Hoy en día, la idea de un dron es bien conocida por un amplio público de jóvenes. Estos prácticos artilugios se emplean en diversos ámbitos profesionales. Actualmente, los drones se utilizan en la filmación de programas de televisión, ocupando el lugar de las costosas suspensiones robóticas de las cámaras. Pero, ¿cómo se estructura un aparato así?? Vamos a dar una breve explicación para aquellos que no están muy familiarizados con la construcción y el funcionamiento de un quadcopter y su propósito.
Una pequeña explicación de los conceptos
Qué es exactamente un cuadricóptero o multicóptero? Se refiere a un aparato volador que utiliza múltiples fuentes de energía de elevación, como hélices o motores a reacción. En el caso de un cuadricóptero, consta de cuatro motores, mientras que un multicóptero puede tener hasta 12 motores. El diseño de un cuadricóptero es estructuralmente robusto y puede construirse con materiales ligeros. Esta reducción de peso permite una plataforma de hardware más aerodinámica, lo que redunda en una mayor autonomía y funcionalidad del aparato. Actualmente, los cuadricópteros se distinguen por ser los más sencillos en cuanto a programación de movimientos y construcción técnica.
Principios generales de construcción
Un quadrocóptero con cámara, o un modelo básico, se construye en torno a un robusto armazón, que sirve como componente principal de su estructura. Las patas del cuadricóptero están colocadas en las esquinas del armazón, con motores acoplados a ellas. Para mayor comodidad del usuario, algunos quadrocopters utilizan bloques giratorios en estas uniones. Estas rodillas giratorias no sólo permiten el contacto eléctrico, sino que también ofrecen la comodidad de un plegado compacto, lo que facilita al propietario el transporte del aparato. Para facilitar el aterrizaje, en la parte inferior del armazón se fijan deslizadores. El diseño de estos deslizadores puede variar significativamente. Los cuadricópteros de gama alta se asemejan a helicópteros, con robustos patines metálicos. Por el contrario, los modelos más económicos pueden llevar sólo finas puntas de goma adheridas directamente al armazón.
Sugerencia: Si necesita un cuadricóptero para tareas específicas que impliquen un posicionamiento preciso y el aterrizaje en una superficie irregular, es aconsejable optar por un modelo con patas delgadas.
El bastidor de potencia también cumple una función decorativa. Es el componente más destacado de la estructura, que da forma al aspecto general del cuadricóptero. Todos los fabricantes se esfuerzan por hacer que su dispositivo no sólo sea funcional, sino también estéticamente agradable, elegante y atractivo a primera vista para los compradores potenciales. Como resultado, los chasis se fabrican con diversas formas, a menudo con dimensiones que no indican necesariamente el tamaño de los componentes internos.
Cómo vuela
- El cuadricóptero inicia su vuelo arrancando simultáneamente todos sus motores;
- Cambia de dirección inclinándose lateralmente y alterando las revoluciones del par de motores izquierdo y derecho;
- Durante el descenso, la fuerza de sustentación generada por el cuadricóptero es inferior a su peso;
- Para ganar velocidad en línea recta, el cuadricóptero ajusta los modos de funcionamiento de sus motores delantero y trasero.
De los puntos mencionados anteriormente se desprende que el quadrocóptero funciona basándose en el mismo principio que los helicópteros. Sin embargo, en lugar de inclinar el eje de la cuchilla, el quadrocóptero utiliza la diferencia en los indicadores de flujo de aire en sus lados para generar fuerza lateral.
Entender cómo gira el cuadricóptero puede ser todo un reto. Sin embargo, un helicóptero de gran tamaño puede aportar alguna idea. En un helicóptero grande, la pala principal gira en una dirección, pero transmite el par al cuerpo en la dirección opuesta. Esto ayuda a compensar cualquier rotación parásita, y el helicóptero también tiene una pala en la cola para una mayor estabilización.
El cuadricóptero funciona según un principio similar en lo que respecta a la rotación. Utiliza cuatro hélices que funcionan por pares, cada par con dos palas gemelas que giran en direcciones diferentes. Estos pares de hélices están diseñados para generar momentos iguales y opuestos a las mismas RPM. Cuando el dron necesita girar alrededor de su eje, un par de hélices disminuye el régimen del motor, creando un par que hace girar toda la estructura.
Los principales elementos funcionales
El diseño del cuadricóptero es relativamente sencillo. La estructura de potencia está encerrada en una carcasa decorativa y consta de los siguientes componentes:
- batería de iones de litio;
- componentes electrónicos;
- módulos de radio y transmisores para señales de control remoto;
- unidad de sensores;
- bloques de conversión de tensión o de frecuencia.
Los elementos más notables del cuadricóptero se encuentran en las patas remotas, que son los motores eléctricos. Dependiendo de la clase del modelo, estos motores pueden ser productos controlados por frecuencia sin colector. En los cuadricópteros más sencillos, se utilizan los motores colectores clásicos, que tienen unas palas instaladas en sus ejes que crean un flujo de aire descendente.
