050 y su programación en Arduino (código).
  5. Batería LiPo (código).
  6. Control de estabilidad y PID.
  7. Motores, ESC y su programación en Arduino (código).
  8. Calibración de hélices y motores (código).
  9. Software completo y esquema detallado (código).
  10. Como leer variables de Arduino en Matlab (código).
  11. Los mejores drones de 2018 | Comparativa y guía de compra.

Material necesario para construir un drone

El material mínimo que vamos a necesitar para construir el drone es el siguiente. No os preocupéis si no entendéis la función de alguno de los componentes, los analizaremos a fondo en diferentes entradas más adelante uno por uno. Os dejo también los enlaces de compra de los mismos productos que he utilizado yo.

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Material principal 

  • 1x Arduino NanoEl el cerebro de nuestro drone y donde se ejecutará el software de control de vuelo.

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  • 1x Frame 450. Es la estructura donde montaremos todos los componentes hardware de nuestro drone. Vamos a utilizar un frame de 450mm:


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  • 4x motores 1000kV y 4x ESC 20Amp. Uno de los componentes mas importantes de nuestro drone, los motores y los 4 ESC encargados de hacerlos girar. Utilizaremos motores de 1000kV y ESC de al menos 20 amperios. Aseguraos que el pack que compréis incluye también las hélices:

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  • 1x MPU6050El sensor mas importante de nuestro drone, sin el cual sería imposible hacerlo volar de forma controlada. Recomiendo comprar mas de uno para tener repuestos, es muy barato de adquirir.

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  • Placa de montaje (para soldar componentes). Lo utilizaremos para soldar los diferentes componentes del drone. Esta placa irá después situada encima del frame.

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  • 1x Mando y receptor RCLo utilizaremos para controlar el drone y hacer que se desplace a nuestro antojo. Hay infinidad de modelos disponibles, os dejo el que yo utilizo, cuyas características son suficientes para esta aplicación. Aseguraos que el modelo que compréis incluye también el receptor.

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  • 1x Placa de distribución de potenciaUtilizaremos esta placa para soldar los cuatros ESC a la batería de forma robusta. Esta conexión puede hacerse simplemente utilizando cable, pero es mas cómodo y seguro hacerlo utilizando una placa como esta.

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  • 1x LCD 16×2Lo utilizaremos para visualizar algunas variables y alarmas que puedan surgir durante el vuelo. Aseguraos que incluye un adaptador i2C para facilitar el conexionado.

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  • 1x Pack de leds. Recomiendo comprar un pack de leds de diferentes colores. Los utilizaremos para visualizar parámetros durante el vuelo. Yo he utilizado leds de color azul, naranja y rojo.

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  • Conectores de bala (para los motores). Es imprescindible conectar los ESC y los motores de forma robusta. Para ello utilizaremos conectores tipo bala.

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  • Conector tornillo 2 pines (para las señales de control). Para conectar las salidas de la placa Arduino con los diferentes periféricos (MPU6050, ESC, leds…) utilizaremos conectores atornillados.

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  • Interruptor de 20AmpLo utilizaremos para apagar y encender el drone (conectar/desconectar la batería) de forma segura y controlada.

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Otros componentes

  • Estañador (y estaño). Imprescindible para soldar los diferentes componentes de forma robusta. Son muy baratos de adquirir.

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  • Polímetro. Recomiendo tener un polímetro básico en casa para media tensión e impedancias. Aseguraos de que incorpora amperímetro y medidor de impedancias.

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  • Soporte anti-vibración (opcional). Montando el sensor MPU6050 sobre un soporte anti-vibración, evitaremos que las vibraciones producidas por los motores pasen al control, desestabilizando el drone. Su utilización es opcional, yo no lo he utilizado ya que he calibrado los motores de forma precisa.

  • Osciloscopio (solo si se dispone de uno, son muy caros). Existe una variante mas económica de Hantek, que es la que yo utilizo. Es muy útil para resolver problemas.
  • Cable, bridas, cinta aislante…

Como veis he añadido 4 leds y un pequeño LCD 16×2 para visualizar cierto parámetros durante la inicialización del drone, pero estos componentes son opcionales. Además de esto, siempre podremos completar el montaje con nuevos sensores como barómetro/altímetro para controlar de forma precisa la altitud de vuelo, módulo GPS para conocer la posición exacta del drone

Montaje de los componentes 

El montaje del drone es algo abierto a la imaginación de cada uno, no hay una única forma de hacerlo, aunque sí que hay una serie de aspectos a tener en cuenta. El esquema eléctrico que es necesario montar en es siguiente:

