Tag Archive: ZMR250


Para realizar el  vuelo en el exterior, hay que buscar un lugar que no este cerca de aeropuertos, pueblos o ciudades, ni haya aglomeraciones de gente.

  • La distancia mínima hasta un Aeropuerto ha de ser de por lo menos 8Km.
  • La altura máxima que se puede alcanzar es de 120 metros.
  • El vuelo hay que hacerlo dentro del alcance visual y no mas lejos de 500mts.

Adicionalmente hay que leerse las recomendaciones de AESA para el vuelo de Drones como Hobby, ademas seria bueno contar con un seguro de responsabilidad civil por si el aparato cae y ocasiona algún daño.

He realizado estos primeros vuelos en la ladera donde habitualmente vuelo el velero (esta a algo mas de 12Km del Aeropuerto), por seguridad he realizado el vuelo a baja altura (generalmente a la altura de la vista o poco mas, en ningún momento he superado los 10mts de altura) y sin alejarlo mucho para tenerlo perfectamente controlado y visible (dentro del recinto de la campa).

Llevaba la batería cargada para realizar un vuelo de unos 4-5 minutos, prepare la cámara para hacer la grabación pero se me olvido dar al REC, así que cuando pasaron los 4′ que había programado en el temporizador de la emisora lo baje y cual fue mi sorpresa que al ir a apagar la cámara no había activado la grabación, así que que me cerciore de activar la grabación y realice un segundo vídeo corto (ya pitaba por batería baja), que es el que aparece al principio del vídeo, en ambos casos el ZMR se comporto bien en general a pesar de hacer viento, aunque como es lógico al no disponer de GPS tenia que corregir la posición.

Realice algunos vuelos mas en varias ocasiones que fui a volar el velero, en una de ellas mi amigo Santi que también fue a volar me echo una mano en las grabaciones, mientras yo me centraba en pilotar el ZMR, ademas le puse la cámara de FPV CM275T que ya use para gravar el vuelo del velero Ion y que se ve también en el vídeo.

Unas imágenes mas:

En el suelo antes de despegar, se ve la cámara FPV CM275T

En esta imagen se ve un panel de led (WS2812B) que le he puesto en la parte traseras, para señalizar nivel batería, motores armados, estado GPS, etc.

La duración de la batería de 1800mA rondaría los 5 minutos, pero tal como tenia programado para que pitara por batería baja en la controladora (a 3,7v) luego en casa comprobaba que aun le quedaban sobre 900-1000mA de capacidad, por lo que es fácil que dure cerca de 7-8 minutos en vuelo estacionario, así que tras el ultimo vuelo que hice he reajustado el aviso a 3,6v por celda, en siguientes vuelos ire comprobando con que capacidad se queda con este nuevo ajuste.

Pequeño vídeo de los vuelos

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En la próxima entrada el sistema de FPV.

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Emisora

La emisora que utilizo para controlar el ZMR-250 es la Multiplex 3030 de 9Ch que tengo hace ya muchos años y a la que recientemente le he añadido transmisión en 2.4Ghz con un modulo de DIY de Corona.

Receptor

El receptor es un corona de 8Ch a 2.4Ghz al que le he añadido un conversor de PWM a PPM para tener solo un cable entre el receptor y la controladora de vuelo.

Como he unido el receptor y conversor esta explicado en el montaje del chasis y cableado controladora y queda así conectado con la controladora:

Este receptor tiene Failsafe y lo que tengo que hacer antes de cada vuelo es dejarlo programado para que si pierde la señal con el transmisor corte motores.

Configuración emisora RC

La asignación de canales inicial que he realizado en la emisora es la siguiente:

  • Ch1 para Aleron o Roll.
  • Ch2 para Profundidad o Pitch.
  • Ch3 para motor.
  • Ch4 para dirección o Yaw.
  • Ch5 para control de altura y GPS (switch H – 3 posiciones).
    • Sin uso (arriba)
    • Barometro (centro)
    • GPS-RTH (abajo)
  • Ch6 para ? y Beeper (switch I – 3 posiciones)
    • Sin uso (arriba)
    • Sin definir (centro)
    • Beeper (abajo)
  • Ch7 para modos de vuelo (switch G – 3 posiciones).
    • Angle (arriba)
    • Horizon (centro)
    • Acro (abajo)
  • Ch8 para armado motores (switch LS – 2 posiciones).
    • Motores Desarmados (arriba)
    • Motores Armados (abajo)
      • Ademas de armar motores me activa una cuenta atrás que he configurado en 5 minutos.

La programación es la siguiente (Si la emisora esta en alemán, algo a lo que hace tiempo me acostumbre):

Configuración Controladora SP Racing F3

Lo primero que hice con la controladora fue actualizar el firmware a su ultima versión disponible, la que tengo puesta es la V2.0.5.

