Instrumentación de un cuadricóptero para la toma de fotografías aéreas.

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE
ZACAPOAXTLA
INGENIERÍA INFORMÁTICA
Instrumentación de un cuadricoptero para la
toma de fotograf´ıas aéreas
MATERIA:
Taller de Investigación II
ALUMNOS:
Carlos Vicente Pedro
Oxtocapan Mora Hugo
NÚMERO DE CONTROL:
14ZP0035
16ZP0807
ASESOR METODOLÓGICO:
MSC. LOURDES BECERRA GARCÍA
Zacapoaxtla Puebla Diciembre 2019

Resumen
13 de diciembre de 2019
Proyecto de implementación de un VANT (Veh´ıculo Aéreo No Tripulado
(Drone)) para toma de fotograf´ıas aéreas, destinado para el uso en la investiga-
ción en general.
Se ha estudiado las ventajas e inconvenientes de cada tipo de multirotor
existente en el mercado, analizando la configuración de rotores y estructuras
que presentan, tomándolo como base para el desarrollo del tipo de multirotor
optimo capaz de satisfacer los requisitos de diseño propuesto para su uso en
proyectos de investigación. El diseño del multirotor óptimo para su uso en la
toma de fotograf´ıas aéreas es un cuadricóptero, el cual cuenta con 4 rotores en
un diseño en X.
Palabra(s) Clave: Dron, Drone, UAV, Veh´ıculo Aéreo No Tripulado
Abstract
Project for the implementation of a VANT (Unmanned Aerial Vehicle (Dro-
ne)) for aerial photography, intended for use in general research.
The advantages and disadvantages of each type of multirotor existing in the
market have been studied, analyzing the configuration of rotors and structures
that they present, taking it as the basis for the development of the type of op-
timal multirotor capable of satisfying the design requirements proposed for use
in research projects The optimal multirotor design for use in aerial photography
is a quadcopter, which has 4 rotors in an X design.
Keyword (s): Drone, Drone, UAV, Unmanned Aerial Vehicle.

Índice
Resumen I
Abstract II
Introducción IX
1. CAPITULO 1. Propósito y Organización XI
1.1. Plantamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XI
1.2. Proposito de la investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XI
1.3. Objetivo General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XI
1.4. Objetivos Espec´ıficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XI
1.5. Justificación de la investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . . XII
1.6. Alcances y Limitaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XII
2. Capitulo II. Marco Teórico XVI
2.1. Tipos de Drones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVI
2.1.1. Según su uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVI
2.1.2. Drone Militares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVII
2.1.3. Drones Civiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVII
2.1.4. Según sus alas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVIII
2.1.5. Ventajas e inconvenientes de los sistemas de ala fija y ala
móvil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XX
2.1.6. Según el método de control . . . . . . . . . . . . . . . . . XXII
2.1.7. Modo manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXII
2.1.8. Modo aislado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXIII
2.1.9. Modo automático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXIII
2.1.10. Modo autónomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXIII
2.2. Partes de un Drone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXV
2.2.1. Marco (Frame) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXV
2.2.2. Bater´ıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXV
2.2.3. Motores y Helices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXIX
III

2.2.4. Radio receptor (mando) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXXV
2.2.5. Sistema de Posicionamiento Global “GPS . . . . . . . . . XXXVII
2.2.6. Controlador de vuelo/ placa controladora . . . . . . . . . XXXVIII
2.2.7. Controlador de velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXXIX
2.2.8. Brújula magnética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLI
2.2.9. Barómetro/ Alt´ımetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLII
2.2.10. Giroscopio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLIII
2.2.11. Estabilizador de vuelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLIV
2.2.12. Radar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLVI
2.2.13. Acelerómetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLVII
3. CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA XLVIII
3.1. Alcances y enfoque de la investigación . . . . . . . . . . . . . . . XLVIII
3.1.1. Alcance de la investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . XLVIII
3.1.2. Enfoque de la investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . XLVIII
3.2. Hipotesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLVIII
3.3. Diseño de la investigación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLVIII
3.4. Selección de la muestra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLIX
3.5. Recolección de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLIX
3.6. Análisis de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XLIX
3.6.1. ¿Ha utilizado usted un DRONE? . . . . . . . . . . . . . . L
3.6.2. ¿Si tubiera la oportunidad de utilizar un DRONE, para
que fin lo har´ıa? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LI
3.6.3. ¿Indique cuál es su sector de actividad o de interés para
el uso del DRONE? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LII
3.6.4. Para adquirir un DRONE, usted preferiria: . . . . . . . . LIII
3.6.5. ¿Estar´ıa dispuesto a comprar un DRONE completamente
personalizado según sus necesidades? . . . . . . . . . . . . LIV
3.6.6. ¿Para usted que tan importante es adecuar un DRONE a
sus necesidades especificas? . . . . . . . . . . . . . . . . . LV
IV

4. Conclusiones LVI
4.0.1. Recomendaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LVII
Referencias LVIII
Anexos LX
5. Montaje de un Multirrotor LX
5.0.1. Montaje de los motores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LX
5.0.2. Emparejamiento del emisor y el receptor de radio . . . . . LXI
5.0.3. Instalación de los ESCs (Variadores de voltaje) . . . . . . LXI
5.0.4. Instalación electrónica (controladora (APM) y receptor de
radio) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LXIII
6. Configuración del autopiloto APM LXXII
6.0.1. Selección del tipo de chasis . . . . . . . . . . . . . . . . . LXXIII
6.0.2. Calibración de la brújula . . . . . . . . . . . . . . . . . . LXXIII
6.0.3. Calibración de los acelerómetros . . . . . . . . . . . . . . LXXV
6.0.4. Calibración de radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LXXVII
6.0.5. Calibración ESC(Variadores de Voltaje) . . . . . . . . . . LXXXI
Encuesta LXXXV
V

Índice de figuras
1. Abeja Macho. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X
2. Marco (Frame). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXVI
3. Bateria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXIX
4. Esquema Motor Brushless . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXXI
5. Motor Brushless . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXXIV
6. Helices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXXV
7. Mando . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXXVI
8. GPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXXVIII
9. Placa HKPilot Mega 2.7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXXIX
10. Controlador de velocidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XL
11. Resultados de la primer pregunta . . . . . . . . . . . . . . . . . . L
12. Resultados de la segunda pregunta . . . . . . . . . . . . . . . . . LI
13. Resultados de la tercer pregunta . . . . . . . . . . . . . . . . . . LII
14. Resultados de la cuarta pregunta . . . . . . . . . . . . . . . . . . LIII
15. Resultados de la quinta pregunta . . . . . . . . . . . . . . . . . . LIV
16. Resultados de la sexta pregunta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LV
17. Fijación de los motores al chasis . . . . . . . . . . . . . . . . . . LX
18. Instalación de un regulador en un brazo del chasis . . . . . . . . LXII
19. Instalación de un regulador y sus cables hacia el motor . . . . . . LXIII
20. Jumpers tipo servo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LXIV
21. Detalle del zócalo de entradas de la APM . . . . . . . . . . . . . LXV
22. Conexiones entre el receptor y la placa APM ya colocado . . . . LXVI
23. Conexiones entre reguladores y APM . . . . . . . . . . . . . . . . LXVI
24. Sentidos de giro de los motores, según configuración . . . . . . . LXVII
25. Ubicación de la conexión USB en la APM . . . . . . . . . . . . . LXIX
26. Selección de puerto COM y “baudrate” en Mission Planner . . . LXIX
27. Pantalla de selección de firmware en Mission Planner . . . . . . . LXX
28. Botones “Connect” y “Disconnect” de Mission Planner . . . . . . LXXI
29. selección de tipo de chasis en MissionPlanner . . . . . . . . . . . LXXIII
VI

30. Configuración de la brújula en Mission Planner . . . . . . . . . . LXXIV
31. Posiciones de calibración de brújula . . . . . . . . . . . . . . . . . LXXV
32. Posiciones de calibración de los acelerómetros . . . . . . . . . . . LXXV
33. Calibración de acelerómetros en MissionPlanner . . . . . . . . . . LXXVI
34. Mensaje de calibración exitosa en MissionPlanner . . . . . . . . . LXXVII
35. Calibración de radio en MissionPlanner (1) . . . . . . . . . . . . LXXIX
36. Calibración de radio en MissionPlanner (2) . . . . . . . . . . . . LXXX
37. Calibración de radio en MissionPlanner (3) . . . . . . . . . . . . LXXXI
38. Modulación PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LXXXII
39. Encuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LXXXV
VII

´Indice de cuadros
1. Caracter´ısticas de varias naves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIX
VIII

Introducción
En este proyecto se realiza la construcción de un veh´ıculo aéreo
no tripulado o bien un drone el cual será utilizado para tomar fo-
tograf´ıas aéreas para proyectos de investigación en el Instituto Tec-
nológico Superior de Zacapoaxtla.
Este proyecto establece la investigación de los distintos tipos y usos
que existen de los VANT para la creación de una propuesta tec-
nológica en el uso de proyectos de investigación en general.
El objetivo de este proyecto es el implementar un VANT para la
toma de fotograf´ıas aéreas, de tipo multirotor para el uso en la in-
vestigación en general.
La tecnolog´ıa de las aeronaves no tripuladas (UAVs, Drones, VANT,
etc) no es nueva, ni los riesgos a esta son novedosas.
La terminolog´ıa “DRONE” proviene del inglés, y su significado ori-
ginal es “ZÁNGANO” o “ABEJA MACHO”. También la expresión
drone denomina el zumbido de estos insectos.
El término dron remplaza de forma coloquial a las iniciales “UAV”.
Los “UAVs” (Unmaned Aerial Vehicle). Se definen como veh´ıculo sin
tripulación, reutilizable, capaz de mantener un nivel de vuelo contro-
lado, sostenido y propulsado por motores de propulsión. Los misiles
de crucero no son considerados UAVs ya que no son reutilizables.
En España han adquirido el nombre de “VANTs”. Veh´ıculo Aéreo
No Tripulado traducción del inglés de “UAV”.
IX

Figura 1: Abeja Macho.
El primer proyecto de dron, un avión no tripulado, fue llevado
a cabo por Archibald Low en 1916, a partir de entonces diversos
prototipos han sido realizados.
Los drones están compuestos de materiales ligeros para reducir peso
y aumentar la capacidad de maniobra en el aire, además, la resis-
tencia del material permite al dron alcanzar altitudes muy elevadas.
Generalmente están equipados con sistema de posicionamiento glo-
bal (GPS), cámaras de fotograf´ıa de alta resolución y en unos casos
los de tipo militar con cámaras de infrarrojo de última generación,
pueden ser manejados desde tierra o v´ıa satelital según su uso.
X

