El cuadricóptero de PVC definitivo: 16 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

Si eres un principiante que busca un quadcopter que te ayude a mojarte los pies en la construcción de scratch, o si tienes un poco más de experiencia y solo estás buscando un marco barato y confiable, ¡no busques más que el Ultimate PVC Quadcopter! Este es un marco de 450 mm que es extremadamente barato, alrededor de $ 12 para todo el hardware, y también es extremadamente duradero, ¡el mío soporta docenas de choques casi a toda velocidad con nada más que un par de hélices rotas! Los componentes electrónicos están 100% protegidos, ya sea dentro de los brazos de PVC o debajo del dosel de Lexan, lo que significa 1: nunca tendrás que reemplazar ningún componente electrónico y 2: tendrás el quadcopter de bricolaje más volador (sin juego de palabras:)) ¡alrededor! ¡Este instructivo le mostrará el proceso de creación de este quadcopter y cómo hacerlo usted mismo!

Paso 1: Introducción y diseño

Cuando era niño, me encantaba jugar con tuberías y conectores de PVC y usarlos para crear cualquier cosa que pudiera imaginar. Muchos años después, obtuve un pequeño dron para Navidad, que fue muy divertido, pero tenía una cámara de muy baja resolución y poco tiempo de vuelo. Quería comprar un dron más profesional, pero siendo solo un estudiante de segundo año en la escuela secundaria, no había forma de que pudiera pagarlo. Decidí diseñar mi propio quadcopter para que fuera lo suficientemente potente como para levantar una cámara decente, tener un tiempo de vuelo más razonable y, sobre todo, ser rentable. Debido a mi experiencia infantil con las tuberías de PVC, llegué a la conclusión de que podrían usarse para construir un marco de cuadricóptero simple y duradero. Comencé a hacer algunos bocetos y prototipos de marcos y finalmente terminé con los diseños anteriores.

Este marco usa PVC Schedule 21 de 1 "porque tiene paredes delgadas, lo que lo hace significativamente más liviano, pero igual de resistente que otros tubos del mismo tamaño, y con un diámetro de 1", es lo suficientemente ancho para que quepan algunos de los componentes electrónicos en el interior durante un período de tiempo. aspecto agradable y limpio. Poder proteger los componentes electrónicos en el interior del marco es un beneficio importante del diseño de este cuadricóptero, ya que me ahorra dinero e inconvenientes porque no tengo que reemplazar ninguna pieza rota en caso de accidente. Para las placas electrónicas y el toldo utilicé policarbonato Lexan debido a su resistencia, ligereza y transparencia para la estética. El diseño y la elección de materiales para este quadcopter se deben al hecho de que creo que los retoques pueden ser una forma de arte, y que la estética es tan importante como, e incluso complementa, la funcionalidad. Para mí, la apariencia de este quadcopter posee la combinación perfecta de simplicidad y complejidad. Tener la electrónica escondida en los brazos de PVC hace que el quadcopter parezca elegante y simple, pero dejar algo de cableado visible debajo del dosel lexan transparente enfatiza la verdadera complejidad de su diseño.

Ahora, sin más preámbulos, ¡comencemos a construir!

Todos los dibujos y diagramas fueron creados por mí, ya sea en papel o en Adobe Illustrator para iOS.

Paso 2: lo que necesitará

Esto es lo que usé para construir este quadcopter. Lo he dividido en las partes necesarias para el marco y el sistema eléctrico, así como las herramientas necesarias. Cuadro:

• Tubería de PVC cédula 21 de 1"
• Conector cruzado de PVC de 1"
• Hoja Lexan de 8 x 10"
• 6 x 32 tornillos de cabeza Phillips de 3 "x 4
• 6 x 32 tuercas de cúpula x 4
• Tuercas de seguridad de nailon M6 x 4
• Arandelas M6
• Tornillos M3
• Separadores de nailon de 1 "x 4
• Corbatas con cremallera
• Cinta de espuma de doble cara
• cinta adhesiva
• Tira de velcro y cuadrados de velcro adhesivos
• Acoplador de PVC de 4 "para tren de aterrizaje

Sistema de poder:

