¿Qué es un QuadCopter?

 quadcopter

Un quadcopter, o multirotor, drone o quadrotor, es un simple vehículo mecánico volador que tiene cuatro brazos, y en cada brazo hay un motor conectado a una hélice. También son posibles los multicópteros con tres, seis u ocho brazos, pero funcionan con el mismo principio que un quadcopter. Dos de los rotores giran en el sentido de las agujas del reloj, mientras que los otros dos giran en sentido contrario a las agujas del reloj. Los Quadcopters son aerodinámicamente inestables y requieren una computadora de vuelo para convertir sus comandos de entrada en comandos que cambien las RPM de las hélices para producir el movimiento deseado. Esta es la respuesta corta a la pregunta de qué es un quadcopter. El resto de este artículo proporciona más información para presentarle el mundo de los cuadricógrafos.

Los cuadricópteros difieren de un helicóptero o un avión de ala fija en la forma en que generan fuerzas de elevación y control. Para un avión, el ascensor es generado por las alas, pero en un cuadricóptero el ascensor es generado por las hélices. Un helicóptero usa su rotor principal para generar sustentación, pero también tiene la capacidad de variar la inclinación de las palas del rotor para generar fuerzas de control.

El concepto de quadcopter no es nuevo. Los diseños de cuadricóptero tripulado aparecieron en las décadas de 1920 y 1930, pero estos primeros conceptos tuvieron un mal rendimiento, un alto nivel de inestabilidad y requirieron muchas entradas piloto. El avance de la tecnología electrónica en computadoras de control de vuelo, motores sin núcleo o sin escobillas, microprocesadores más pequeños, baterías, acelerómetros, cámaras e incluso sistemas de GPS hizo posible diseñar y volar cuadrúpedos. La simplicidad del Quadcopter lo ha convertido en una plataforma de fotografía aérea y video muy efectiva.

El controlador

Un quadcopter típico viene con un controlador de 4 canales que envía comandos al dron para afectar su acelerador, guiñada, cabeceo y balanceo. La frecuencia de comunicaciones utilizada por la mayoría de los controladores es de 2,4 GHz. Esta es también la frecuencia típica utilizada para las conexiones WiFi. Aunque es poco probable que se produzcan interferencias, puede ser algo que valga la pena verificar si tiene retraso o retraso en las comunicaciones con su quadcopter.

El controlador también tiene 4 botones de ajuste para permitirle hacer correcciones menores al comportamiento de vuelo de su quadcopter. Si observa que sin entrada de control, el dron se desplaza en una dirección particular, la aplicación de compensación para esa entrada de control en la dirección opuesta eliminará la deriva.

Las hélices

Es importante que recuerde siempre que hay dos conjuntos de hélices y dos conjuntos de motores que giran en la dirección opuesta. El paso en los dos juegos de hélices es diferente. Entonces, si cambias un conjunto de hélices opuestas, emitirán aire hacia arriba en lugar de hacia abajo. Esto da como resultado una fuerza descendente en el cuadricóptero que conduce a su lanzamiento de drones y no a volar. Cuando tome las hélices, asegúrese de marcar a qué motores pertenecen. Si miras detenidamente, la hélice tendrá una marca que indica a qué conjunto de motores pertenece.

Dinámica QuadCopter

Hay cuatro fuerzas principales que actúan en un quadcopter:

 Gravedad: esto debería ser obvio para todos. Esta es la fuerza que tira del quadcopter debido a su masa.

Levante: esta es la fuerza de reacción hacia arriba en el quadcopter debido a los propulsores

Empuje: esta es la fuerza de reacción horizontal en el quadcopter debido a los propulsores

Arrastre: esta es la fuerza hacia atrás en el quadcopter debido al aire. Imagine que está en un automóvil y saca la mano por la ventana. El aire que golpea tu mano está tratando de hacer retroceder.

QuadCopter flotando

El deslizamiento tiene lugar cuando la elevación hacia arriba equilibra la fuerza de gravedad hacia abajo. Para hacer que el dron suba más, la fuerza de elevación debe ser mayor que la fuerza de la gravedad. Esto se logra aumentando RPM en las cuatro hélices simultáneamente, lo que produce más sustentación. Para disminuir la altitud, las RPM disminuyen en las cuatro hélices simultáneamente. En su controlador, esto se logra empujando hacia arriba o hacia abajo la palanca izquierda, lo que aumenta o disminuye las RPM del rotor, lo que hace que su quadcopter suba o baje.