1. CAPITULO 1. Propósito y Organización
1.1. Plantamiento del problema
En el Instituto Tecnológico Superior de Zacapoaxtla no cuenta
con herramientas de monitoreo aéreo para proyectos de investigación
en general.
1.2. Proposito de la investigación
Implementar, desarrollar herramientas de monitoreo aéreo para la
toma de fotograf´ıas aéreas y monitoreo para proyectos de investiga-
ción en general en el Instituto Tecnológico Superior de Zacapoaxtla.
1.3. Objetivo General
• Instrumentar, programar cuadricoptero para la toma de foto-
graf´ıas aéreas en proyectos de investigación.
1.4. Objetivos Espec´ıficos
• La aéreo nave deberá ajustarse a un presupuesto de bajo coste
a comparación de los drones ya existentes en el mercado, de iguales
caracter´ısticas y funcionamiento en vuelo.
• Capacidad de transporte adicional a su peso neto.
• Capacidad de mantenerse en una posición estable suspendido
sin oscilaciónes en pleno vuelo
• Capacidad de manejabilidad y agilidad de precisión en vuelo.
• Fácil transporte.
• Deberá tener una rutina de aterrizaje automático en caso de
fallo de un propulsor.
XI

• Los materiales deberán ser resistentes a colisiones.
• Fácil manipulación, mantenimiento y remplazo de componen-
tes del multirotor.
1.5. Justificación de la investigación
Los drones comerciales diseñados para la toma de fotograf´ıas
aéreas son de un coste elevado por lo cual en este proyecto se pre-
tende implementar un cuadricoptero con las mismas caracter´ısticas,
pero con un coste menor a uno ya existente en el mercado.
1.6. Alcances y Limitaciones
Los veh´ıculos aéreos no tripulados también denominados drones,
utiliza un sistema de control de manera remota a través de una tec-
nolog´ıa inalámbrica que puede ser de radiofrecuencia o también de
sistema WiFi, basados en tecnolog´ıa Android. En donde un operador
controla la aeronave mediante un interfaz, interpreta la información
disponible e interaccionan entre ellos mediante una comunicación
desde una plataforma (Soto, 2012).
Dicho autor indica que los drones finalmente tienen tres caracter´ısti-
cas especiales:
1. El veh´ıculo aéreo no es completamente autónomo, tomando en
cuenta que los estudios tecnológicos, no reportan aun soluciones
XII

a la navegación autónoma de los drones.
2. El veh´ıculo aéreo no tiene conocimiento del ambiente que le ro-
dea, lo que significa que los drones, aún no tienen la capacidad
de procesar la información que capturan del ambiente que le
rodea, tomando en cuenta que toda la información que genera,
necesariamente es enviada a la base de control para su interpre-
tación, y depende de la base de control en tierra, lo que debe
continuar haciendo.
3. El usuario usa necesariamente una interfaz para controlarlo, lo
que indica que la interacción responde a las facilidades que po-
see el usuario de interpretar y reaccionar con el control durante
la manipulación remota, tomando en cuenta que es el piloto
quien toma las decisiones durante el tiempo de vuelo.
En la actualidad, existen drones que están siendo utilizados para
el comercio interno, es decir, lo utilizan las empresas para entrega
de productos a domicilio en la áreas urbanas en algunos pa´ıses de
Latinoamérica; as´ı como los que también sirven para realizar entre-
ga de pedidos de comida rápida, como también de medicamentos a
domicilio.
También la tecnolog´ıa VANT más conocidos como drones, son
utilizados para el reconocimiento de áreas peligrosas para la prácti-
ca de rescate. Incluso se está aplicando en campos de cultivo para
verificar el avance de los trabajos, el crecimiento y maduración de
los frutos del cultivo.
XIII

Hugo Vaninetti (2015) señala algunos de sus usos o las áreas en
las que se emplean los drones:
• Seguridad y vigilancia de cuerpos policiales en contra de la
delincuencia.
• En actividades de bomberos, en las cuales, les ayudar´ıan en
labores de rescate, control de incendios, etc.
• Inspección de infraestructuras, es decir, como se observa cada
aspecto de la arquitectura, electricidad, y demás elementos de una
construcción adecuada.
• En la meteorolog´ıa con los sensores térmicos y otras herramien-
tas.
• También en la biolog´ıa y ciencias afines como la medicina en
donde se puede observar los fenómenos, por ejemplo, de la migración
de aves, o verificar un campo de aislamiento o cuarentena sin tener
el contacto directo con los pacientes.
• En la agricultura para ver la humedad, controlar las plagas,
estudiar los cultivos y las tierras.
• En el cine o medios de comunicación, por ejemplo, para obtener
tomas cinematográficas únicas desde el aire, o el caso de utilizarlo
para difundir imágenes de noticias.
• En el delito; utilizado para que sirva de medio de productos
il´ıcitos como la droga.
• En el ocio y la recreación; por el uso de disfrutar de mejores
imágenes o el mero hecho de volar un objeto.
• En fines il´ıcitos que violentan derechos como el derecho a la
XIV

intimidad para espiar personas y utilizar la información de manera
inadecuada..
• Ámbito comercial: que fue el intento de Amazon en cierto tiem-
po de enviar encomiendas y pedidos; as´ı como se entender´ıa el co-
mercial como todo aquel que tenga por fin un negocio.
Por otra parte, según (Dom´ınguez Ruiz, 2013, pp. 3–4) la Unión
Europea en su afán de generar oportunidades a la competitividad
industrial, y ayuda al esp´ıritu empresarial ha establecido como ne-
gocios los siguientes:
• Inspección de infraestructuras
• Investigación atmosférica
• Topograf´ıa
• Gestión de riesgos y desastres naturales
• Monitorización de sistemas de energ´ıa eólica
• Filmación de pel´ıculas
• Fotograf´ıa deportiva
• Control medioambiental
• Medios de comunicación y entretenimiento
• Cultivos de precisión
• Caza y control de caza
• Localización de bancos de pesca
• Investigación de la vida salvaje
• Ayuda ante incendios y desastres naturales
• Asistencia a barcos civiles para defenderse de los ataques piratas
XV

• Seguridad y defensa.
No se tiene un consenso aún sobre qué está dentro del uso civil
de drones, pero estos en apariencia resultan ser los mismos que los
comerciales por lo que se podr´ıa entender los siguientes:
• Ocio
• Recreación
• Deporte
• Filmograf´ıa personal
• Fotograf´ıa personal y familiar (incluyendo consentimiento de
amigos o demás personas)
• Usos domésticos como: ver objetos o estado de la propiedad,
ayudar con tareas propias de un hogar, etc (Quimbita 2015).
2. Capitulo II. Marco Teórico
2.1. Tipos de Drones
2.1.1. Según su uso
Los drones se pueden clasificar en dos claras divisiones en función
de su uso, como son los drones militares y los civiles.
XVI

2.1.2. Drone Militares
Los veh´ıculos no tripulados de combate aéreo (UCAV) o drones
de combate, son un tipo de drones exclusivamente utilizado para
aplicaciones militares.
No se debe caer en el error de pensar que todos los UCAV van
equipados con armamento, puesto que como se vio en la historia
anteriormente descrita, estos se utilizan además de para el ataque
y defesa, para misiones de reconocimiento, seguridad de fuerzas te-
rrestres, como blanco aéreo, entre otros, y por tanto cada aeronave
irá equipada con una tecnolog´ıa especifica en función de su uso.
En la actualidad, existen más de 30 pa´ıses que reconocen utili-
zar de manera asidua este tipo de tecnolog´ıa. Su éxito radica en la
gran precisión que han sido capaces de desarrollar, el menor coste
del habitáculo, al no tener que transportar a un piloto, pudiendo
llevar más carga útil, además del hecho de no tener que lamentar la
pérdida del piloto en caso de que la aeronave sea abatida. Por todo
ello los ejércitos están desarrollando UCAV, que podr´ıan reempla-
zar en corto o medio plazo a los aviones tripulados de combate aéreo.
2.1.3. Drones Civiles
Los veh´ıculos aéreos no tripulados, son aquellos que no se uti-
lizan para fines militares, en la actualidad representan menos del
15 % total del mercado, debido a la gran acogida que han tenido
XVII

entre particulares y empresas, además de las múltiples aplicaciones
y tecnolog´ıas que se están desarrollando, se espera que en los próxi-
mos años, se igualen ambos tipos en producción.
Se debe diferenciar entre veh´ıculos dedicados a un uso comercial,
que por regla general suponen una notable inversión, ya que necesi-
tan unas caracter´ısticas acordes a las expectativas depositadas sobre
ellos, y estas deben de ser capaces de dar un servicio profesional a
empresas y autónomos, o los drones dedicados a los aficionados, la
variedad de caracter´ısticas existentes en el mercado hacen que por
precios muy asequibles, se puedan conseguir estos dispositivos. En
el mercado de las app existen varias aplicaciones destinadas al ocio,
como el Drone Ace, que ofrece la posibilidad de grabar videos o
capturar fotos con patrones de vuelos preprogramados o el Airdoog
capaz de grabar al usuario mientras está realizando alguna actividad
f´ısica o recreativa.
2.1.4. Según sus alas
Otra de las posibles clasificaciones de los VANT es en función de
sus alas, distinguiendo as´ı entre fijas y móviles o rotatorias.
Fijas
Poseen alas adosadas en los laterales de la aeronave, las cuales no
poseen movimiento propio, son accionadas por motores a los que se
les incorporan unas hélices situadas en un plano horizontal al suelo.
Móviles o rotóricas
XVIII

Caracter´ısticas Helicópteros Alas fijas Dirigibles Multirrotores
Capacidad de vuelo estacionario 3 0 4 3
Capacidad de desplazamiento 3 4 1 2
Maniobrabilidad 3 1 1 4
Autonom´ıa de vuelo 2 3 4 2
Resistencia al vuelo 2 4 1 2
Estabilidad 1 3 4 2
Capacidad de vuelos verticales 4 1 2 4
Capacidad de carga 3 4 1 2
Capacidad de vuelos interiores 2 1 3 4
Techo de vuelo 2 4 3 1
0 = Nulo, 1 = Malo, 2 = Medio, 3 = Bueno, 4 = Muy Bueno
Cuadro 1: Caracter´ısticas de varias naves
Poseen hélices giratorias, generalmente suelen ser cuadricópteros
(cuatro motores con hélice), situados en un eje vertical al suelo, los
cuales giran dos motores siguiendo el sentido horario de las agujas
del reloj y los otros dos en sentido antihorario, creando as´ı la fuerza
de empuje necesaria para mover al dron hacia arriba o hacia abajo.
Estos pueden ser de 6, 8 o más hélices, teniendo la consideración de
que cuente con un número par de rotores, para garantizar la estabili-
dad de la aeronave. Excepto en el caso de los helicópteros que basta
con una hélice superior, que es la encargada de subir y bajar además
del desplazamiento, y una inferior situada en la parte trasera, que
es la encargada del movimiento giratorio.
Dependiendo de las aplicaciones y de las prestaciones que se
deseen, cada aeronave sirve para una cosa u otra, en la siguiente
tabla se recogen algunas de sus caracter´ısticas.
XIX

