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DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE VEHÍCULOS AÉREOS NO TRIPULADOS BASADOS EN TECNOLOGÍAS LIBRES PARA FINES DIDÁCTICOS Y DE INVESTIGACIÓN
Existen diversos materiales para diseñar el dispositivo.
Perfiles de aluminio o fibra de carbono, madera de balsa,
impresión 3D en PLA o ABS. Cada material tiene sus
ventajas y limitantes. Se busca un balance adecuado entre
estos, pretendiendo resistencia mecánica y peso liviano. La
impresión recomendada del frame es en plástico PLA, ya que
da cierta firmeza y bajo peso. Se selecciona el software de
gobierno y de adquisición de señales, las tarjetas de control y
el tipo de UAV a construir, así como sus componentes. A
modo de control de vuelo, se desarrolla una App
multiplataforma basada en Java o Processing
(www.processing.org), que programada en modo Android o
mediante la App gratuita APDE (disponible en Play Store de
Google) puede correr en celulares o en tablets. Por
comodidad, se recomienda emplear la App en tablets ya que
una mayor pantalla puede facilitar el uso de la misma y la
experiencia de vuelo puede ser mejor. La plataforma de
desarrollo a utilizar es Arduino (www.arduino.cc) dada su
naturaleza abierta tanto en hardware como en software y su
facilidad de uso. El entorno de desarrollo integrado Arduino
(Arduino IDE) contiene un editor de texto para escribir
código, un área de mensajes, una consola de texto serie, una
barra de herramientas con botones para funciones comunes y
una serie de menús. Se conecta al hardware Arduino para
cargar programas y/o comunicarse (Arduino, 2015). Existe
una gran cantidad de ejemplos y librerías para facilitar el
desarrollo de programas. Las placas Arduino son
relativamente baratas en comparación con otras plataformas
de microcontroladores. Gracias a su sencilla y accesible
experiencia de usuario, Arduino se ha utilizado en miles de
diferentes proyectos y aplicaciones. El software de Arduino
es fácil de usar para los principiantes, pero lo suficientemente
flexible para los usuarios avanzados. El programa tiene
versiones ejecutables para Mac, Windows y Linux y hay
portaciones para Raspberry Pi y Android.
Los avances en la tecnología han permitido el desarrollo de
vehículos autónomos para diferentes propósitos, or ejemplo
la realización de tareas tediosas o de cierto riesgo para la
seguridado simplemente para tareas de vigilancia o
fotografía. En las últimas décadas, el desarrollo de estos
vehículos ha sido de gran interés y se han desarrollado
numerosos tipos de dispositivos en todo el mundo. Estos
tipos de vehículos se pueden clasificar basándose en su
ambiente de trabajo en aéreos (UAVs), terrestres (UGVs) y
acuáticos (AUVs) [2]. Los primeros tienen numerosas
aplicaciones y una gran variedad de modelos, se podrían
clasificar en cuatro tipos esenciales.
1) Drones de reconocimiento y/o vigilancia
2) Drones de combate
3) Drones de investigación y desarrollo
4) Drones de carreras
El tipo de dron a desarrollar puede considerarse pertenecer a
la tercera clasificación. Los modelos desarrollados en este
grupo suelen ser modificables hasta cierto punto, ya sea a
nivel hardware como a nivel de desarrollo software [3]. En el
mercado se encuentran una gran variedad de modelos, cada
uno con diferentes prestaciones y precios en función de estos.
Algunos de estos modelos comerciales se nombran a
continuación:
Parrot AR.Drone
Walkera QR
DJI Phantom
Iris+
El uso de impresión 3D ha crecido gracias a la facilidad de
diseñar e imprimir un modelo simulando mecánicamente su
comportamiento, por ejemplo, en SolidWorks. Se puede
imprimir un diseño resistente, delgado y con menor densidad,
un factor muy importante que modifica el peso total de la
aeronave. Este es el principal motivo que la mayoría de
aeronaves no tripuladas usen materiales compuestos
permitiendo diseñando estructuras sencillas a un costo
relativamente bajo [4].
Estructura
Existen varios tipos de estructuras utilizadas en la
construcción de un multirotor. Las más extendidas son tres,
como se aprecia en la Fig. 1, cuatrirotor, hexarotor y
octarotor. En estas estructuras todos los motores están
colocados sobre el mismo plano y con el eje de rotación
perpendicular al suelo, el control del sistema para este tipo de
estructura suele variar [2].
Figura 1. Estructuras y distribución de motores
La estructura a utilizar será de un QUAD X. Actualmente
existe una gran variedad de estructuras livianas, resistentes y
aerodinámicas comrciales elaboradas con materiales como
fibra de carbono, nylon y espuma de poliestireno tal es el caso
del Parrot AR. Drone 2.0 y el Phantom [5], o bien, plásticos
ABS o PLA. La consideración principal en el diseño de la
estructura (frame) son las vibraciones que los motores
pueden ocasionar a altas velocidades. A vibraciones altas el
material tiende a hacerse más quebradizo debido al esfuerzo
mecánico a que está sometido.
Estimaciones
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Para continuar con la selección de materiales se realizan
estimaciones. En la tabla 1 se observa una estimación del
peso final del dron considerado a utilizar.
REVISTA DEL CENTRO DE GRADUADOS E INVESTIGACIÓN. INSTITUTO TECNOLÓGICO MÉRIDA Vol. 31 NÚM. 64 41