Construindo Drones com Hardware Livre

Construindo Drones com Hardware Livre
Arduino
Palestrante:
Wesley Karl El Anderson
UTFPR – Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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UTFPR – Grupo de Pesquisa

O que é necessário?
Dinheiro: Pelo menos de 600 a 1200 reais, caso você ainda não
possua nenhum material, como por exemplo, rádio, carregador
de bateria, bateria …
Conhecimento: É bom que tenha pelo menos um pouco de
conhecimento de eletrônica e programação em C.

Materiais necessários:
Bateria: São usadas baterias de Li-Po (Lithium Polímero).
Normalmente são utilizadas 3 células (11,1v) , com quantidade
de carga que varia de 2200mAh à 4000mAh.
Vale resaltar que quanto maior a quantidade de carga, mais
pesada é a bateria, logo, avalia-se a há necessidade de uma
bateria mais pesada.

● Motor Brushless: Normalmente usam-se motores que variam entre
800kv e 1200kv, kv seria rpm/volt, ou seja, quantos RPM’s o motor
gira por volt. Motores com kv baixo, deixam o quadricoptero mais
estável, enquanto os de kv mais altos são usados para 3D ( fazer
manobras, tipo dar loop…), por tanto, se você está começando, é
recomendável um motor de kv baixo, por exemplo, 800kv, 850kv…

● É interessante comprar 2 motores extras, pois eles podem danificar
em quedas, por exemplo. Existe também a possibilidade de comprar
apenas o eixo do motor, pois é o que normalmente se danifica em
uma queda, ai basta trocar esse eixo e o motor fica bom novamente.

ESC: Electronic Speed Control, serve para controlar a passagem da
energia para o motor. É ele que controla a velocidade do motor.
Normalmente usa-se ESC de 30A.
● Muitas placas, como a Multiwii, funcionam com pwm em 400Hz,
alguns ESCs suportam esta taxa de atualização,mas a maioria não,
podendo gerar transtorno como a parada brusca e queda do Drone,
ou até mesmo uma má estabilização.

Hélice: Bem, esse é um dos pontos mais importantes do projeto.
As hélices devem estar em harmonia com o motor, ou seja, eles
formam um conjunto, a hélice depende do motor e o motor depende
da hélice.
● O recomendado é usar hélices grandes (10 polegadas) para
motores de baixo kv, e hélices pequenas (8 polegadas) para
motores de alto kv.
● Vale lembrar que você precisará de 2 hélices que rodam no sentido
horário e 2 contra rotativas, que giram no sentido anti-horário.
● Compre sempre a mais, pois hélices quebram com facilidade,
principalmente no início, quando ainda não se tem experiência.

Um ponto importante é o balanceamento correto das hélices.
● Use o seguinte processo para balancear corretamente suas hélices:
a) Marque uma linha longitudinal passando exatamente pelo centro da
hélice.
b) Faça 4 marcas (A, B, C e D) uma em cada quadrante.

c) Coloque a hélice verticalmente no balanceador com a pá marcada A-C
para cima.
d) Se a pá A-C “cair” no sentido anti-horário, por exemplo, então a área do
bordo de ataque A está pesada e deverá ser lixada com cuidado (fig. 1). Da
mesma forma se “cair” no sentido horário, a área do bordo de fuga C é que
está pesada, é ela que deverá ser lixada (fig. 2).

Obs. Não lixe a face inferior da hélice, lixe suavemente a parte superior.
e) Quando a hélice parar na diagonal, como no caso ilustrado na fig. 3, a
área do bordo de ataque D deverá ser lixada; no caso da fig.4 é a área do
bordo de fuga B que está pesada.
f) O balanceamento estará completo quando a hélice parar aleatoriamente
em posições diferentes sempre que for movimentada

Balanceadores:

Arduino: É um microcontrolador central responsável pelo
gerenciamento do Drone, a programação será inserida nele.
Sensor: Existem basicamente 4 sensores que são usados para o
nivelamento e alinhamento do Drone: Giroscópio, Acelerômetro,
Barômetro e Magnetômetro.
● O giroscópio é indispensável, pois é responsável pelo controle de
movimentos horizontais.
● O acelerômetro serve para estabilizar. Para os iniciantes é
aconselhável o seu uso.
● Já o barômetro e o magnetômetro não são tão utilizados para a
confecção de Drones quanto o acelerômetro.
Servem para travar a altura e a direção respectivamente.

● Muitos usam os sensores do controle do videogame Wii.

●

Rádio transmissor e receptor: Faz a comunicação entre o usuário e
o Drone.

Carregador de bateria: Serve para carregar as baterias Lipo.
Tome bastante cuidado com a escolha do mesmo, é sempre bom
procurar opinião de quem já comprou um igual ao que você quer
comprar, pois muitos são de péssima qualidade e pode estragar sua
bateria.

LED: É interessante colocar uma tira de LED's SMD (LED Strip) na
parte inferior do Drone, pois em ambientes mais escuros, por
exemplo, você pode localiza-lo facilmente, e até mesmo distinguir
onde é a frente.

Placa central: É uma placa onde se conecta tudo: ESC, receptor,
arduino e sensor. Se você souber confeccionar placas de fenolite ou
fibra, por exemplo, pode se fazer essa placa.

Sensor de bateria: É de grande importência, pois apita quando a
bateria do Drone chegar a uma determinada tensão. Desse modo
você pode pousá-lo em segurança, sem correr o risco dele cair por
falta de bateria. Vale lembrar que bateria de Li-Po não podem ser
totalmente descarregadas, correndo risco de danificá-las,
permanentemente, se isso ocorrer.

Frame: É a estrutura, já vem com os 4 braços e a parte central.
Essa estrutura pode ser de alumínio, fibra de carbono ou de vidro. Se
você quiser pode confeccionar a sua, comprando os perfis de
alumínio ou tubos de PVC, e ainda poderá imprimir essa estrutura em
uma impressora 3D.

Controles de Voo

Dinâmicas de voo
O principal objetivo do Drone, durante o voo, é manter-se em
equilíbrio na horizontal e estável sobre o seu próprio eixo central.
Para isso os motores, através de suas hélices, devem aplicar empuxo
de forma a anular o peso do eixo onde se encontram e girarem em
sentidos opostos de forma que uns anulem a força de rotação dos
outros.

Estrutura, orientação e direção.
As estruturas mais comuns encontradas tem os formatos parecidos
com os caracteres X, +, H, Y e T. Essas apresentam grande
variedade na distribuição dos motores e podem ser classificados
como sendo dos tipos: radial, coaxial ou linear.
Bicopteros, com apenas dois motores de propulsão,

Tricopteros utilizam três motores de propulsão e sua estrutura
geralmente é feita em Y e T.

Quadricopteros são dotados de quatro motores de propulsão e
utilizam estruturas variadas, as mais comuns são em X, +, H, Y e T

Hexacopteros tem sua propulsão realizada por seis motores
dispostos em estruturas X ,Y e +

Octocopteros com sua propulsão realizada por oito motores, tem
variados tipo de formatos seguindo os padrões X, + e X Coaxial

Alguns Firmwares Utilizados

Dúvidas?
Contato:
euwesley@gmail.com

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