CONSTRUIR UN DRON PASO A PASO

 

 

COMO CONSTRUIR UN DRON PASO A PASO 

 

Definición

Un vehículo aéreo no tripulado (VANT), UAV (del inglés unmanned aerial vehicle), más apropiadamente RPAS (del inglés Remotely Piloted Aircraft System), comúnmente conocido como dron,  hace referencia a una aeronave que vuela sin tripulación, a cual ejerce su función remotamente.

Un VANT es un vehículo sin tripulación, reutilizable, capaz de mantener de manera autónoma un nivel de vuelo controlado y sostenido, y propulsado por un motor de explosión, eléctrico o de reacción.

Introducción:

La programación interna de los elementos electrónicos es una parte importante.

Es necesaria la correcta comunicación entre el controlador de vuelo y el ordenador de abordo, que controlará y ejecutará las acciones.

Para ello se realiza la conexión de la Naze32 (controlador de vuelo) con la Raspberry Pi (ordenador de abordo) a través de un cable USB y MicroUSB. Una vez se dispone correctamente de la conexión se procederá a la adaptación y calibración del controlador de vuelo desde la propia Raspberry Pi.

Una vez se obtiene la correcta calibración del controlador de vuelo habrá que proceder a obtener y guardar, a tiempo real, los datos del controlador de vuelo. Se desarrollarán para ello, una serie de programas en la Raspberry Pi que, a través del puerto de conexión USB, recojan los valores de giros, altura, inercias y aceleraciones que mide el controlador de vuelo, para que luego se puedan utilizar durante el vuelo del dron, ajustar los controladores de estabilidad, ajustar movimientos y velocidades de giros,…

 

 

Una vez se consiguen obtener los datos procedentes del controlador de vuelo, se simulan y representan los movimientos para observar si las unidades y valores que se analizan son correctos.

Esto es debido a que si no partimos de resultados más o menos exactos, las posiciones que tendría el cuadricóptero podrían ser erróneas y sus desplazamientos serían inadecuados.

Cuando se dispone de una simulación acertada se pasa a la programación de los movimientos deseados a partir de todos los datos recogidos del controlador de vuelo. Por eso lo más importante será que se obtengan datos a tiempo real de los movimientos de este como se indicó en la primera parte del apartado.

Finalmente en el caso de querer realizar un enjambre con diferentes drones que se comuniquen entre ellos se hará uso de un programa que no solo recoja los valores de posición y movimiento del primer cuadricóptero, sino que lo mandará por bluetooth o a través de una red Wi-Fi a otra Raspberry.
El bluetooth tiene un alcance aproximado de unos diez metros sin obstáculos, por tanto para los vuelos en espacios reducidos se podría utilizar este método de transmisión, mientras que en caso de grandes espacios, de ser posible, se utilizará como medio de comunicación entre dos Raspberry Pi, una red Wi-Fi a la que se encuentren ambas conectadas.

Si se quiere programar o modificar los códigos se puede utilizar el escritorio remoto de un ordenador portátil conectado por Wi-Fi a la misma red utilizando un programa llamado VNC Viewer.

 

 

COMPONENTES

Los Componentes necesarios para la construcción de un dron, así como la parte correspondiente al software interno de ellos.

Se separará en dos clases principales:

La primera en la cual se analizaran los componentes físicos que existen en el mercado (ordenadores de abordo, controladores de vuelo, hélices, materiales para su construcción,…);

La segunda relacionada con los diseños internos y de software como puede ser la programación, el controlador PID,…

 

Diseño y elección del hardware

Controladores de vuelo

A – PIXHAWK

Uno de los controladores más conocidos es el Pixhawk. Es un proyecto independiente de hardware libre que busca proporcionar a las escuelas, comunidad industrial y amantes de los drones, un controlador de vuelo de alta calidad al menor precio posible.

Dispone de:
– 168 MHz Córtex M4F CPU (256 KB de RAM, Flash 2MB)
– Sensores: 3D ACC / Gyro / MAG / Baro.

– Copia de seguridad integrado, anulación y el procesador a
prueba de fallos con mezclado.
– Ranura microSD, 5 UART, CAN, 12C, SPI, ADC, etc.

 

 

B – ALTIMU-10
Es un controlador compacto que combina un barómetro digital, 3 giroscopios, 3 acelerómetros y un magnetómetro de 3 ejes para formar una unidad de medición inercial (IMU), y un altímetro.