2.1.5. Ventajas e inconvenientes de los sistemas de ala fija y ala
móvil
Normalmente los RPAS destinados a un uso civil son multirrotores,
esto se debe a que este tipo de aeronaves son muy adecuadas para
la toma de imágenes y videos, en el sector audiovisual, que según
las estimaciones de la Asociación Española de RPAS (AERPAS),
constituyen alrededor del 90 % de la actividad. Este dato no hay
que centrarlo solamente en España, puesto que en los demás pa´ıses
europeos este porcentaje no difiere demasiado.
Las principales ventajas que se pueden obtener de la utilización
de un multirrotor son las siguientes:
• El despegue y el aterrizaje se realizan en vertical, reduciendo
el espacio en tierra para su operación, mientras que las aeronaves
de reducida dimensión de ala fija necesitan catapultas mecánicas o
humanas de lanzamiento y paraca´ıdas para su aterrizaje.
• Posibilidad de volar en un punto fijo, es decir, mantenerse en
una determinada posición en el aire sin moverse, o a una velocidad
muy baja, resulta muy adecuado para aplicaciones de inspección o
toma de imágenes y videos.
• Mayor precisión y maniobrabilidad del vuelo, los multirrotores
tienen la capacidad de rotar sobre su eje o de maniobrar acercándo-
se de manera cr´ıtica a un objetivo, pudiendo realizar casi cualquier
XX

movimiento facilitando la captación de imágenes, mientras que los
de ala fija siguen trayectorias curvil´ıneas, con radios de giro amplios,
y con velocidades de ascenso y descenso bastante estrictas.
• Su diseño les permite transportar mayor carga de pago, en re-
lación con su propio tamaño.
Las principales ventajas de las aeronaves de ala fija son las si-
guientes:
• Su diseño les permite transportar mayor carga de pago, en re-
lación con su propio tamaño.
• Son mucho más eficientes que los multirrotores, lo que les per-
mite a igualdad de tamaño, una mayor autonom´ıa. La sustentación
de las alas permite un menor gasto energético, prolongando as´ı la
duración de las bater´ıas y por la tanto la duración del vuelo.
• Pueden adquirir mayor velocidad, lo que combinado con la ma-
yor eficiencia se transmite en una mayor distancia a cubrir o un área
mucho mayor.
• Tienen una huella sonora sensiblemente menor, por lo que son
más dif´ıciles de detectar acústicamente.
• Tienen una mayor resistencia a la temperatura, viento y lluvia.
XXI

Por las razones vistas anteriormente, se explica por qué los multi-
rrotores copan el mercado civil, sin embargo a medida que la tecno-
log´ıa se desarrolle, se realicen aplicaciones a mayor altura y distancia
y las leyes sean propicias para su utilización, los sistemas de ala fi-
ja aumentarán su número, al igual que pasa en el caso militar (ver
Madrid).
2.1.6. Según el método de control
Solo existen 4 métodos de operación en cuanto a la forma de pi-
lotar una aeronave de manera remota, a veces existen otros méto-
dos, si bien son combinación de estas y no añaden ninguna nueva
caracter´ıstica. También hay que considerar que el grado de automa-
tización va en aumento conforme disminuye la dependencia de la
aeronave con el piloto.
2.1.7. Modo manual
En este modo, el piloto remoto es el único responsable del mo-
vimiento de la aeronave, éste actúa sobre la emisora radiocontrol,
añadiendo mayor o menor potencia a los motores, controlando los
diferentes sensores y dispositivos o dirigiendo hacia el lado que desee
el VANT, dentro del radio de radiofrecuencia. Los drones que ope-
ran con este modo suelen ser drones bajos de gama, generalmente
su coste es reducido en comparación con el resto de modos.
XXII

2.1.8. Modo aislado
El funcionamiento es similar al modo manual, con la diferencia
de que el piloto remoto no actúa sobre la potencia de los motores,
ni dirige la dirección, sino que este indica sus intenciones de opera-
ción a un puesto de radiocontrol, para que actué un autopiloto, que
transforma las órdenes recibidas en actuaciones sobre las superficies
de control de dirección y de potencia.
2.1.9. Modo automático
El plan de vuelo es establecido previamente por el piloto remo-
to, es decir, el piloto realiza un recorrido punto a punto previo al
vuelo, por los que debe pasar la aeronave. El dron cuenta con un
autopiloto que ejecuta paso a paso el plan previsto, realizando de
forma automática las acciones requeridas en cada momento. Con la
salvedad de que el operador tiene la posibilidad de tomar el control
en todo momento, pudiendo modificar alguno de los puntos o todo el
recorrido durante el vuelo, para poder efectuar maniobras concretas.
Este modo permite al piloto remoto cambiar en cualquier instante
a cualquier modo de los anteriormente citados.
2.1.10. Modo autónomo
Es parecido al modo anterior, a la hora de establecer un modelo
predeterminado de vuelo, con la salvedad de que una vez iniciado el
vuelo la aeronave realiza de forma autónoma todo el plan de vuelo,
XXIII

sin requerir la operación del piloto remoto, incluso si se produje-
ra una situación de emergencia. Este modo es el que más ventajas
ofrece, puesto que se está trabajando en la posibilidad de eliminar
la opción de introducir una ruta predeterminada, as´ı la aeronave
podrá realizar una misión completa sin la ayuda de un piloto, esto
se lograr´ıa a través de reconocimiento óptico o con la utilización de
ultrasonidos, as´ı se podr´ıa desplazar a un cierto punto, evitando los
posibles obstáculos que se pudiera encontrar (ver Madrid).
En general un RPAS puede funcionar únicamente en uno de los
tres primeros métodos de control, estando restringido el último a
situaciones muy concretas como la vuelta a casa o la perdida de
comunicación entre el radiorreceptor y la aeronave.
Los dos primeros modos, requieren que la aeronave siempre se
encuentre visible por el piloto, o que a través de la cámara mande la
suficiente información para que el piloto sepa en cada momento las
condiciones en las que está volando, para poder tomar las decisiones
adecuadas.
En actividades civiles, aeronaves de ala fija suelen operarse en
modo manual o aislado, mientras que los multirrotores, se suelen
operar en modo manual o automático, esto es debido a los mayores
problemas de equilibrio y de ejecución de las maniobras realizadas
por el piloto que se tiene en las naves de ala fija.
XXIV

La principal ventaja que se puede obtener con la utilización del
modo automático es la posibilidad de utilizar pilotos de menor ca-
pacidad y por tanto, de reducir el coste de operación, sin embargo
se incrementar´ıa el precio de la aeronave, pues habr´ıa que dotarla
de sistemas más costosos (ver Madrid).
2.2. Partes de un Drone
2.2.1. Marco (Frame)
Esqueleto del multirrotor. Es la estructura que le da forma, en ella se
instalan y aseguran los demás sensores y elementos. Generalmente
esta estructura está fabricada con aleaciones metálicas para dismi-
nuir su peso, aunque dependiendo del modelo se puede encontrar
fabricado en plástico o fibras de vidrio. Entre sus caracter´ısticas
principales debe estar la robustez y la flexibilidad, para intentar
conseguir una mayor resistencia a los golpes o al viento, sin descui-
dar la ligereza del marco.
2.2.2. Bater´ıa
Es la encargada de aportar la energ´ıa necesaria al sistema para
su funcionamiento. Las bater´ıas más usadas son las de litio (Lipo)
puesto que ofrecen una excelente relación entre capacidad, peso,
XXV

Figura 2: Marco (Frame).
volumen y tensión. Estas ofrecen una serie de caracter´ısticas que
hay que tener en cuenta, como son:
Tensión nominal o celdas: las bater´ıas de Lipo están formadas
por celdas de 3.7v. En radio control se suelen utilizar bater´ıas desde
1 celda hasta 8 aunque pueden ser más, en función del modelo en el
que van a ser instaladas.
Las celdas están instaladas en serie puesto que as´ı se suman las
tensiones de todas ellas, identificándose con la letra S. Por lo tan-
to una bater´ıa 5S, nos indica que consta de 5 celdas conectadas en
serie, la cual produce una tensión nominal de 18,5v (5 elementos *
3.7v = 18,5v) se debe tener en cuenta esta tensión puesto que la
XXVI

placa controladora instalada en el dron tendrá unas especificaciones
máximas y m´ınimas, por lo tanto una sobretensión o una subtensión
podr´ıan dañar el variador. Esta tensión es importante puesto que los
motores instalados en el dron giran con una cantidad determinada
de revoluciones por minuto en función de la tensión que produce la
bater´ıa. En las especificaciones de los motores aparece un número
medido en kilovatios (KW), si se multiplica dicho número por la ten-
sión, se obtiene el número de revoluciones por minuto que es capaz
de realizar el motor.
Capacidad de una bater´ıa de Lipo: Las bater´ıas se conectan unas
con otras en paralelo, por lo que la capacidad total es la suma de
las capacidades individuales, es decir si se conectan 3 bater´ıas en
serie de 2.000mAh se obtienen 6.000mAh (3baterias * 2.000mAh =
6.000mAh).
Aunque no hay que caer en el error de pensar que cuanta más ca-
pacidad más autonom´ıa, puesto que también influyen otras variables
como son el peso, la eficiencia de motores. . . Si se añaden bater´ıas
en serie el peso también aumentará disminuyendo el tiempo de vuelo.
Por internet se encuentran diferentes simuladores como el que se
puede ver en http://www.ecalc.ch/ que proporciona estimaciones de
vuelo dependiendo de la capacidad de carga.
Descarga de una bater´ıa Lipo: los motores tienen un consumo en
XXVII

función de la potencia que desarrollan, por tanto se tiene que tener
en cuenta la intensidad de descarga especificada por el fabricante
de la bater´ıa. Esta viene detallada por una referencia de descarga
máxima que consta de un número seguido de la letra “C” donde C
es la intensidad de la bater´ıa. Para saber la intensidad de descarga
basta con multiplicar los miliamperios por el número de delante de
la C. Siguiendo con el ejemplo, si la bater´ıa tiene una capacidad
de 6.000mAh y el fabricante especifica que la referencia de descarga
máxima es 25C, la descarga máxima a la que se puede someter es-
ta bater´ıa es 150Ah (6.000 * 25 = 150.000mAh) es decir, se puede
montar un modelo inferior a 135Ah puesto que es bueno dejar un
margen de un 10 % por si se produce algún fallo inesperado.
Si en la referencia de descarga de la bater´ıa el fabricante indica
dos valores, el menor indica que puede descargar a esa intensidad
de una manera prolongada, mientras que el mayor indica que pue-
de descargar a esta intensidad por un tiempo limitado. El trabajar
con intensidades superiores a las indicadas por el fabricante puede
producir daños en la bater´ıa y hará que esta sea inestable.
Carga de una bater´ıa de Lipo: estas bater´ıas son cargadas por energ´ıa
eléctrica, utilizan un cargador espec´ıfico, por lo tanto es aconsejable
utilizar cargadores recomendados por el fabricante, además de no
cargar las bater´ıas por encima de su intensidad nominal. Las ba-
XXVIII