• Motores sin escobillas Aerosky 980kv x 4
• Hobbywing 20A ESC x 4
• Controlador de vuelo KK2.1.5
• Combo de transmisor y receptor Flysky FS-CT6B
• Batería lipo Turnigy Nanotech 2200 mAh 45-90c 3s
• Cargador de lipo Imax B6
• Alarma de voltaje de batería de lipo
• Hélices de vuelo lento Gemfan de 10”(obtén más de 4 porque romperás algunas)
• Alambre de silicona de calibre 10 y 12
• Conectores XT60 x al menos 5 pares
• Conectores de bala de 3,5 mm: al menos 12 pares
• cables de servo macho a macho - al menos 5
• Tubo termoretráctil
• Funda de alambre (opcional)
• Conector JST (opcional)

Instrumentos:

• Cortatubos de PVC
• Taladro eléctrico
• llave Allen
• Cortador / pelacables
• Soldador y soldadura
• Empuñadura de tornillo de banco
• Sierra
• Pistola de calor o estufa
• Equilibrador de hélice
• Pistola de pegamento
• Rotulador o rotulador

Paso 3: Ensamblaje del marco: Aplanamiento de los soportes del motor

Para el primer paso de la construcción del marco, necesitamos hacer un lugar para montar los motores. Aplané los extremos de la tubería para crear un área plana agradable para que los motores se monten en los brazos. Para los brazos, corté el tubo de PVC en cuatro segmentos de 8 1/2”. Luego marqué una línea alrededor de la tubería a 2”del extremo. Calenté la tubería sobre la estufa, sosteniendo solo el área de 2 que marqué sobre el quemador hasta que ese extremo se volvió suave y maleable. Mientras la tubería aún estaba caliente y suave, la aplané con una tabla de cortar alineando el borde de la Cortar la tabla con la línea Sharpie de antes y presionarla hasta que se enfríe y se vuelva rígida de nuevo. Repetí este proceso para los 3 brazos restantes.

Paso 4: Montaje del marco: placas Lexan

Para montar y proteger el controlador de vuelo y el receptor, así como mantener el marco unido, el quadcopter necesita un sistema de placas centrales. Hice cortar la hoja Lexan de 8 x 10 "en dos círculos con diámetros de 4 1/2" y 4 1/4 "para que fueran las placas inferior y superior, respectivamente. La placa inferior se utiliza como plataforma para montar el controlador de vuelo y receptor, y la placa superior es una cubierta para protegerlos. Cada una de las placas tiene 4 orificios perforados en forma de X para que los cuatro tornillos de 6 x 32 puedan pasar por los 4 brazos y por ambas placas para mantener todo unido. Las placas están separadas por separadores de nailon de 1 "por los que también pasan los tornillos de 6 x 32. Los tornillos están asegurados en la parte superior de la placa superior con tuercas de cúpula.

Paso 5: Montaje del marco: soportes del motor de perforación

Ahora que los soportes del motor están aplanados y las placas Lexan están instaladas, es hora de perforar los orificios para los tornillos del motor. Usé una cruz de montaje de motor que coincidía con el patrón de orificios de mis motores para marcar dónde deberían estar los orificios. Después de marcar los orificios con un marcador, perforé dos orificios de 19 mm uno frente al otro para los tornillos y 1 orificio grande entre ellos para dejar espacio libre al eje del motor.

Paso 6: hacer el tren de aterrizaje

Siempre es bueno tener algo en lo que aterrizar su quadcopter. Para el mío, hice un tren de aterrizaje con un acoplador de PVC de 4 ". Utilicé una sierra para cortar el acoplador en cuatro tiras de aproximadamente 3/4" de ancho, y luego puse estas tiras en una olla con agua hirviendo durante unos treinta segundos para ablandarlo. ellos. Los saqué y les di forma a mano en las patas de aterrizaje. Adjunté el tren de aterrizaje a los brazos del quadcopter con bridas. Hasta ahora, este tren de aterrizaje funciona extremadamente bien y es muy elástico, lo que ayuda a absorber los golpes durante los aterrizajes duros.