 

 

C – RAZOR IMU 9DOF

También podemos encontrar controladores del tipo Razor IMU(9DOF). Este controlador de vuelo incorpora el triple eje del giroscopio, el triple eje de acelerómetro y el triple eje de magnetómetro para darle al controlador nueve grados de medición inercial.
Esta placa viene programada con el gestor de arranque de Arduino. Las salidas de todos los sensores son procesadas por un ATmega 28 que viene incorporada en el propio controlador, permitiendo al Razor ser utilizado como poderoso mecanismo de control para vehículos aéreos no tripulados, vehículos autónomos y sistemas de estabilización de imagen.
También dispone de un menú de auto-arranque, de funciones y ayuda integrada en el ejemplo de firmware, pines de salida que coinciden con base FTDI breakout, Bluetooth, explorador Xbee (chips de comunicación inalámbrica que puede sustituir a los cables en una comunicación en serie) , una entrada de 3.5-16 VDC, un interruptor de control ON-OFF y un botón de Reset.

 

D – NAZE32

Controlador de vuelo.
Como la idea del proyecto es realizar un dron de bajo coste, la elección tomada en este caso para el microcontrolador sería la Naze32.

Este es un controlador de vuelo barato que nos servirá para transmitir las órdenes del ordenador de abordo a los motores del dron.

Tendremos que tener en cuenta que existen varios tipos de microcontroladores Naze. Principalmente tendremos 2, la Naze32 y la NazeAcro.

La principal diferencia que se encuentra entre estos 2 tipos de microcontroladores es que la ‘32’ dispone de barómetro (el cual permite mantener la posición en cierta altura).

Por otro lado los Acro solo dispondrán de los giróscopos necesarios para la estabilización y de los acelerómetros. Estos también se encuentran en las Naze32 como es lógico.

 

Se eligirá la Naze32, la cual realiza perfectamente la función deseada.

La Naze32 fue diseñada para pequeñas embarcaciones a multirrotor de tamaño medio, pero con el tiempo se ha vuelto muy útil y utilizada en los proyectos de multirrotores.

Características principales de la Naze32 encontramos:

– Salidas de motor flexible soportando Quad/Hexa/Tri/Bi/Y4/Y6/Octo/Camara Cardan(siendo por defecto la Quad-X).
– Hasta la entrada RC 8 ch – apoyando los receptores estándar (PWM), receptor PPM Sum (FrSky,etc), o receptores de satélite Spektrum.
– Vigilancia de la tensión de la batería.
– Moderno procesador de 32 bits funcionando a 3,3V / 72MHz.
– Dispone de un MicroUSB para la instalación y configuración.
– LEDs de señalización bastante potentes.
– Software de configuración basado en MultiWii para una instalación sencilla.

Especificaciones principales del controlador :
– Dimensiones 36×36 mm (30,5 mm de montaje).
– 5,3 gramos (sin conectores, con ellos pesa 7,3 gramos).
– 2000 grados/segundo de 3 ejes giroscopio MEMS + acelerómetro (MPU6050).
– Tensión de entrada: 16V Max en el carril de entrada y hasta 36V en la línea de detección de tensión.

 

 

Ordenador de abordo

Disponemos de varios dispositivos diferentes que servirán como ordenador de abordo.

 

A – ArduinoDue

Arduino es una plataforma de hardware libre basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares.

El hardware consiste en una placa con un controlador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. Arduino puede tomar la información del entorno en el que se encuentra a través de sus entradas analógicas y digitales, puede controlar luces, motores, así como otros actuadores que se le conecten.

El microcontrolador en esta placa se programa mediante el lenguaje de programación Wiring y el entorno basado en Processing.
Cuenta con un software que se puede descargar de la página oficial y los proyectos se pueden ejecutar sin necesidad de conectar a un ordenador.

Una de las placas Arduino más utilizadas para esto es la ArduinoDue.  Esta contiene todo lo necesario para apoyar a un microcontrolador, además basta con conectarlo a un ordenador con un cable micro-USB para empezar.

Esta placa funciona a 3,3 V aunque existen algunas que funcionan a 5V. Tiene 54 entradas/salidas digitales siendo 12 a salida PWM. Dispone de una memoria flash de 512 KB para aplicaciones de usuario y tiene una velocidad de reloj de 84 MHz con un peso de unos 36 gramos.

También dispone de un núcleo de 32 bits, que permite operaciones en 4 bytes de datos dentro de un único reloj de la CPU y de 96 Kbytes de SRAM.