Figura 3: Bateria
ter´ıas de dos o más celdas constan de 2 cables uno de ellos con un
conector balanceador que se utiliza para la hora de la carga. Los
cargadores de las bater´ıas Lipo tienen unas entradas en las que se
inserta el conector balanceador para que todos los elementos que
forman las bater´ıas se carguen con la misma tensión e intensidad,
si no se utiliza este elemento hay muchas posibilidades de que las
bater´ıas se carguen de manera distinta suponiendo a la hora de la
descarga que unos elementos se descarguen más rápidos que otros y
se estropeen (ver Blogturbohobby).
2.2.3. Motores y Helices
Son los componentes fundamentales para mantener el multirrotor
en el aire.
El motor es la parte de la máquina capaz de hacer funcionar
al sistema, transformando algún tipo de energ´ıa (eléctrica, combus-
XXIX

tibles. . . ) en energ´ıa mecánica, capaz de realizar una fuerza que
produce el movimiento. Los motores utilizados en las pequeñas ae-
ronaves son motores brushless, los cuales son motores eléctricos de
corriente continua con polos salientes en el estator y un rotor en el
que se sitúa el devanado del inducido. Tiene conexiones al colector
de delgas que es donde se produce la conmutación de las corrientes
de las bobinas de inducido, lo que origina un chisporroteo en el co-
lector de delgas que producen no solo un desgaste en el mismo, sino
que provoca la emisión de radiaciones electromagnéticas.
Este efecto, generalmente, no tiene importancia en muchos am-
bientes industriales, pero si cuando el motor está cerca de emisoras
de radio, como es el caso, de las aplicaciones aéreas, en las que pue-
den coexistir muy cercanos el centro de comunicaciones aire-tierra
de la aeronave y de los motores de corriente continua con regula-
ción de servomecanismos de a bordo, por lo que se pueden producir
interferencias en las señales de telecomunicación, dificultándose la
recepción desde tierra. Debido a las buenas caracter´ısticas de regu-
lación de velocidad de un motor de c.c. que eran necesarias en estas
aplicaciones, es por lo que se desarrolló el motor de c.c. sin escobillas.
Este tipo de motores, como se muestra en la figura 6, tiene una
disposición inversa a la clásica, es decir, el inductor está en el rotor
y no tiene devanados polares para evitar el uso de anillos deslizantes
para la excitación de los mismos, sino que los polos están formados
por imanes permanentes y con una estructura de polos cil´ındricos o
XXX

lisos. El inducido está en el estator, por lo que la maquina no tiene
colector de delgas y las comunicaciones de corriente en las bobinas
del inducido se realizan con la ayuda de interruptores electrónicos.
Figura 4: Esquema Motor Brushless
Debe tenerse en cuenta que en un motor clásico el número de
bobinas y por tanto el de delgas es elevado, por lo que se produce
un gran número de conmutaciones en cada vuelta del rotor. Si se
emplearan muchas bobinas en los motores brushless, se requerir´ıan
muchos transistores (que son los interruptores electrónicos encarga-
dos de las operaciones de conmutación). Es por ello que para sim-
plificar estos motores y reducir el coste del equipo de control que
da las ordenes de cierre y apertura a los interruptores, el número
de bobinas se limita a tres y de este modo, solamente se requieren
tres interruptores electrónicos y una alimentación de corriente con-
XXXI

tinua (lo que ser´ıa equivalente a un motor de c.c. convencional con
escobillas y con tres delgas den el conmutador). Hay que destacar,
además, que el elemento más peculiar que tiene el motor sin escobi-
llas, es el sistema de detección de la posición del rotor y que utiliza
unos sensores espec´ıficos para que las conmutaciones electrónicas se
realicen justo en el momento preciso (operación que en los motores
convencionales se realiza de forma automática mediante las delgas
del conmutador). Estos sensores pueden ser de tipo fotoeléctrico o
de tipo magnético (efecto Hall).
En el caso de la figura anterior se ha considerado, para mayor cla-
ridad, que los sensores son fotoeléctricos y que hay un total de tres
(A, B, C), cubriendo cada uno de ellos un rango de funcionamiento
de 120o
. Estos sensores luminosos están situados en la parte delan-
tera de una pantalla opaca en forma de leva que tiene una abertura
de 120o
. La luz de activación viene de la parte de atrás de la leva. En
la posición indicada, en el eje del rotor (alimentación de sus polos
norte-sur, que suponiendo que se mueve en el sentido contrario a las
agujas del reloj), acaba de dejar la posición vertical cuando estaba
alineado previamente con el eje de la bobina A. el motor funciona
del modo siguiente:
• Desde que el eje del motor se separa de la posición vertical,
se activa el sensor óptico B porque recibe la luz desde la parte de
atrás de la pantalla luminosa en forma de leva. Los sensores A y C
(que están a +- 210o
respecto al anterior) están inactivos porque no
reciben luz.
XXXII

• El sensor B manda cerrar el interruptor electrónico B, hacien-
do que circule una corriente continua I por la bobina B, de manera
que se producen en esta unos polos Norte-Sur tal y como se señalan
en la figura 6, de este modo, interaccionan con los imanes del rotor
haciendo que su eje se oriente con el correspondiente de la bobina B.
• Este movimiento del rotor hace que a la vez gire la pantalla en
forma de leva, provocando el apagado del sensor B (al dejar de reci-
bir luz) y active al sensor óptico C, lo que provoca a su vez el cierre
del interruptor C, que da alimentación a la bobina C y as´ı, sucesiva-
mente. En definitiva, la acción de los sensores ópticos (o magnéticos
en su caso) es para activar durante un rango angular de 120o
el in-
terruptor electrónico correspondiente, para alimentar a las bobinas
del estator de un modo secuencial y conseguir, de este modo, un giro
continuo del eje. Debido a que los transistores con los que se imple-
mentan los interruptores electrónicos funcionan durante una tercera
parte de revolución, las pérdidas de potencia en los mismos son re-
ducidas. Estos motores no necesitan prácticamente mantenimiento.
Debido a la ausencia del colector de delgas no tienen chisporroteos,
por lo que se eliminan los riesgos de explosión o la emisión de ra-
diaciones electromagnéticas. Pueden trabajar incluso sumergidos en
l´ıquidos ya que que les puede sellar de forma hermética, lo que los
hace idóneos para ser utilizados en VANT, que se utilicen en condi-
ciones climatológicas adversas y en ROV, que se operan debajo del
agua. Se fabrican para potencias inferiores a 1kW y pueden girar a
XXXIII

velocidades muy elevadas (Pueden llegar a las 20.000r/min) y que
dependen del ritmo de conmutación de los interruptores electrónicos
empleados. El control de la corriente que circula por las bobinas y
el ritmo de conmutación de los interruptores determinan la curva
parvelocidad de estos motores, que es similar a los motores clásicos
de c.c. tipo derivación.
Una de las caracter´ısticas más importantes que los motores brush-
less deben cumplir, es la disminución del tamaño y por lo tanto de
su peso, sin disminuir la potencia que es capaz de transmitir a las
hélices.
Figura 5: Motor Brushless
Mientras que las hélices son un conjunto de aletas helicoidales
que al girar alrededor de un eje accionado por un motor, produce
XXXIV

una fuerza de reacción que se utiliza para la propulsión del drone,
garantizando su sustentación. Además pueden cubrirse por protec-
ciones que aportan una mayor rigidez y alargan de forma notable la
vida útil de las hélices y en definitiva de todo el sistema, puesto que
amortiguan los posibles golpes que la aeronave pudiera sufrir.
Figura 6: Helices
Encontrar la relación perfecta entre el peso de la aeronave, los
motores, la bater´ıa y las hélices es todo un misterio, teniendo un pa-
pel muy relevante la capacidad económica que se tenga para probar
las combinaciones posibles.
2.2.4. Radio receptor (mando)
Es el responsable de recibir la señal de radio enviada por el control
remoto, mediante el cual el usuario realiza el movimiento que desea
y este lo transforma en una onda esférica que es recibida por el radio
receptor del multirrotor transformándola en datos que se env´ıan al
XXXV

Figura 7: Mando
controlador de vuelo, para que ejecute la instrucción. Una instruc-
ción de movimiento realiza cambios coordinados en la velocidad de
los rotores. De esta manera si el usuario da la orden de ir hacia de-
lante los motores traseros giraran a una velocidad mayor, haciendo
que el aparato realice la acción. Por tanto siempre que se quiera rea-
lizar un desplazamiento hacia cualquier dirección, serán los motores
del sentido contrario los que giren a una mayor velocidad.
XXXVI

2.2.5. Sistema de Posicionamiento Global “GPS
Dispositivo encargado de transmitir información sobre la posición
en el planeta a la controladora de vuelo. Dicha conexión se realiza
mediante un protocolo de comunicación serie estandarizado cono-
cido como NMEA “National Marine Electronics Association”. La
caracter´ıstica principal que este sistema debe tener es la precisión,
puesto que es muy importante saber dónde está situado exactamen-
te el dron con un margen de error minúsculo. Dicha precisión se
obtiene en todo el planeta por una red de 24 satélites en órbita a
20.200km de altura, con trayectorias sincronizadas para cubrir toda
la superficie terrestre. Cuando se desea determinar la posición, el
receptor localiza como m´ınimo cuatro satélites de la red, de los que
recibe unas señales que están compuestas por la hora y la identifi-
cación de cada uno de ellas. Con estas señales, el aparato sincroniza
el reloj del GPS y calcula el tiempo que tardan en llegar las señales
al equipo, de este modo se mide la distancia al satélite, utilizando
el método de trilateración inversa, pudiendo conocer en cada ins-
tante la posición exacta con una pequeña tolerancia. Además de la
posición este dispositivo también es capaz de calcular la velocidad
del aparato en cada instante, calculando la distancia recorrida en
un tiempo establecido.
A partir de la altura, posición y velocidad, dependiendo del progra-
ma que tenga el controlador, se podrá automatizar el comportamien-
to del multirrotor para mantenerse estático en mismo punto, volar
XXXVII

Figura 8: GPS
en una cierta dirección o velocidad relativa o desplazarse hacia unos
puntos predefinidos previamente por el piloto. Además los disposi-
tivos GPS tienen un gran problema en la aplicación de visores de
realidad virtual, puesto que los pilotos deben conocer la ubicación
del dron y hacia donde se está orientado en el mundo real.
2.2.6. Controlador de vuelo/ placa controladora
Componente principal de un dron. Dispositivo que compara y re-
gistra todo lo que sucede en el multirrotor, en él se conectan gran
parte de los sensores y componentes, además de disponer de unas
caracter´ısticas propias.
XXXVIII