Paso 7: Sistema de energía: descripción general

Ahora que el marco está completo, pasamos al sistema de energía del cuadricóptero. El sistema de energía consta de los motores, controladores electrónicos de velocidad (ESC), mazo de cables, controlador de vuelo, transmisor, receptor y batería. Como se muestra en el diagrama anterior, los motores se conectan a los ESC, los ESC se conectan al mazo de cables y el mazo de cables se conecta a la batería. El transmisor (TX) envía una señal de forma inalámbrica al receptor (RX), que envía esa señal al controlador de vuelo a través de los cables servo macho a macho. El controlador de vuelo traduce esa señal y la envía a los ESC a través de los cables servo de los ESC. Los ESC luego convierten esa señal en pulsos eléctricos que fluyen a través de los cables de fase de los motores y hacen girar los motores. Ahora que sabemos cómo funciona todo, podemos comenzar con el sistema de energía.

Paso 8: Motores y ESC

Tenemos que preparar los motores y los ESC para que se conecten entre sí y con el mazo de cables. Soldé conectores bala macho de 3,5 mm a cada uno de los cables del motor para que pudieran enchufarse a los ESC y los sellé con termorretráctil. Hice una pequeña plantilla de soldadura perforando agujeros en una tabla de madera para sujetar los conectores de bala mientras soldaba. Adjunté los motores a los soportes del motor de los brazos con tornillos M3 y los atornillé con una llave Allen.

Dado que los ESC venían con conectores de bala hembra ya instalados, solo soldé conectores XT60 macho al extremo de la batería (cables rojo y negro) de cada ESC, para permitir que se conecte al mazo de cables.

Paso 9: Instalación del arnés de cables y la electrónica

Mazo de cables

Uno de los componentes eléctricos más importantes es el mazo de cables o el divisor de batería. Esto distribuye la energía de la batería a los cuatro ESC y motores. Para hacer el mazo de cables, soldé un juego (me refiero a un par de cables rojo y negro como un juego) de cable de calibre 10 a un conector XT60 macho y pele el otro extremo de los cables a aproximadamente media pulgada. Luego corté y pele cuatro juegos de cables de calibre 12 y los soldé al juego de cables de calibre 10. Soldé conectores hembra XT60 a los extremos de los cables de calibre 12 y aislé todo con termorretráctil. También agregué un conector JST al mazo de cables para un cable de alimentación adicional en caso de que quisiera agregar cualquier otro dispositivo electrónico como equipo FPV o luces LED en el futuro. Consejo: Cuando suelde un mazo de cables recuerde que los conectores hembra van en el extremo "caliente", o el lado del que saldrá la energía. Los conectores macho se utilizan en los extremos opuestos por donde fluirá la energía. Además, recuerde deslizar el termorretráctil sobre los cables antes de soldar los conectores XT60 en ellos. Si se olvida, es posible que deba desoldar el conector, deslizar el termocontraíble y volver a soldar el conector, lo que puede ser un verdadero dolor de cabeza. Créame, lo sé. Instalación electrónica Después de hacer el mazo de cables, enchufé los motores a los ESC, conecté los ESC al mazo de cables y puse los ESC y el mazo de cables dentro del marco de la tubería. También hice agujeros en los brazos para que salieran el enchufe de la batería del mazo de cables y los cables del servo del ESC. Para evitar que los ESC se sobrecalienten dentro del marco, perforé tres orificios en los brazos cerca de los soportes del motor para que actúen como conductos de ventilación para enfriar los ESC. El aire empujado hacia abajo por las hélices fluirá a través de los orificios hacia la tubería para enfriar los componentes electrónicos. También perforé un agujero debajo del soporte del motor para que sea un punto de entrada al interior de la tubería para que los cables de fase de los motores se conecten a los ESC.

Paso 10: Conexiones del controlador de vuelo y el receptor

Monté el controlador de vuelo y el receptor en la placa inferior de Lexan usando cinta de espuma de doble cara. La cinta de espuma funciona muy bien tanto para sujetar los componentes como para filtrar las vibraciones antes de que lleguen al controlador de vuelo. A continuación, conecté los cables del servo ESC al controlador de vuelo.