 

 

Parte 1

 

 



Learn , Conceptos Básico de Cálculos Eléctricos for Beguinners

DIFERENCIA DE POTENCIAL (d.d.p.): Es la diferencia de potencial eléctrico entre dos cuerpos. También se le llama TENSIÓN o VOLTAJE.

Su unidad es el VOLTIO (V).


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LEARN CONCEPTOS BÁSICOS de TRANSMISIÓN de MOVIMIENTO con ENGRANAJES for BEGUINNERS Parte 1

Engranajes:

son mecanismos formados por varias ruedas dentadas unidas. No necesitan correa de transmisión.

engranajes

El de la derecha será un engranaje simple y el de la izquierda un tren de engranajes.

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El significado de automatización hace referencia a los trabajos realizados por un operario humano y que en la Industria 4.0 pasan a ser automátizados y sustituidos por una máquina automática, un software informático o por un robot.



   PLC 
Los PLC (Controlador lógico programable) o autómatas programables son dispositivos electrónicos que permiten programar una lógica para controlar todo tipo de máquinas y procesos industriales.


    TIA PORTAL 

TIA Portal es un software que integra todos los componentes de las máquinas para controlar procedimientos y operaciones. Al ser una aplicación es modular, es posible añadir nuevas funcionalidades que se adapten a las necesidades de la aplicación.

Es ideal para hardware que utilizan el S7-1200 y S7-1500. Es una realidad que los nuevos paneles funcionan mejor con este programa. Además, se obtiene una fácil migración de los proyectos con sistemas ya existentes.

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El entorno de desarrollo integrado Sysmac Studio le permite aumentar su productividad, ya que se trata del primer entorno de desarrollo integrado (IDE) del sector que integra lógica, motion, robótica, HMI, visión, detección, seguridad y simulación en 3D en una única plataforma.


 PYTHON 
Es un lenguaje de programación interpretado cuya filosofía hace hincapié en una sintaxis que favorezca un código legible. Y define este como un lenguaje multiparadigma, debido a que soporta orientación a objetos, programación imperativa y en menor medida programación funcional. Es interpretado de tipado dinámico y multiplataforma.


 

Existen dos vertientes de normativa relacionadas. La que afecta a los equipos empleados en zonas ATEX y la que afecta a la determinación de zonas ATEX en las zonas de trabajo.

Analizaremos primero nuestra perspectiva, la del fabricante y distribuidor. Para la fabricación y distribución de equipos ATEX aplica la Directiva de productos ATEX 2014/34/EU. Esta Directiva europea es posteriormente traspuesta a la normativa local de cada país miembro dentro de la UE.



Los robots móviles AGV han sido especialmente diseñados para mejorar el rendimiento de los procesos en el transporte y distribución de materiales en las fábricas y almacenes, y pueden trabajar tanto en interiores como en exteriores.


La robótica industrial y la automatización son los pilares que han hecho posible la consolidación de la Industria 4.0, además de traer consigo numerosos beneficios para la productividad y eficiencia de los recursos de producción.
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Los grupos hidráulicos, en hidromecánica, son conjuntos de componentes hidráulicos que permiten alimentar una red o sistema hidráulico con aceite y a un caudal determinado.

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Neumática

Se puede definir la neumática, como el conjunto de tecnologías que usan un gas como medio para transmitir energía.

El proceso es sencillo y a la vez tiene una cierta complicación debido a los elementos requeridos para su aplicación. En el proceso se aprovecha la capacidad de compresión de los gases para acumular energía, al aumentar la presión de los mismos en el interior de recipientes o circuitos.

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Software de programación GX Developer FX

El potente software basado en Windows™ es sencillo y fácil de instalar en PC y admite los PLC serie FX de Mitsubishi. El software es fácil de usar con una interfaz intuitiva y una curva de aprendizaje corta. Permite programar sus propios bloques de funciones y tiene una amplia gama de utilidades disponibles para configuración. También puede probar todas las funciones clave de sus programas antes de aplicarlas con el modo de simulador de fuera de línea GX.

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TIA PORTAL ,Parte 2 , Lenguaje Estructurado SCL _1

SCL es un lenguaje de texto estructurado cuya sintaxis es similar a otros lenguajes de alto nivel y propósito general como el Pascal o el C , además , es un  leguaje de control basado en texto ,se utiliza para la  ejecución de cálculos complejos , algoritmos y operaciones con datos .

Se corresponde con la norma IEC 61101-3(ST)

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Esquemas Planos Eléctricos

Un plano eléctrico es la representación de los diferentes circuitos que componen y definen las características de una instalación eléctrica y donde se detallan las particularidades de los materiales y dispositivos existentes.