Figura 9: Placa HKPilot Mega 2.7
Por tanto, este dispositivo consigue la suficiente información del me-
dio, para poder tomar decisiones correctas sobre los actuadores, que
hacen posible el vuelo. Este controlador debe ser capaz de captar y
realizar tareas en el menor tiempo posible, además de incorporar un
procesador de emergencia, para poder conseguir un aterrizaje seguro
en caso de que el controlador principal falle.
También debe tener una buena tolerancia entre faltas de tensión en
alguna entrada. Es uno de los componentes más caros de la aero-
nave, puesto que un buen controlador, puede funcionar de manera
autónoma sin que un piloto lo controle.
2.2.7. Controlador de velocidad
Existen dos tipos de controladores de velocidad dependiendo de la
aeronave en la que van a ser instalados. Si se quiere equipar a un
multirrotor, los controladores de velocidad electrónicos (ESC) son
XXXIX

los encargados de regular la potencia eléctrica para lograr controlar
el giro de los motores con la mayor agilidad y eficiencia posible. Las
caracter´ısticas más significativas son su tensión de entrada máxima,
se recuerda que para un 5S se obten´ıa una tensión de 18,5v (valor
nominal) y su intensidad máxima, teniendo en cuenta que para mul-
tirrotores las intensidades normales están en el intervalo de 25 a 40
amperios mientras que para drones de ala fija la intensidad var´ıa
de 10 a 100 amperios aunque estos valores dependen de los motores
que lleven instalados y del tamaño de la aeronave.
Figura 10: Controlador de velocidad
Sin embargo si se pretende equipar de un controlador de velocidad
a un dron de alas fijas, el tubo de pitot es el instrumento de medida
que se utiliza para calcular la velocidad de las aeronaves respecto al
aire, o sea mide la velocidad relativa entre el avión y el aire, dicha
velocidad es la que mantiene el avión en vuelo. Este instrumento se
debe diferenciar del GPS, puesto que este aparato muestra la velo-
XL

cidad absoluta de la aeronave, o lo que es lo mismo la velocidad de
la aeronave respecto del suelo.
La velocidad relativa del dron respecto del aire depende de la
velocidad de la aeronave respecto del suelo y la velocidad del aire.
Si el VANT se mueve con el viento en contra, las velocidades se
restan, mientras que si lo hacen con viento de cola, las velocidades se
suman. Para la utilización del tubo de pitot se debe tener en cuenta
que la presión disminuye con la altura, debido a que la cantidad de
aire es menor a medida que aumenta la altura de la atmosfera.
2.2.8. Brújula magnética
Instrumento que permite conocer la dirección del vuelo que se está
realizando, consta de mucha utilidad en el vuelo preprogramado.
Su funcionamiento se basa en el magnetismo terrestre, por lo que
la aguja señala al norte magnético. Este tipo de brújula se puede
ver afectada por el campo magnético creado por la corriente conti-
nua consumida por los demás instrumentos del dron. En los drones
más sofisticados se utiliza una brújula giroscópica, puesto que está
orientada al norte geográfico usando un juego de discos o anillos que
giran muy rápido, movidos electrónicamente, por fuerzas de fricción
para aprovechar la rotación de la tierra.
Este instrumento proporciona un mejor funcionamiento cuando se
ve afectado por el campo magnético generado por corriente conti-
nua. Aunque ambas brújulas tienen un mal funcionamiento cuando
influyen sobre ellas condiciones adversas climatológicas, como las
XLI

tormentas solares, en cuyo caso la brújula no puede detectar la po-
sición del dron y puede causar la pérdida de control, teniendo que
pasar rápidamente a un modo manual para aterrizar la aeronave.
2.2.9. Barómetro/ Alt´ımetro
El barómetro es el instrumento que mide la presión atmosférica. La
presión atmosférica se calcula como el peso por unidad de superficie
ejercida por la atmosfera. Un alt´ımetro es un instrumento de me-
dición que indica la diferencia de altitud entre el punto en el que
se encuentra localizado y un punto de referencia, generalmente se
utiliza la altura sobre el nivel del mar.
Con la combinación de ambos instrumentos se obtiene el alt´ımetro
barométrico, cuyo funcionamiento está basado en la relación entre
presión y altitud, se debe considerar que la presión atmosférica des-
ciende con la altitud. De igual modo que el alt´ımetro toma referencia
en un punto situado al nivel del mar.
El alt´ımetro barométrico mide los cambios de volumen que expe-
rimenta un gas encerrado a una presión conocida en una capsula
cerrada. La presión obtenida es comparada con las diferentes medi-
das de altitud, pudiéndose obtener la altura a la que se encuentra
la aeronave.
En algunos VANT de usos más espec´ıficos, se pueden instalar alt´ıme-
tros radioeléctricos o de impulsos, su funcionamiento es similar al
de un radar, midiendo la distancia entre dos veh´ıculos aéreos y con
respecto al suelo.
La diferencia con el alt´ımetro barométrico se basa en que los radio-
XLII

eléctricos miden la distancia mediante la emisión de pulsos electro-
magnéticos y el registro del tiempo transcurrido desde la emisión
del pulso y la posterior recepción del eco de la señal. Como las on-
das electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz, el cálculo de
la distancia es más sencillo, aunque hay que tener en cuenta que
la distancia se encuentra a dos veces el tiempo, la onda recorre el
camino de ida y el de vuelta.
2.2.10. Giroscopio
Aparato en el cual una masa gira velozmente alrededor de su eje de
simetr´ıa, permitiendo mantener de forma constante su orientación
respecto a un sistema de ejes de referencia. Cualquier cuerpo some-
tido a un movimiento de rotación acusa propiedades giroscópicas,
como son rigidez en el espacio y la precisión.
La rigidez en el espacio se explica con la primera ley del movimien-
to de Newton, que dice “un cuerpo permanecerá en reposo o con
movimiento uniforme rectil´ıneo, salvo que se le aplique una fuerza
externa”. Esta propiedad se puede ver de una manera más descrip-
tiva si se hace girar una peonza, la fuerza de inercia que genera la
hace girar erguida, incluso si la superficie se inclina, ofreciendo una
gran resistencia a los intentos de volcarla.
La propiedad de precisión es la respuesta objeto cuando se le aplica
una fuerza deflectiva en algún borde, desplazándose 90o
en el senti-
do de giro del objeto. La precisión es inversamente proporcional a
la velocidad de giro (a mayor velocidad menor precisión) y directa-
mente proporcional a la cantidad de fuerza de deflexión aplicada (a
mayor fuerza mayor precisión).
XLIII

Se debe tener en consideración que el elemento giratorio este cons-
truido con un material pesado, de tal manera que su masa esté
repartida de forma uniforme y que sea capa de rotar con la m´ınima
resistencia por fricción posible.
La masa se sitúa sobre un sistema de ejes que confieren al giroscopio
distintos grados de libertad.
Debido a sus cualidades, los giroscopios proporcionan unos planos
fijos de referencia, estos planos de referencia no deben variar aun-
que cambie la posición del dron, por lo tanto proporciona en cada
momento la información necesaria para estabilizar la aeronave.
Este sistema solo es utilizado por debajo de 9.000 metros y con
temperaturas superiores a 35o
C, por lo que deben ir equipados con
sistemas de calefacción, al igual que ocurr´ıa con controladores de
velocidad, por lo que los drones que vuelen por encima de esta al-
titud son equipados con giroscopios eléctricos más costosos que los
convencionales.
2.2.11. Estabilizador de vuelo
Dispositivo capaz de testar todos los datos procedentes del baróme-
tro, giroscopio y acelerómetro, permitiendo realizar las operaciones
pertinentes para garantizar un vuelo más seguro y estable, compen-
sando el viento lateral, posibles turbulencias y garantizando volar
hacia el punto deseado.
Este dispositivo es empleado en aeronaves civiles y en multirroto-
res, mientras que para aeronaves militares y de ala fija existen otros
XLIV

dispositivos más sofisticados.
Al igual que las aeronaves tripuladas, algunos veh´ıculos aéreos no
tripulados tienen integrados estabilizadores móviles que var´ıan la in-
cidencia del estabilizador, independientemente del movimiento rea-
lizado por el radiorreceptor o por el vuelo preprogramado. El movi-
miento angular de estas superficies suele ser inferior a 10 grados.
Dependiendo del movimiento realizado se pueden diferenciar 3 tipos
de estabilizadores.
1. Horizontal
Es un ala pequeña que se sitúa en la cola del VANT. Existen
casos en las aeronaves militares en el que las alas fijas se sitúan
por delante del ala, en estos casos se dice que está en disposición
canard. Se divide en una parte fija delantera, denominada plano
fijo horizontal y una parte móvil situada en la parte trasera.
2. Vertical
Está situado en la cola del VANT de igual forma que el horizon-
tal, se divide en parte móvil y plano fijo vertical. Dependiendo
de las colas utilizadas en los diseños, var´ıan los diferentes esta-
bilizadores. La disposición cruciforme es habitual en aeronaves
turbohélice.
3. Rotórico
Está situado en la cola de los grandes VANT militares, donde
una hélice rota alrededor de un eje, dotando a la aeronave de
una gran estabilidad de vuelo incluso con velocidades de viento
relativamente grandes.
XLV

