Diseño del Cuadrotor

Principio de Funcionamiento

Para controlar el QA3 es necesario generar incrementos en la potencia entregada a cada motor. Se asume que la plataforma esta volando estable con una potencia de motores PWMQ (en los cuatro motores). Hay tres posibilidades de giro de la plataforma: roll, pitch y yaw. Roll y pitch son giros en torno a los ejes horizontales del QA3. Una inclinación en cualquiera de estos ejes produce un movimiento lineal cuya velocidad depende del ángulo (esto se denomina ángulo de ataque). Yaw es un giro respecto a la vertical y no produce movimiento lineal.

Para modificar el pitch y el roll es necesario incrementar la potencia de un motor. De esta manera la la fuerza de empuje extra generada por el motor, permite que la plataforma se incline en torno al eje correspondiente.

El yaw se genera, cuando se incrementa en igual medida la potencia de dos motores correspondientes al mismo eje. Esto genera un torque resultante que permite, que la plataforma gire. En un mismo eje un motor debe girar en un sentido y el otro en sentido opuesto, para cancelar el torque generado por cada motor y que el yaw permanezca "quieto".

Por último, se puede controlar la altura del QA3, variando la potencia de los cuatro motores en igual medida. De esta forma la plataforma puede ascender o descender.

Estructura

La estructura del QA3 es de aluminio compuesta por dos tubos rectangulares (2mm de espesor, 60cm de largo) encastrados en sus centros, formando un ángulo de 90º. Sobre el centro se encuentra la placa madre montada sobre gomas de caucho para amortiguar las vibraciones producidas por los motores.

Motores

Se utiliza motores brushless para aeromodelismo con control electrónico. A diferencia de un motor DC convencional, en un motor brushless la armadura no tiene movimiento y el imán permanente es el que gira sobre su eje. Estos motores son conocidos como outrunners. Para lograr esto es necesario generar tres señales con valor eficaz variable en forma cuasi-senoidal, como se muestra en el siguiente gráfico.

Un parámetro importante de éste tipo de motores es el

, constante que relaciona la velocidad en RPM del motor sin carga con el valor pico de tensión en las bobinas del motor. Los motores elegidos son los BL-2830-8 de la empresa RCTimer que tienen un

. Las características de estos motores son:

• Modelo: 2830-8
• Dimensiones: Ф28*30mm
• Dimensión del eje: Ф3.17*45mm
• Peso: 52g
• KV(rpm/V): 1300
• Potencia Máxima: 275W
• Batería: 2-4Li-Po
• Hélices recomendadas: 9x6/7x3
• Ri(M Ω): 0.075
• ESC(A): 30A

Controladores ESC

Los controladores de los motores (ESC, Electronic Speed Controller) permiten regular la potencia suministrada a cada motor. Se alimentan con una tensión formada con celdas NiMh o LiPo. En nuestro caso la tensión es 12v. La salida del ESC debe ser como la mostrada en la figura anterior.

Hélices

Las hélices en general tienen 2 parámetros que las caracterizan: el paso y el diámetro.

El paso se calcula como la distancia que recorrería la hélice en una vuelta si esta se moviese en un medio sólido (semejante a un tornillo). Las hélices definen el consumo de corriente de los motores, así como el empuje que se puede lograr. Las hélices utilizadas son las recomendadas por el motor, de la medida 9x6 pulgadas.

Protección

Para poder realizar pruebas seguras con el QA3 y evitar que el proyecto dure más que un solo vuelo, se decidió armar una estructura de telgopor, de manera que las hélices queden contenidas dentro del volumen formado. También se le añadió unos pies para proteger el conexionado de alimentación y que permite calibrar el "cero" fácilmente.