La instalación eléctrica se puede representar sobre uno o varios planos diferentes.

Para representar estos planos pueden utilizarse diferentes tipos de esquemas eléctricos normalizados y estandarizados, entendiendo como esquema eléctrico el conjunto de conexiones y relaciones eléctricas coherentes mediante símbolos de los componentes de un sistema eléctrico.

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Eplan

EPLAN Electric P8 es un sistema de ingeniería consistente, integrado y rápido que se utiliza para planificar y diseñar la ingeniería eléctrica de máquinas y sistemas de planta.

El software es compatible con una amplia variedad de métodos de ingeniería: desde la creación manual hasta una planificación estandarizada basada en plantillas.

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Evitar explosiones eficazmente: introducción a la

protección ATEX

Existen dos vertientes de normativa relacionadas. La que afecta a los equipos empleados en zonas ATEX y la que afecta a la determinación de zonas ATEX en las zonas de trabajo.

Analizaremos primero nuestra perspectiva, la del fabricante y distribuidor. Para la fabricación y distribución de equipos ATEX aplica la Directiva de productos ATEX 2014/34/EU. Esta Directiva europea es posteriormente traspuesta a la normativa local de cada país miembro dentro de la UE.

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VISIÓN ESTRATEGICA ENERGÉTICA

  • En el corto plazo, el nuevo plan estratégico 2021-2023 aumenta las inversiones un 25% hasta 7.900 millones para acelerar la descarbonización y la digitalización.

Evitar explosiones eficazmente: introducción a la protección ATEX

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VISIÓN ARTIFICIAL

La visión artificial ayuda a resolver tareas industriales completas en forma confiable y consistente

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ENERGY EFFICIENCY IN INDUSTRY

La industria, sector intensivo en el consumo de energía, ha sido uno de los sectores en el que más han incidido las actuaciones orientadas a mejorar la eficiencia energética.

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TECNOLOGÍAS

El concepto de tecnología puede ser bastante amplio, ya que ha estado presente en la humanidad desde la invención de utensilios, herramientas y técnicas.

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Meet Crossrail’s giant tunnelling machines

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Python desde cero

LESSON TWO

Variables en Python

Las variables son uno de los dos componentes básicos de cualquier programa.

En su esencia, un programa está compuesto por datos e instrucciones que manipulan esos datos. Normalmente, los datos se almacenan en memoria (memoria RAM) para que podamos acceder a ellos.

Entonces, ¿qué es una variable? Una variable es una forma de identificar, de forma sencilla, un dato que se encuentra almacenado en la memoria del ordenador. Imagina que una variable es un contenedor en el que se almacena un dato, el cuál, puede cambiar durante el flujo del programa. Una variable nos permite acceder fácilmente a dicho dato para ser manipulado y transformado.

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LA EFICIENCIA ENERGÉTICA puede significar la

diferencia entre rentabilidad y pérdidas económicas.

Producción más limpia :

Se utiliza  para acelerar la aplicación de estrategias ambientales preventivas a procesos, productos y servicios, para aumentar la eficiencia y reducir los riesgos para los seres humanos y el medio ambiente.

Aborda,

a) Eficiencia productiva: optimización del uso productivo de los recursos naturales (materiales, energía y agua);

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AUTOMATIZACIÓN Y LA EFICIENCIA ENERGÉTICA ,

es la diferencia entre ahorro y perdidas económicas.

Los conceptos de automatización eficaces están basados en componentes multifuncionales sin las limitaciones de rendimiento causadas por los procesadores, la memoria o la tecnología de la comunicación.

Algunos conceptos como el funcionamiento determinístico en multitarea, tiempos de reacción mínimos o un concepto de software completo son elementos básicos en el ahorro de energía en los servo-accionamientos.

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APRENDER PROGRAMACIÓN con PYTHON , DATOS

BÁSICOS DE PYTHON , PARA PRINCIPIANTES , Parte 3

Los tipos de datos

En cualquier lenguaje de programación de alto nivel se manejan tipos de datos. Los tipos de datos definen un conjunto de valores que tienen una serie de características y propiedades determinadas.

En Python, todo valor que pueda ser asignado a una variable tiene asociado un tipo de dato.

En Python todo es un objeto. Así que los tipos de datos serían  las propiedades  y las variables serían las instancias (objetos) de los tipos de datos.

M  a  s  . . . 

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