2.2.12. Radar
Sistema que realiza la imagen de un objeto a través del eco recibido
de una onda de radio previamente emitida. Al montar este equipo en
un VANT se consigue proyectar hacia una dirección las ondas salien-
tes, en vez de hacer barridos mecánicos con un haz de seguimiento
fijo. Esto permite dos cosas al mismo tiempo, escanear el cielo en
busca de objetos o amenazas que afecten a su funcionamiento o se-
guir a objetos espec´ıficos con mucha más precisión.
Para dirigir las ondas de radio emitidas se necesitan cambiadores de
fase, lo que supone un encarecimiento del radar y un aumento consi-
derable de tamaño y peso, produciendo algunas limitaciones f´ısicas.
Por lo que en busca de una solución a este problema la empresa
Echodyne, ha introducido en el mercado un nuevo radar realiza-
do con materiales, con los que se forman una serie de estructuras
repetidas más pequeñas que la longitud de onda de radiación elec-
tromagnética que se está manipulando. Estos materiales se fabrican
grabando patrones repetidos de cables de cobre sobre una placa de
circuitos. Por lo que se obtiene una placa con múltiples capas de
cableado que puede dirigir los haces del radar, cambiando la tensión
aplicada, como lo har´ıa un cambiador de fase.
Sin embargo si lo que se desea es medir la velocidad de un objeto,
se debe montar un radar convencional, que utiliza el efecto Doppler
los ecos de retorno de blancos para medir su velocidad radial, dicho
de otra manera, la señal es una microonda que es enviada por el
haz direccional situado en una antena, esta se refleja en un cuerpo
recibiéndose de nuevo por el radar, una vez enviada y recepcionada
XLVI

se comparan las frecuencias permitiendo mediciones directas, alta-
mente seguras de las velocidades de sus blancos, en la dirección del
haz.
2.2.13. Acelerómetro
Instrumento destinado a medir aceleraciones. El más utilizado en
los VANT por su disminución de peso y volumen, es el acelerómetro
piezoeléctrico por compresión. El funcionamiento de este aceleróme-
tro se basa en la compresión de un ret´ıculo cristalino piezoeléctrico,
produciendo este a su vez una carga eléctrica proporcional a la fuer-
za aplicada.
Los elementos piezoeléctricos se comprimen por un muelle en el inte-
rior de una caja metálica, por lo que al producirse una vibración, se
produce sobre el piezoeléctrico una fuerza variable, proporcional a la
aceleración de la masa, dicha aceleración se puede registrar con un
software instalado en la unidad receptora de señal. Con ello se pue-
den obtener mediciones de desplazamientos o velocidad, además de
la determinación de formas de onda y frecuencia. La principal ven-
taja de este tipo de transductor es que se puede hacer tan pequeño
que su influencia sea despreciable sobre el dispositivo instalado.
Los acelerómetros electrónicos permiten medir la aceleración en una,
dos o tres dimensiones, lo que permite medir la inclinación de un
cuerpo, puesto que es posible determinar la componente de la acele-
ración provocada por la gravedad que actúa sobre el cuerpo. Además
es posible determinar la posición de un cuerpo, puesto que como se
conoce la aceleración, es posible determinar su posición, si previa-
XLVII

mente se conocen la velocidad y la posición inicial del VANT.
3. CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA
3.1. Alcances y enfoque de la investigación
3.1.1. Alcance de la investigación
El alcance de esta investigación es descriptivo, ya que deseamos
demostrar que un dron implementado con componentes según el
uso para el cual se implementa, es más viable que uno comercial, ya
que no se puede configurar para que realice tareas espec´ıficas, sin
embargo, uno hecho se puede configurar de muchas maneras dándole
tareas espec´ıficas o recorridos recolectando fotograf´ıas y videos del
objeto de estudio.
3.1.2. Enfoque de la investigación
Para dicha investigación ocuparemos un enfoque cuantitativo uti-
lizando los datos técnicos de los distintos VANT que hay en el mer-
cado, as´ı como los datos recabados para la fabricación de uno per-
sonalizado para el área de investigación en general.
3.2. Hipotesis
¿Qué es más viable? - Adquirir un dron comercial o un dron
fabricado/creado/diseñado para el área de investigación en general.
3.3. Diseño de la investigación
El tipo de estudio de este trabajo de investigación es no experi-
mental, transversal descriptiva, ya que solo se realizará una inves-
XLVIII

tigación, demostrando los resultados de estudio para establecer qué
tipo de dron es más conveniente en el área de investigación.
3.4. Selección de la muestra
Para realización de este trabajo de investigación se tomó como
muestra la zona nororiental de estado de puebla ya que no es donde
queremos saber que es más si es factible la adopción de un dron para
la investigación.
Para fines de investigación se utiliza como instrumento de medición
una encuesta, la cual es una técnica estructurada para recopilar
datos, que consiste en una serie de preguntas, escritas y orales, que
debe responder un entrevistado.
La encueta que se utilizó para la recolección de información d este
estudio costa de 7 preguntas, de la cuales 6 son de opción única y
1 de múltiples opciones, donde cada de ellas, están dirigidos para
conocer aspectos sobre el objeto de estudio.
3.5. Recolección de datos
La recolección de datos se realiza mediante un programa en l´ınea,
las personas encuestadas fueron en su mayor´ıa investigadores, do-
centes y algunos profesionales (Arquitectos, fotógrafos, agricultor).
3.6. Análisis de datos
La información obtenida fue ingresado directa a una aplicación,
en donde nos facilitó el análisis de los resultados y manejo de la
información más sencilla. Los resultados obtenidos en la recoleccion
de la informacion son los siguientes.
XLIX

3.6.1. ¿Ha utilizado usted un DRONE?
Figura 11: Resultados de la primer pregunta
L

3.6.2. ¿Si tubiera la oportunidad de utilizar un DRONE, para que
ﬁn lo har´ıa?
Figura 12: Resultados de la segunda pregunta
LI

3.6.3. ¿Indique cu´al es su sector de actividad o de inter´es para el
uso del DRONE?
Figura 13: Resultados de la tercer pregunta
LII

3.6.4. Para adquirir un DRONE, usted preferiria:
Figura 14: Resultados de la cuarta pregunta
LIII

3.6.5. ¿Estar´ıa dispuesto a comprar un DRONE completamente per-
sonalizado seg´un sus necesidades?
Figura 15: Resultados de la quinta pregunta
LIV

3.6.6. ¿Para usted que tan importante es adecuar un DRONE a sus
necesidades especiﬁcas?
Figura 16: Resultados de la sexta pregunta
LV

4. Conclusiones
El presente trabajo ha tenido por finalidad la construcción/ im-
plementacion de un cuadricoptero e investigar los tipos de VANT
que existen y sus usos al igual que demostrar que un cuadricoptero
construido es más viable para proyectos de investigación que uno ya
existente en el mercado, ya que uno hecho con nuestras especifica-
ciones al uso que se le vaya a dar es más conveniente que modificar
un cuadricoptero ya existente.
A la vista de la gran cantidad de aplicaciones desarrolladas y
veh´ıculos comparados se puede concluir que gran parte de los VANT
descritos pueden realizar diferentes operaciones, únicamente es ne-
cesario cambiar el software que analiza los datos capturados, para
obtener unos determinados resultados u otros
Se ha podido deducir que los multirrotores son las aeronaves más
empleadas en aplicaciones civiles, gracias a la facilidad de maniobra,
tiempo de reacción, posibilidad de vuelo estacionario, capacidad de
vuelos verticales y en el interior de edificios, desplazando a un segun-
do plano a las aeronaves de ala fija, que sólo son utilizadas cuando
se debe analizar gran cantidad de terreno, cuando existen compli-
caciones meteorológicas o cuando el tiempo de operación se quiere
que sea m´ınimo, debido fundamentalmente a la mayor velocidad de
desplazamiento que son capaces de desarrollar o la mayor resistencia
al viento.
Esta investigación se centró en conocer las partes que componen
un cuadricoptero y la búsqueda de información sobre los tipos de
sensores que utiliza.
LVI

4.0.1. Recomendaciones
En la configuración y programación del dron se deben tomar en
cuenta las caracter´ısticas del medio ambiente en el cual va a inter-
actuar el dispositivo verificando mediante el sensor de giroscopio su
estabilidad.
Previo a la puesta en marcha del dispositivo se debe realizar
todas las pruebas necesarias en el cerebro a fin de asegurar que
dicho dispositivo va a funcionar correctamente y no vaya a fallar
puesto que puede ocasionar daños irreparables.
LVII

Referencias
[1] Fraile Mora Jesús, Maquinas eléctricas, Ed 7tm, 2015.
[2] Alvarado, Valencia. Obagi, Araújo, (2012), Funda-
mentos de Inferencia Estad´ıstica, Universidad Jave-
riana de Bogotá.
[3] Angulo, Usategui, J.M. Romero Yesa, S. Angu-
lo Mart´ınez, I. (2010), Introducción a la Robótica:
Principios técnicos, construcción y programación de
un robot educativo, Ediciones Paraninfo, S.A., 448
págs.
[4] Craig, John. (2011). Robótica. México. Prentice
Hall, Tercera Edición. 310 págs,
[5] Copeland, Jack. (2010). Inteligencia Artificial, Edi-
torial Alianza. 424 págs.
[6] Daza, Jorge. (2012). Estad´ıstica Aplicada con Micro-
soft Excel, Lima Perú. Grupo Editorial Megabyte.
[7] Donate Hermosa, Antonio. (2013), Electrónica Di-
gital Fundamental y Programable. Marcombo. S.A.,
484 págs.
[8] Giamarchi, Frederic. (2010), Robots Móviles: Estu-
dio y construcción. Paraninfo S.A., 152 págs.
[9] Howard, Gardner. (2010). Inteligencias Múltiples:
La Teor´ıa en la práctica. Paidos Iberica. 384 págs.
LVIII

[10] McgrawHhill. (2010). Inteligencia Artificial y
Sistemas Inteligentes. Interamericana de España,
Mcgraw-hill S.A:, 608 págs.
[11] Ollero An´ıbal. (2010). Robótica: Manipuladores y
robots móviles. Barcelona. Marcombo S.A., 1era
Edición.
[12] Reyes Cortes, Fernando. (2011). Electrónica Digi-
tal: Control de robots manipuladores, Barcelona
España. Marcombo S.A., 312 págs.
[13] Sossa Azuela, Juan Humberto. (2013), Visión Artifi-
cial. RA-MA, 282 págs.
[14] Toledo Alarcón, J.F. .Bosch, R. E. (2010), Fun-
damentos de Electrónica Digital. Universidad Po-
litécnica de Valencia. 386 págs.
[15] Santos, José Richard. (2011). Evolución Artificial y
Robótica Autónoma, RA-MA. 264 págs.
[16] Suárez, Mario. Tapia, Fausto. (2012), Interaprendi-
zaje de Estad´ıstica Básica, IbarraEcuador. Univer-
sidad Técnica del Norte. Primera Edición.
[17] Molina, José Luis. (2012). Histo-
ria de la Robótica. Disponible en
http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/robotica/historia.
[18] Aguilar, Luis, (2010), Ingenier´ıa Electrónica,
Cuenca-Ecuador.
LIX

Anexos
5. Montaje de un Multirrotor
En esta parte se describen los procedimientos que se han seguido
para instalar y configurar los distintos elementos de los multirroto-
res, as´ı como el orden que se ha seguido para conseguir la construc-
ción de un Multirrotor.
5.0.1. Montaje de los motores
El primer paso en el montaje de un multirrotor es instalar los 4
motores en los brazos del chasis. Para ello se emplearon 4 tornillos
y unos cinchos. Es importante colocar los motores con los cables
saliendo del motor por el lado del chasis, lo cual facilita la fijación con
los cinchos. La Figura 17: Fijación de los motores al chasis muestra
un motor completamente instalado.
Figura 17: Fijación de los motores al chasis
LX