Para mover el dron hacia la izquierda, derecha, adelante y atrás, cambiamos el ángulo de la fuerza de elevación para que tenga un componente vertical y horizontal. El componente vertical todavía sirve para mantener el quadcopter en el aire, mientras que el componente horizontal permite producir control de empuje.

Movimiento QuadCopter

Para hacer que el quadcopter se mueva hacia adelante o hacia atrás, ajustamos el tono usando el stick derecho en el controlador. Lo que sucede es que las hélices delanteras disminuyen las RPM, mientras que las hélices traseras aumentan las RPM. Ahora la fuerza de elevación tiene una componente horizontal que da como resultado el movimiento del quadcopter hacia adelante. Lo contrario sucede para hacer que tu quadcopter retroceda. Las RPM de la hélice delantera aumentan, mientras que las RPM de la hélice trasera disminuyen.

Para mover su movimiento de cuadricóptero hacia los lados, se produce un cambio similar en las RPM, pero esta vez está en las hélices izquierda y derecha. Para que su dron se mueva hacia la izquierda, debe apuntar la fuerza de elevación ligeramente hacia la izquierda. Esto se hace disminuyendo las RPM en los rotores izquierdos y aumentando las RPM en el lado derecho. Se produce un cambio similar en las RPM del rotor para mover su quadcopter hacia la izquierda.

Maniobras de Yaw

Yaw es un poco más complicado de visualizar. En un helicóptero, ¿alguna vez se ha preguntado por qué hay un rotor de cola? Está ahí para evitar que el cuerpo del helicóptero gire. Si las cuchillas principales giran en sentido contrario a las agujas del reloj, como en la mayoría de los helicópteros, el fuselaje comenzará a girar en el sentido de las agujas del reloj debido a la reacción de par. Esto es una consecuencia de la Tercera Ley de la dinámica de Newton. El rotor de cola equilibra la reacción de par en el fuselaje del helicóptero y evita que el fuselaje gire.

En un quadcopter, si las cuatro hélices giraran de la misma manera, entonces el cuerpo de su quadcopter rotaría en la dirección opuesta. Pero obviamente no es así. Esto se debe a que dos de las hélices giran en sentido horario y las otras dos giran en sentido antihorario. Entonces, un conjunto de hélices produce un par en una dirección, pero las otras dos hélices producen un par en la dirección opuesta. Estos se cancelan, por lo que su quadcopter no gira.

Para una maniobra de guiñada, queremos que el quadcopter gire. Esto se hace reduciendo las RPM en un conjunto de rotores, mientras aumenta las RPM en el otro conjunto de rotores. Ahora hay un par neto en una dirección, por lo que su quadcopter gira. Para producir la rotación opuesta, las RPM en las hélices simplemente se invierten. La dirección de la maniobra de guiñada se controla con la palanca izquierda del controlador.

Sistema de control de vuelo

Tu quadcopter vuela y se mueve cambiando las RPM de cada hélice. Entonces, cuando mueves un stick en tu controlador, este comando debe convertirse en los comandos correctos de cada uno de los cuatro motores en tu quadcopter. Esto es hecho por el sistema de control de vuelo. El objetivo de la computadora de vuelo es simplificar la coordinación del control de las cuatro hélices necesarias para hacer volar su dron. La computadora de control de vuelo tiene la capacidad de conectarse a varios otros dispositivos y sensores. El dispositivo principal con el que se conecta es el receptor de control remoto, que está conectado a su transmisor remoto.

En el quadcopter avanzado, el controlador de vuelo también tiene un transmisor para comunicarse con su controlador, para proporcionar comunicación bidireccional. Los sensores típicos vienen con cuadricópteros más complejos como GPS, brújula giroscópica y baramoter.

Qué es un resumen de QuadCopter

Los Quadcopters son una forma económica de presentarse al mundo de los vehículos aéreos de control remoto. Son divertidos para volar, y con algo de práctica y paciencia cualquiera puede aprender a volar un quadcopter.