Relleno inteligente
Según el punto de vista predominante entre los expertos en aerodinámica, ahora es posible que incluso un objeto tan pesado como un ladrillo levante el vuelo. Y el cuadricóptero es un buen ejemplo de ello. Este modelo en concreto depende por completo de la electrónica para su control. Sin ellos, lograr un comportamiento predecible del aparato volador en el aire sería una tarea insuperable.
El giroscopio desempeña un papel fundamental en el funcionamiento del sistema de control electrónico del cuadricóptero. Este sensor es el responsable de determinar el balanceo de la aeronave en el aire. Sus lecturas se utilizan para regular el funcionamiento de los motores, garantizando así la estabilidad del helicóptero durante el vuelo. Los giroscopios de última generación son capaces de detectar cambios en la posición de la estructura en los seis grados de libertad.
Otros sensores del sistema desempeñan un papel importante. Son estos sensores los que proporcionan un control cómodo de la máquina voladora y una funcionalidad útil.
- El acelerómetro desempeña un papel crucial en el control del desplazamiento del dron. Con el control de aceleración, el dron es capaz de planear en un punto específico fijado por el operador mientras mantiene la altitud. Los modelos de gama alta pueden incluso seguir el desplazamiento causado por el viento y volver a su posición original.
- El barómetro es un sensor extremadamente útil para drones con buena altura de elevación y autonomía. El operador sólo tiene que fijar la altitud de vuelo deseada (mínima o máxima) o planear.
- Sonar. Una combinación de transmisor y receptor ultrasónico que puede encontrarse en modelos de gama alta, lo que minimiza eficazmente el riesgo de accidentes. El dron es capaz de controlar de forma autónoma su proceso de aterrizaje, evitar obstáculos y detenerse antes de llegar a las paredes. El sonar también puede funcionar junto con un acelerómetro para medir con precisión la altura de vuelo.
- Módulo GPS. Esta característica suele encontrarse en los drones especializados o de recreo premium. Utilizando las señales de este sensor, el dron puede determinar su ubicación exacta. El operador tiene la capacidad de programar la trayectoria de vuelo, crear un modo de patrulla, y mucho más.
- Cámara. Hoy en día, la demanda de este tipo de dispositivos no deja de aumentar. Las cámaras avanzadas con un uso eficiente de la energía pueden proporcionar una excelente claridad de imagen. Dependiendo del precio del cuadricóptero, existen varias características disponibles. La cámara aérea puede tener una capacidad de visión fija hacia delante o estar equipada con una función versátil de rotación y autoenfoque.
Cada bit de información producido por los sensores es analizado por un procesador central. La mayoría de los fabricantes de drones fiables desarrollan sus propias soluciones personalizadas. En los drones económicos, se instalan chips básicos y todo el programa está codificado, lo que impide cualquier modificación.
Los modelos premium se construyen con memoria flash. El usuario tiene la capacidad de programar el dron hasta cierto punto, configurando patrones de comportamiento, rutas de vuelo y ajustes adicionales.
Controles del helicóptero
Una vez que se ha explicado a fondo la estructura y el vuelo de un quadrocóptero, hay que centrarse en el operador. Hay que controlarlo, y es crucial hacerlo de forma cómoda, conveniente y precisa. Hoy en día, los operadores disponen de numerosas opciones.
- Un mando a distancia por radio permite ajustar la altura y el giro de un dron, pero carece de la capacidad de proporcionar retroalimentación. Este dispositivo cuenta con dos joysticks independientes para controlar la altitud y los giros respectivamente. Además, incluye varios botones de función como planeo, aterrizaje automático y giro. La mayor ventaja de este mando a distancia por radio es su amplio alcance, mientras que el inconveniente reside en la posibilidad de interceptación o interferencia de la señal.
- Se necesita un smartphone para manejar el dron, y sólo se puede controlar dentro del alcance del transmisor WiFi. El alcance para los smartphones normales es de hasta 100 metros sin obstáculos en la trayectoria de la señal. Sin embargo, si en la zona de vuelo hay una recepción estable de la red inalámbrica de los proveedores mundiales de Internet, el alcance del vuelo controlado del dron puede ser ilimitado. Además, los programas de control de los smartphones pueden recibir la señal de vídeo de la cámara del cuadricóptero.
Es importante señalar que los drones para fines especiales tienen sus propios complejos de programas, que permiten la máxima retroalimentación. Estos complejos no sólo permiten crear programas de vuelo y descripciones de tareas, sino que también proporcionan datos en tiempo real sobre su ejecución. Además, son capaces de mostrar la señal en directo de la cámara del dron.
En el mercado actual, es fácil comprar drones de varias clases. Van desde juguetes económicos del tamaño de la palma de la mano diseñados para el entretenimiento en interiores, equipados con webcams y conectividad para smartphone, hasta modelos más caros y altamente funcionales con capacidad de carga útil. La clave está en determinar con precisión las tareas necesarias y estar preparado para invertir en consecuencia.
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