Para conectar los cables ESC al controlador de vuelo, tome el cable del servo de cada ESC y conéctelo a los pines correspondientes del controlador de vuelo. Por ejemplo, el motor delantero izquierdo es el Motor 1, por lo que el cable del servo ESC de ese motor se conectará al primer conjunto de pines en el lado derecho de la placa. El cable del servo ESC del Motor 2 se conectará al segundo conjunto de pines, el Motor 3 al tercero y el Motor 4 al cuarto. Hay 8 juegos de pines para cables de servo ESC en el controlador de vuelo KK2, pero debido a que este es un quadcopter con solo 4 motores y ESC, solo se usarán los primeros 4 juegos de pines.

Motor 1 = delantero izquierdo, Motor 2 = delantero derecho, Motor 3 = trasero derecho, Motor 4 = trasero izquierdo

A continuación, conecté los canales del receptor a los del controlador de vuelo. En el controlador de vuelo KK2, los pines del receptor están en el lado izquierdo del tablero y los pines del canal son alerón, elevador, acelerador, timón y auxiliar en ese orden, de adelante hacia atrás en el tablero. Conecté los canales correspondientes entre el controlador de vuelo y el receptor con cables servo macho a macho.

Consejo: Los pines más cercanos al interior de la placa de control de vuelo son los pines de señal, por lo que los cables blanco / amarillo deben conectarse a ellos.

Paso 11: Programación del controlador de vuelo

ASEGÚRESE DE HACER ESTE PASO SIN HÉLICES

Antes de volar, el controlador de vuelo debe programarse y calibrarse. Este es uno de los pasos más fáciles, pero potencialmente podría ser el más peligroso. Asegúrese siempre de que las hélices no estén instaladas antes de configurar el controlador de vuelo para evitar lesiones. En la placa KK2, lo primero que debe hacer es la prueba del receptor. Esto asegura que cada palanca del transmisor esté cambiando el valor correcto en el controlador de vuelo. Si encuentra que una entrada de palanca está haciendo una salida hacia atrás en el controlador (por ejemplo, la izquierda en la palanca de alerón aparece como una entrada de alerón derecho en el controlador de vuelo), puede invertir este canal en el transmisor.

A continuación, está eligiendo el diseño del motor. Vaya al menú principal del KK2 y seleccione "Load Motor Layout". Debido a que este dron tiene 4 motores, 2 en la parte delantera y 2 en la parte trasera, seleccione "Modo QuadroCopter X". El controlador de vuelo mostrará el diseño del motor y la dirección en la que deben girar. El motor 1 en la parte delantera izquierda debe girar en sentido horario, el motor 2 en sentido antihorario, el motor 3 en sentido horario y el motor 4 en sentido antihorario.

A continuación, calibre los ESC.

1. Desenchufe la batería y apague el transmisor
2. Empuje el acelerador completamente hacia arriba en el transmisor mientras está apagado.
3. Enciende el transmisor
4. Conecta la batería al quadcopter
5. Presione y mantenga presionados inmediatamente los botones 1 y 4 en la placa KK2
6. Una vez que la pantalla muestre "Throttle Passthrough", baje completamente el acelerador en el transmisor, mientras mantiene presionados los botones 1 y 4.
7. Los ESC emitirán un pitido indicando que los 4 ESC están calibrados.

A continuación, compruebe las direcciones de giro del motor. Para hacer esto, encienda y arme el quadcopter enchufando la batería, encendiendo el transmisor y llevando la palanca del acelerador a la esquina inferior derecha. La placa emitirá un pitido indicando que el quad está armado, lo que significa que los motores pueden girar libremente. Nuevamente, ASEGÚRESE DE QUE LAS HÉLICES ESTÁN APAGADAS. Suba el acelerador y observe en qué dirección giran los motores. Poner un trozo de cinta adhesiva en el costado de los motores puede ayudar con este paso. Los motores deben girar de acuerdo con el esquema de distribución del motor. Si un motor gira en la dirección incorrecta, simplemente desenchufe y cambie dos de los conectores de bala en los cables de fase del motor que se conectan a los ESC, y el giro del motor se invertirá.

Por último, calibre el acelerómetro de la placa.

1. Coloque el quadcopter sobre una superficie plana
2. Vaya al menú principal de la placa KK2 y seleccione "Calibración ACC"
3. presione continuar y deje que la placa se calibre sola

¡El controlador de vuelo ahora está calibrado y listo para volar!