5.0.2. Emparejamiento del emisor y el receptor de radio
Para poder utilizar la radio, previamente el emisor y el recep-
tor de radio deben estar emparejados, de forma que el receptor solo
responda ante señales provenientes de la radio con la que ha sido
emparejada. El procedimiento para emparejar la radio y el receptor
es el siguiente:
• Encender la radio, pulsando el botón que se encuentra en su parte
trasera, en el módulo transmisor.
• Conectar el cable de emparejamiento al receptor.
• Alimentar el receptor con una bater´ıa.
• Desconectar el receptor y el transmisor.
Este procedimiento solamente tiene que ser realizado una vez. Ya
que una emisora de radio puede estar emparejada con muchos recep-
tores distintos, permitiendo utilizar una sola emisora para controlar
muchos dispositivos. Sin embargo, un receptor únicamente puede
estar emparejado con una emisora, por lo que habr´ıa que volver a
realizar el procedimiento descrito anteriormente para poder ser uti-
lizarlo con otra emisora distinta a la ya emparejada.
5.0.3. Instalación de los ESCs (Variadores de voltaje)
En este paso se Instalan los reguladores (Figura 18: Instalación
de un regulador en un brazo del chasis) en todo el montaje esta
es la operación más costosa y la cual requirió más tiempo ya que
cada regulador tiene cinco cables de corriente, dos de ellos fueron
LXI

soldados a la placa base del chasis del multirrotor y los otros tres
fueron soldados a conectores hembra para ser conectados al motor
correspondiente, por tanto, a cada regulador hubo que soldarle 5
conectores (20 en total).
Figura 18: Instalación de un regulador en un brazo del chasis
Además, aunque los motores s´ı llevan conectores mochos, cada
motor lleva consigo una cantidad excesiva de cable, lo que implica
desoldar dichos conectores, cortar el cable a la medida más adecuada
y volver a soldarlos nuevamente ya ajustados los cables. Esto implica
seis soldaduras más en cada motor (24 contando los cuatro motores,
44 soldaduras en total para el multirrotor).
LXII

Figura 19: Instalación de un regulador y sus cables hacia el motor
Una vez el montaje eléctrico de cada regulador estuvo acabado,
éstos fueron acoplados a la base de los brazos del chasis y sujetados
mediante cinchos de plástico. Los cables de cada regulador a su
motor correspondiente también fueron sujetados usando cinchos de
plástico (Figura 19: Instalación de un regulador y sus cables hacia
el motor).
5.0.4. Instalación electrónica (controladora (APM) y receptor de
radio)
En primer lugar, se procedió a instalar f´ısicamente tanto el re-
ceptor de radio como la placa controladora. Una vez que el chasis
está montado y atornillado, la parte inferior quedará prácticamente
inaccesible. Debido a esto lo mejor fue colocar estos elementos en la
parte interior del chasis dejando la parte superior disponible para la
colocación de la bater´ıa.
Además, se tiene la opción de montar la placa controladora sin car-
casa por si pretendiésemos hacer un montaje extremadamente ligero
LXIII

pero es no es lo adecuado ya que quedar´ıa sin protección y podr´ıa
daniarse. Una vez hecho esto, para fijar tanto el receptor como la
placa al chasis se empleó una cinta adhesiva de doble cara, que viene
incluida con la placa controladora.
Posteriormente se procedió a conectar el receptor con la placa
controladora, utilizando cables jumpers hembra-hembra tipo servo
(Figura 20: jumpers tipo servo), que constan de tres hilos (negativo,
positivo y señal). En la Figura 21: Detalle del zócalo de entradas de
Figura 20: Jumpers tipo servo
la APM se puede ver indicado a qué canal corresponde cada una de
las conexiones del zócalo de entradas de la placa. Esta asignación
(canal 1 para Roll, 2 para Pitch, etc) se corresponde con la configu-
ración tipo Modo 2 en los transmisores de radio. Esto quiere decir
que si el transmisor está configurado en Modo 2, se conectaron ca-
LXIV

da canal del receptor con su correspondiente en la placa (canal 1 a
entrada 1, canal 2 a entrada 2, etc).
Figura 21: Detalle del zócalo de entradas de la APM
Para este tipo de multirrotores como m´ınimo se tiene que conectar
5 cables (5 canales distintos de radio) entre la placa y el receptor,
que permitirán controlar los 4 movimientos básicos de un multirro-
tor (Roll, Pitch, Throttle y Yaw), además de un canal extra para
controlar el modo de vuelo en que se encuentra configurada la con-
troladora. El resto de canales (la placa puede recibir hasta 8) pueden
ser configurados para tareas auxiliares. En la Figura 22: Conexiones
entre el receptor y la placa APM ya colocado.
LXV

Figura 22: Conexiones entre el receptor y la placa APM ya colocado
El siguiente punto es conectar los reguladores a la controladora.
El tipo de cable para realizar esta conexión es el mismo que para
conectar la controladora al receptor (Estos cables ya vienen con los
reguladores con un conector hembra). En la Figura 23: Conexiones
entre reguladores y APM en función de la configuración de vuelo se
muestra un diagrama en el que puede verse el conexionado correcto
entre la placa controladora (APM) y los reguladores de los motores.
Figura 23: Conexiones entre reguladores y APM
LXVI

La configuración elegida para este proyecto es la ‘QUAD X’ (al
tener el chasis doble simetr´ıa podemos elegir tanto esa configuración
como la configuración ‘QUAD +’). En consecuencia, la conexión de-
be hacerse del siguiente modo:
• Output 1: Motor delantero derecho
• Output 2: Motor trasero izquierdo
• Output 3: Motor delantero izquierdo
• Output 4: Motor trasero derecho
Llegados a este punto hay que comprobar que los motores giran en
la dirección adecuada, siguiendo el esquema mostrado en la Figura
24: Sentidos de giro de los motores, según configuración.
Figura 24: Sentidos de giro de los motores, según configuración
LXVII

Como puede comprobarse, dos motores han de girar en sentido
horario y dos en sentido antihorario, de modo que el sistema esté
equilibrado. Para comprobar el sentido de giro hay que realizar el
siguiente procedimiento:
1. Asegurarse de no tener instaladas las hélices en los motores.
2. Conectar el transmisor de radio.
3. Conectar la bater´ıa del quadcopter.
4. “Armar” el quadcopter, manteniendo el stick izquierdo de la
radio en posición atrás a la derecha durante cinco segundos.
5. Una vez que los motores empiezan a girar, comprobar el sentido
de giro. Aquellos motores que no giren en el sentido adecuado
pueden ser corregidos invirtiendo dos de los tres cables del va-
riador al motor.
El siguiente paso será cargar la última actualización del firmware
a la placa controladora. Para ello, lo primero será instalar en un PC
la aplicación software Mission Planner. Una vez instalado, podemos
conectar la controladora al PC mediante puerto USB (Figura 25:
ubicación de la conexión USB en la APM).
LXVIII

Figura 25: Ubicación de la conexión USB en la APM
Windows deber´ıa detectar automáticamente la placa APM e ins-
talar el driver de Arduino. Seguidamente, se procede a abrir el pro-
grama Mission Planner y en el cuadrante superior derecho elegir
“Arduino Mega 2560” y seleccionar una velocidad de transferencia
de datos de 115200 baudios.
Figura 26: selección de puerto COM y “baudrate” en Mission
Planner). Antes de presionar el botón “Connect” se debe instalar el
firmware a la placa controladora.
Figura 26: Selección de puerto COM y “baudrate” en Mission Planner
LXIX

Una vez teniendo estas configuraciones se procede a seleccionar
el firmware que vamos a cargar en la APM, que dependerá del tipo
de veh´ıculo en el que vaya a ir montada la controladora. Dentro de
la pestaña “Install Firmware”, seleccionaremos el icono correspon-
diente a un quadcopter en configuración X (Figura 27: pantalla de
selección de firmware en Mission Planner).
Figura 27: Pantalla de selección de firmware en Mission Planner
Una vez que hemos seleccionado el tipo de veh´ıculo, Mission Plan-
ner comprueba cuál es la última versión de firmware disponible y
pide confirmación para instalarla. Hacemos click en “Yes” y espera-
mos a que el “Download Status” sea “Done”. En ese momento, el
firmware ha sido descargado e instalado en la placa.
Una vez el firmware haya sido instalado, podemos conectar el
MissionPlanner con la controladora, pulsando el botón “Connect”
LXX

en la esquina superior derecha (Figura 28: botones “Connect” y
“Disconnect” de Mission Planner).
Figura 28: Botones “Connect” y “Disconnect” de Mission Planner
Cuando en la esquina superior derecha aparece la opción “Discon-
nect”, la conexión se ha realizado satisfactoriamente. La controlado-
ra APM tiene una gran cantidad de opciones, ajustes y configuracio-
nes. Sin embargo, hay un grupo de opciones llamadas “Mandatory
Hardware Configuration”, que son una serie de configuraciones que
tendremos que hacer de forma obligatoria para poder volar nuestro
multirrotor. Estos ajustes son los siguientes:
• Selección del tipo de chasis (el firmware instalado tiene soporte
para varios tipos distintos, ahora hay que seleccionar el que emplea-
remos realmente)
• Calibración de la brújula
• Calibración de los acelerómetros
• Calibración de los controles de la radio
LXXI

6. Configuración del autopiloto APM
Una vez toda la electrónica se encuentra convenientemente ins-
talada en el drone, llega el momento de configurar la placa APM.
Ardupilot, a diferencia de otras placas controladoras para drones, es
un sistema que puede ser instalado en multitud de veh´ıculos, ya sean
terrestres o aéreos, por tanto, es necesaria una perfecta configura-
ción, de modo que el comportamiento del autopiloto se adapte a la
tipolog´ıa de veh´ıculo seleccionada y a su comportamiento dinámico.
La configuración, al igual que la carga del firmware en la placa,
se realiza con el programa MissionPlanner. APM distingue entre dos
categor´ıas de parámetros a configurar:
• Mandatory Hardware Configuration: son aquellos parámetros
de obligada configuración antes de realizar el primer vuelo. Su co-
rrecta configuración es crucial para poder realizar un vuelo simple
en modo manual.
• Optional Hardware Configuration: se trata de opciones que pue-
den mejorar el comportamiento del veh´ıculo, as´ı como dotarlo de
nuevas posibilidades, pero que no son imprescindibles para realizar
un vuelo manual.
Los ajustes considerados obligatorios, se describen a continuación
LXXII