Esquema completo de montaje. Drone arduino

Os dejo una serie de consejos y pautas generales de montaje para facilitar la tarea. Si tenéis cualquier duda no dudéis en preguntármelo en los comentarios, intentaré resolver vuestras dudas lo antes posible:

  • Intentad que el peso esté equilibrado y lo más centrado posible, colocad la batería lo más baja y centrada posible. Agarradla bien utilizando alguna brida. Yo la he situado en la parte baja del frame. He utilizado una ‘placa de distribución de potencia’ para conectar los cuatro ESC a la tensión de batería:

Imagen de montaje del drone arduino

  • Montad los componentes electrónicos (MPU6050, Leds, conectores) en una placa donde podáis soldar los componentes de forma fácil y robusta. Atornillad la placa al frame firmemente. Una vez colocados los componentes, podéis recortar la placa como queráis y darle la forma que mas os guste. Si os fijáis en las fotos que os he dejado mas adelante, veréis que he recortado la placa para darle forma mas ‘agresiva’ al conjunto del drone:

placa de montaje drone arduino

  • El sensor siempre tiene que estar orientado con uno de los ejes de movimiento. Bastará con orientar la ‘fecha Y’ del sensor con lo que consideremos la ‘parte delantera’ de nuestro drone, de esta forma, alinearemos este eje con nuestro eje Pitch. Ahora, cuando movamos hacia arriba el stick del eje Pitch, el drone se moverá hacia ‘delante’, es decir, hacia en la dirección que indica de ‘flecha Y’. Mas información en la entrada dedicada al sensor MPU6050:

MPU6050

Recordad que vamos a construir un drone tipo ‘x‘, por lo que no deberemos orientar el sensor con ninguna de los brazos del frame:

Orientación MPU6050. Drone arduino.

  • Conviene montar el chip MPU6050 en el soporte anti-vibración que he indicado en la lista (aunque yo no lo he hecho).
  • Es importante numerar los motores de la siguiente forma. El motor delantero derecho será nuestro motor número 1 (podéis poner una pequeña etiqueta en cada motor):

Numeración motores. Drone arduino.

  • Asegurad los cuatro ESC a las patas de frame de forma robusta, por ejemplo utilizando cinta aislante.
  • Utilizad conectores adecuados para hacer la conexión entre ESC y motores, no lo hagáis de cualquier forma. Una mala conexión entre estos dos componentes puede destruir los componentes y dejarlos inservibles (he roto varios ESC y motores por malas conexiones). Utilizad ‘conectores de bala’. Tenéis más información en la entrada dedicada a los ESC y motores.

Conector - montaje del drone arduino

  • He utilizado conectores de tornillos de dos pines para transmitir las señales PWM de control desde la placa Arduino a los ESC. Tenéis más información en la entrada dedicada a los ESC y motores.

conector - montaje del drone arduino

  • Para cablear adecuadamente el receptor del mando RC es necesario que conozcáis qué palanca del mando actúa sobre cada canal. Tenéis más información en la entrada dedicada al mando RC y receptor.
  • Conviene utilizar al menos un interruptor principal para poder cortar la alimentación de la batería de forma sencilla. Utilizad un conector que pueda soportar 20Amp como mínimo.
  • El interruptor secundario es opcional, sirve para alimentar de forma independiente la parte de potencia de la parte de control.
  • Conviene instalar varios leds (y a ser posible un LCD, aunque es opcional) para poder visualizar alguna alarma o variable de forma sencilla y visual.
  • Cuidado al montar el divisor resistivo y hacer las conexiones con la batería. Tenéis que aseguraros de que el polo positivo y el negativo de la batería nunca van a tocarse entre sí. Tenéis mas información en la entrada dedicada a la batería.
  • Utilizad algún sistema de amortiguamiento para cuando el drone aterrice de forma accidentada, ya he utilizado corchos de botella puestas en cada una de las 4 patas.
  • De momento no vamos a instalar las hélices, lo haremos mas adelante cuando hayamos puesto en marcha el software y seamos capaces de controlar los motores de forma segura.

Os dejo algunas imágenes de mi drone para inspiraros. Como veis he utilizado una configuración de varios niveles utilizando placa perforada donde he ido situando los diferentes componentes:

Imagen de montaje del drone arduino

Imagen de montaje del drone arduino

Imagen de montaje del drone arduino

Imagen de montaje del drone arduino

Imagen de montaje del drone arduino Imagen de montaje del drone arduino Imagen de montaje del drone arduino Imagen de montaje del drone arduino Imagen de montaje del drone arduino

Imagen de montaje del drone arduino

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