Paso 12: Equilibrado de hélices

Ya casi terminamos, pero antes de instalar las hélices, es necesario equilibrarlas. Hay muchos beneficios para equilibrar las hélices, como una mayor longevidad del motor, un video "gelatinoso" o sin distorsiones, e incluso un quadcopter más silencioso. Debido a que muchos equilibradores de utilería son caros, decidí crear uno propio. Mi balanceador de accesorios consiste en un marco de madera, algunos imanes de neodimio y un "Balanceador de punta de dedo" que compré por un par de dólares en Amazon. El marco de madera tiene dos brazos de aproximadamente 6 "de alto que le permiten adaptarse a hélices de hasta 12". En los extremos de los brazos hay dos imanes de neodimio pegados en caliente al marco. El balanceador de accesorios de la punta del dedo encaja entre los imanes, solo tocando uno de ellos, pero se mantiene en su lugar por la fuerza magnética del otro, lo que resulta en un balanceador de accesorios extremadamente sensible y preciso.

Equilibrio de cuchillas

1. Sujete la hélice con el equilibrador de propulsión de la punta del dedo
2. Coloque el equilibrador de la yema del dedo y la hélice entre los dos imanes y coloque la hélice horizontalmente
3. Cualquiera que sea el lado de la hélice que cae es el lado pesado, por lo que se debe agregar cinta adhesiva a la cuchilla opuesta para equilibrarla.
4. Vuelva a colocar la cuchilla en posición horizontal y, si la cuchilla cae hacia un lado, retire o aplique la cinta correspondiente. La hélice podrá permanecer horizontal cuando las palas estén equilibradas.

Equilibrio del eje

1. Coloque la hélice verticalmente entre los dos imanes
2. El lado que cae es el lado pesado del cubo, y se debe agregar pegamento caliente al lado opuesto del cubo para equilibrarlo.

Si la hélice puede permanecer en cualquier posición en la que se coloque sin caer, entonces está correctamente equilibrada y lista para ser instalada.

Paso 13: Instalación de hélices

El último paso antes del vuelo es instalar las hélices. Usando el esquema de diseño del motor, instalé hélices en el sentido de las agujas del reloj en los motores que giran en el sentido de las agujas del reloj y viceversa. Las hélices en sentido horario tienen una "R" impresa junto al tamaño y el paso (es decir, 1045R), mientras que las hélices en sentido antihorario no. Puse dos hélices verdes en la parte delantera y dos blancas en la parte trasera para ayudarme a seguir la orientación del quadcopter.

En lugar de usar las campanas estándar que vienen con los motores para sostener las hélices (también puede tirarlas porque se desprenderán en vuelo y te harán chocar), aseguré mis hélices con contratuercas de nailon. Las contratuercas tienen un anillo de nailon especial dentro de ellas que asegura que las hélices nunca se salgan durante el vuelo. Para apretar las contratuercas utilicé un tornillo de banco. Debajo de las contratuercas instalé una arandela para ayudar a distribuir la presión de la tuerca en la hélice de manera más uniforme.

El marco está ensamblado, la electrónica está instalada, el controlador de vuelo está programado y las hélices están balanceadas y listas, por lo que solo queda una cosa por hacer. ¡Despegar!

Paso 14: Alarma de batería y voltaje

La batería se sostiene en la parte inferior del quadcopter con una tira de velcro, que se intercala entre la placa inferior Lexan y el conector cruzado de PVC.

La alarma de voltaje de la batería está unida al marco con un cuadrado adhesivo de velcro. Antes de despegar, enchufo el conector de equilibrio de la batería (conector blanco) a la alarma de voltaje de la batería. Una vez que el voltaje de la batería cae por debajo de los 10 V durante el vuelo, la alarma sonará y me indicará que aterrice.

Paso 15: ¡Alzar el vuelo

Si eres nuevo en volar, ¡no temas! Aquí hay una guía rápida sobre cómo despegar y más con su nuevo quadcopter.