6.0.1. Selección del tipo de chasis
Dentro de la pantalla Initial Setup de MissionPlanner, se hace
click en Mandatory Hardware y posteriormente en Frame Type. De
entre las opciones, elegimos el chasis en forma “X”, que es el que co-
rresponde con nuestra tipolog´ıa de veh´ıculo (Figura 29: selección de
tipo de chasis en MissionPlanner). En el apartado Plus pueden ele-
girse otras configuraciones, incluyendo quadcopter en posición “+”.
Figura 29: selección de tipo de chasis en MissionPlanner
6.0.2. Calibración de la brújula
El controlador APM contiene dos brújulas o magnetómetros: una
incluida en la propia placa y otra en el módulo GPS. En un quad-
copter lo habitual es utilizar la brújula del módulo GPS, pues ésta
se encuentra elevada sobre el plano de los motores y esto implica
una menor interferencia del campo magnético provocado por éstos
sobre la brújula.
En la pantalla Compass (Figura 30: configuración de la brújula
LXXIII

en Mission Planner), en primer lugar, las casillas Enable y Auto-
DEC deben están seleccionadas.
En el apartado Orientation, hay que elegir la opción APM with
External Compass, que es la que se corresponde con nuestra confi-
guración. Para que este ajuste funcione correctamente, no se puede
cometer el error de no colocar el módulo GPS bien orientado (Éste
tiene en su parte superior una flecha, que debe estar apuntando ha-
cia la parte delantera del quadrotor).
Figura 30: Configuración de la brújula en Mission Planner
Ahora hay que pulsar el botón Live calibration. Entonces apare-
ce una ventana informando de que disponemos de 60 segundos para
hacer la calibración. Al pulsar OK, el proceso comienza. Durante
los próximos 60 segundos hay que mover el quadrotor despacio en
el aire de modo que cada una de sus caras (frontal, trasera, dere-
cha, izquierda, superior e inferior) hayan apuntado hacia abajo en
LXXIV

dirección al a tierra durante unos segundos (Figura 31: posiciones
de calibración de brújula).
Una vez el proceso ha terminado aparece una ventana informando
Figura 31: Posiciones de calibración de brújula
de los offset de declinación magnética calculada. Se consideran bue-
nos valores entre -150 y 150. Una vez presionamos OK de nuevo, el
proceso de calibración de la brújula ha concluido.
6.0.3. Calibración de los acelerómetros
Para calibrar los acelerómetros, hay que seleccionar la opción
Accel Calibration, en el menú Initial Setup. Este proceso requiere
que el autopiloto tome lecturas en distintas posiciones del quadrotor,
la cuales pueden verse en la Figura 32: posiciones de calibración de
los acelerómetros.
Figura 32: Posiciones de calibración de los acelerómetros
LXXV

La posición level es la que es más importante tomar con preci-
sión ya que esa será la actitud de vuelo que el autopiloto considerará
vuelo nivelado. Es importante mover el quadrotor inmediantamente
después de pulsar la tecla en cafa paso. Una vez se esté listo pa-
ra calibrar, pulsar el botón Calibrate Accel (Figura 33: calibración
de acelerómetros en MissionPlanner). El programa va indicando al
Figura 33: Calibración de acelerómetros en MissionPlanner
usuario las posiciones en que debe ir colocando el quadrotor. Una
vez el proceso de calibración ha terminado, aparece el mensaje Ca-
libration successfull, como puede verse en la Figura 34: mensaje de
calibración exitosa en MissionPlanner
LXXVI

Figura 34: Mensaje de calibración exitosa en MissionPlanner
6.0.4. Calibración de radio
El objeto de este punto es conseguir que el autopiloto reconozca
adecuadamente la posición de los sticks de la radio con la que va a
ser pilotado el quadrotor. No todas las radios modulan las posiciones
de los sticks de forma exactamente igual. Además, las radios están
dotadas de un sistema de trims para poder realizar pequeñas varia-
ciones en el valor central de los canales de radio, y la posición de
estos también var´ıa de unas radios a otras. Una vez se complete este
proceso, el autopiloto tendrá la información necesaria para conocer
el valor de los distintos canales de radio, tanto cuando los sticks se
encuentran en posición central como cuando se encuentran en los
extremos. Los valores intermedios son obtenidos mediante interpo-
lación de los valores extremos. En primer lugar, hay que encender
el transmisor de radio y verificar que el transmisor se encuentra en
modo avión (independientemente del tipo de veh´ıculo en el que esté
LXXVII

montado la placa autopiloto, la radio debe estar funcionando en mo-
do avión) y que los trims se encuentran en posición centrada.
Entre aeromodelistas y pilotos de UAVs existen dos configuracio-
nes de sticks muy extendidas pero que difieren mucho la una de la
otra. A un piloto habituado a operar en Modo 2 le resultar´ıa muy
complicado pilotar en Modo 1, y viceversa. Las dos configuraciones
difieren en lo siguiente:
• En Modo 1, el stick izquierdo controla el ángulo de cabeceo
(adelante y atrás) y el de guiñada (izquierda y derecha), mientras
que el derecho controla el acelerador (adelante y atrás) y el alabeo
(derecha e izquierda).
• En Modo 2, el stick izquierdo controla el acelerador (adelante
y atrás) y la guiñada (izquierda y derecha), mientras que el derecho
controla el cabeceo (adelante y atrás) y el alabeo (izquierda y dere-
cha).
Las radios empleadas en este proyecto han sido configuradas en
Modo 1. Independientemente del tipo de transmisor, un interruptor
de tres posiciones de la radio debe ser configurado para controlar
el canal 5, el canal de los modos de vuelo. En caso de disponer la
radio de más de 5 canales, los restantes pueden ser utilizarse para
funciones auxiliares.
Para proceder a la calibración, hay que ir a la opción Calibrate Ra-
dio (Figura 35: calibración de radio en MissionPlanner (1)), dentro
LXXVIII

del menú Mandatory Hardware. Mission Planner muestra ventana
pidiendo al usuario que se asegure de que la radio está conectada,
que el quadrotor tiene la bater´ıa desconectada (solo se alimenta el
autopiloto a través de su cable USB) y las hélices no están puestas.
Una vez pulsamos OK el programa nos pide que movamos los sticks,
Figura 35: Calibración de radio en MissionPlanner (1)
as´ı como los interruptores de los canales 5 y 6 a sus posiciones ex-
tremas, pudiendo observar estos movimientos en las barras de ca-
libración (Figura 36: calibración de radio en MissionPlanner (2).
Aparecen sobre éstas unas l´ıneas rojas que indican los valores máxi-
mos y m´ınimos en cada canal. El movimiento de los sticks de la radio
deber´ıa provocar los siguientes movimientos en las barras:
• Canal 1: m´ınimo = alabeo izquierda, máximo = alabeo derecha.
• Canal 2: m´ınimo = cabeceo hacia delante, máximo = cabeceo
hacia atrás.
• Canal 3: m´ınimo = acelerador bajo, máximo = acelerador alto.
LXXIX

• Canal 4: m´ınimo = guiñada izquierda, máximo = guiñada de-
recha. Cuando las barras rojas de guiñada, cabeceo, acelerador y
alabeo as´ı como del canal 5, estén fijas en sus valores máximos y
m´ınimos, hacer click en Click when Done. Aparecerá un resumen
de los datos de calibración (Figura 37: calibración de radio en Mis-
sionPlanner (3)). Valores alrededor de 1100 para m´ınimos y 1900
para máximos son habituales. Si alguna barra se mueve en dirección
opuesta a la dirección en que se mueve el stick, esto indica que dicho
canal está invertido en el transmisor de radio. En estos casos hay
que recurrir a la función de inversión de canales de la radio para
arreglarlo.
LXXX

6.0.5. Calibración ESC(Variadores de Voltaje)
Los reguladores son los encargados de hacer girar a los motores a
la velocidad indicada por el autopiloto. Éstos deben calibrarse de tal
modo que conozcan los valores m´ınimos y máximos de señal PWM
que van a recibir del autopiloto.
Los reguladores están comandados por una señal de tipo PWM
(Pulse Width Modulation o Modulación por ancho de pulso) la cual
puede verse en la Figura 38: modulación PWM Como su propio
nombre indica, el comando va codificado en el ancho de un pulso
eléctrico, es decir, en la duración de dicho pulso. Normalmente esta
señal se genera a 50hz. Entre pulso y pulso siempre hay un tiempo
de 20ms, siendo el ancho del pulso de entre 1ms y 2ms, en función
de las revoluciones de motor requeridas.
LXXXI

Figura 38: Modulación PWM
Si bien este es el estándar, es posible que estos valores no sean
exactamente los implementandos por nuestro equipo de radio, o bien
mediante programación de la radio los valores de salida de los cana-
les pueden estar alterados. Por este motivo la calibración y ajuste
de los reguladores es un paso fundamental para que los motores y
reguladores funcionen correctamente. Antes de realizar la calibra-
ción es necesario quitar las hélices. El procedimiento es el siguiente:
1. Encender el transmisor de radio y poner el stick de acelerador
al máximo (el procedimiento de calibración de la radio ha de-
bido realizarse previamente).
2. Conectar la bater´ıa del quadrotor. Los leds rojo, azul y amari-
llo se encenderán con un patrón c´ıclico. Esto quiere decir que
el autpiloto está listo para entrar en modo de calibración de
reguladores la próxima vez que se conecte.
3. Con el stick de gases aún al máximo, desconectar y reconectar
la bater´ıa. El autopiloto está ahora en modo de calibración de
LXXXII

reguladores (los leds rojo y azul parpadearán alternativamente,
como las luces de un coche de polic´ıa).
4. Esperar a que los reguladores emitan primero un tono musical,
luego un número determinado de pitidos indicando el voltaje
de alimentación (3 si está alimentado con una bater´ıa de 3s, 4
si es de 4s, etc) y por último dos pitidos extra que indican que
la calibración del punto de acelerador máximo ha concluido.
5. Mover el stick de acelerador a la posición m´ınima. Los regulado-
res deber´ıan emitir un tono largo, indicando que la calibración
ha concluido. En este momento, los reguladores están armados
y si se mueve ligeramente la palanca de acelerador, los motores
comenzarán a girar.
6. Por último, poner el acelerador al m´ınimo y desconectar la ba-
ter´ıa para abandonar el modo de calibración de reguladores.
Una vez realizado el procedimiento anteriormente descrito, los
reguladores han sido calibrados. No obstante, los reguladores tie-
nen ciertos parámetros ajustables, cuya configuración, en función
del dispositivo concreto, puede hacerse bien mediante el mando de
acelerador o bien mediante algún tipo de dispositivo programador.
Los ESC 30A pueden configurarse de ambas formas, siendo la más
cómoda usando una tarjeta programadora comercial. Los ajustes re-
LXXXIII

comendados por la documentación de la plata autopiloto para los
reguladores son los siguientes:
1. Freno: desconectado
2. Tipo de bater´ıa: Ni-xx (NiMH o NiCd). Aunque el multirrotor
se alimente con una bater´ıa LiPO, se recomienda este ajuste
para evitar que los reguladores paren los motores ante una ba-
jada de voltaje puntual.
3. Parada de motor: parada suave (por defecto).
4. L´ımite de motor: bajo.
5. Modo de arranque: normal (por defecto)
6. Timing: medio.
Una vez calibrados todos los parámetros y componentes el drone
ya está listo para su primer vuelo.
LXXXIV

Encuesta
Figura 39: Encuesta
LXXXV

Instrumentación de un cuadricóptero para la toma de fotografías aéreas.

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Instrumentación de un cuadricóptero para la toma de fotografías aéreas.