1. Conecte la batería y la alarma de voltaje, y encienda su transmisor.
2. Arme su quadcopter llevando la palanca del acelerador (palanca izquierda en la mayoría de los transmisores) a la esquina inferior derecha.
3. Lentamente suba el acelerador hasta que el quadcopter esté a unos centímetros del suelo, luego aterrice de inmediato. ¡Felicidades! Has completado la prueba de salto.
4. Sigue saltando hasta que te sientas cómodo en el aire.
5. Salta más alto y permanece en el aire más y más tiempo cada vez.
6. Conozca también su autoridad de guiñada, cabeceo y balanceo mientras salta.
7. Practica mover el cuadricóptero hacia adelante, hacia atrás, hacia la izquierda y hacia la derecha mientras estás suspendido.
8. Una vez que haya dominado los movimientos básicos, practique el uso de la palanca de guiñada y controle los movimientos del timón.

Hagas lo que hagas, no presumas ni trates de hacer algo de lo que no estés seguro. Con el tiempo, sus controles se convertirán en una segunda naturaleza para usted, pero por ahora solo apéguese a lo básico para evitar fallas.

Paso 16: Conclusión

En conclusión, definitivamente puedo decir que logré mi objetivo de crear un quadcopter duradero y rentable con un tiempo de vuelo razonable. Esta construcción solo me costó alrededor de $ 300 (probablemente incluso menos sin tener que comprar piezas para la creación de prototipos), lo cual es extremadamente barato en comparación con la mayoría de los otros drones de este tamaño en el mercado. Con esta configuración puedo obtener alrededor de 11 minutos de tiempo de vuelo, lo cual es una gran mejora con respecto al tiempo de vuelo de mi dron anterior. El marco también resultó ser extremadamente robusto y ha soportado innumerables choques, algunos casi a toda velocidad contra el costado de mi casa o directamente contra el suelo después de intentar un giro, y el único daño ha sido un par de hélices rotas. Para fotos aéreas y video, este quadcopter puede llevar fácilmente una cámara de video, que cuelga de la bandeja de mi cámara hecha por una tarjeta de biblioteca con un soporte de cámara pegado a ella. Este quadcopter me permitió tomar las fotos que se muestran arriba.

No tuve muchos problemas importantes ni cometí grandes errores durante este proyecto, ya que prácticamente se me ocurrió un diseño y seguí mejorando hasta que se volvió lo mejor que pude. Sin embargo, aprendí algunas cosas que me gustaría compartir con ustedes para ayudarlos a evitar posibles problemas en el futuro.

1. No busques las cosas más baratas que puedas encontrar

El dicho "obtienes lo que pagas" realmente me viene a la mente en este momento. No compre las cosas más baratas posibles porque todo lo que hará es hacer que gaste más dinero más adelante. Por ejemplo, comencé con un soldador súper barato de $ 8,99 pensando que me ahorraría dinero, solo para tener que comprar un soldador nuevo y más caro más tarde cuando el barato dejó de funcionar.

2. No seas perfeccionista

Si bien puede parecer que ser absolutamente perfecto es esencial para construir un buen quadcopter, créame en este caso, todo lo que el perfeccionismo hará es hacer que gaste dinero extra, se tome más tiempo para terminar su construcción y le genere un estrés innecesario. Por supuesto, ser absolutamente exacto y perfecto con todo está bien, pero los cuadricópteros son lo suficientemente inteligentes como para volar perfectamente bien incluso si tu construcción es "suficientemente buena".

3. No te apresures

Construir un quadcopter es algo muy emocionante, pero asegúrese de no emocionarse demasiado y saltar demasiado pronto. Primero planifique minuciosamente su construcción, para que no termine comprando una tonelada de piezas que quizás ni siquiera necesite a largo plazo. (a menos que esté creando un prototipo, sin embargo, en el que la compra de piezas que no utilizará en el producto final es inevitable)

4. Aguanta

Construir un dron desde cero es definitivamente una tarea desalentadora y, en ocasiones, es posible que desee simplemente darse por vencido, pero, por favor, no lo haga. Investiga, pide ayuda en línea si estás confundido, tómate un descanso, pero hagas lo que hagas, no te rindas, porque no hay nada más gratificante que ver algo que construiste flotando ante tus ojos.

¡Gracias por leer

Realmente aprecio que hayas pasado a leer este Instructable, y espero que te haya inspirado a construir este dron, ¡o incluso a diseñar el tuyo propio! Si tiene alguna pregunta, no dude en preguntarme en los comentarios a continuación.

¡Feliz vuelo!

Primer premio en el Concurso de Drones 2016