En los siguientes pantallazos se puede ver como tengo configurados los diferentes apartados de la controladora, son ajustes iniciales que a lo largo del tiempo pueden ir cambiando.

Lo que hay que hacer una vez que ya tenemos cargado el firmware, es colocar el ZMR en una superficie plana y calibrar el Acelerometro.

En “Mixer” escojo Quad X, En “board and Sensor Aliggnment” pongo +90º para Yaw Degrees ya que la controladora esta girada esos grados, En “System configuration” activo Accelerometer y Barometer (que en mi caso lo tiene la controladora), Magnetometer de momento lo tengo desactivado, En “Personalización” le doy nombre, En “Receiver” escojo PPM Rx input dado que la señal que mando del receptor a la controladora es PPM, En “ESC/Motor Features” escojo ONESHOT125 que es el protocolo que tienen los ESC que tengo, activo MOTOR_STOP para que no giren los motores cuando armo motores y ajusto los valores de mínimo y máximo que tienen que corresponder con los entregados por la emisora.

En este apartado de Power & Battery el apartado de “Maximum Cell Voltage” hay que configurarlo en 4,3v, porque si se deja en 4,2V lo que pasa es que, cuando la batería esta completamente cargada al conectarla la controladora se pone a pitar por tensión alta, el valor de “Warning Cell Voltage” es a gusto de cada uno, yo lo he configurado inicialmente en 3,7v que equivale a que le queda un 15% de capacidad y hay que aterrizarlo ya (tras los primeros vuelos lo reduje a 3,6v ya que aun le quedaba a la batería sobre un 40%).

Los PID los he dejado como vienen por defecto.

Es importante que el centro del Stick (1500) coincida en valor con el indicado en “Stick Center” que normalmente sera 1500.

Si no se arman los motores al actuar con el canal AUX correspondiente puede ser por no tener bien ajustados los valores de “Stick Min”, “Stick Center y “Stick Max” del apartado Receiver y “Minimun Throttle” y “Maximun Throttle” del apartado Configuration, también puede ocurrir que si esta el Multicoptero boca abajo (si esta suspendido en una cuerda) tampoco arma motores.

 

En esta pantalla se pueden probar el funcionamiento de los motores y también activarlos de forma manual.

En esta pantalla se pueden ajustar que datos enviara la controladora al OSD.

En mi caso la funcionalidad de Blacbox la tengo desactivada.

En esta pantalla se pueden meter comandos a traves del CLI.

Y una primera prueba colocando el ZMR suspendido por medio de una cuerda, de esta manera se puede probar sin riesgo si todo funciona correctamente, la prueba después de solucionar algunos problemillas de configuración salio bien, al principio no me armaba motores por no tener bien configurados los valores de “Stick Min”, “Stick Center y “Stick Max”, ademas cuando lo suspendía con la cuerda y se quedaba boca abajo, no armaba motores por lo que tenia que sujetarlo con la mano para que estuviera en su posición normal y ahí si me armaba los motores.

Ya el siguiente vuelo sera en el campo de vuelo.

Vídeo explicativo:

Enlaces de interés:

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En la próxima entrada el primer vuelo de prueba.

Variadores o ESC, Batería y Motores. Teoría y cálculos

Para determinar que motor, ESC y batería utilizar se necesitan varios datos y realizar algunos cálculos.

  1. Determinar el peso total que va a tener el ZMR-250 en orden de vuelo.
    1. Para ello relleno una hoja excel con los componentes a utilizar.
  2. Seleccionar motores/helice (en función a la relación empuje/peso deseada).
  3. Seleccionar variadores o ESC según consumo del motor/hélice seleccionada.
  4. Seleccionar la Batería, capacidad y C de descarga según consumo total y tiempo de vuelo deseado.
    1. Según la batería seleccionada el peso de esta variara, por lo que si excede significativamente  lo que en un principio le habíamos calculado, habrá que re-calcular todo o escoger una batería de menor capacidad (mAh), que cumpla con los requisitos de peso que inicialmente le habíamos asignado.

Añado una imagen de la hoja de calculo de OpenOffice que he realizado, para tener unos cálculos aproximados según motor, el peso del multicoptero es completo en orden de vuelo según mis cálculos (con sistema de FPV y GPS), los cálculos están realizados suponiendo una curva lineal de potencia del motor, cosa que no es así (no es lineal en realidad, tiene curvatura), pero como aproximación puede valer, el peso de la batería lo he estimado en 165gr para la 3S y 1800mAh y el mismo peso si es 4S pero 1500mAh (de echo la batería que tengo es lo que pesa).

El peso en rojo es el que teóricamente podría tener el ZMR-250 y que los motores con las palas seleccionadas podrían levantar, los cálculos en rojo de ESC y C Batería son los calculados con el motor al 100%.

Vídeo explicativo de la parte de cálculos:

Motores

El motor es el encargado de convertir la energía eléctrica que le suministra el variador en movimiento mecánico, movimiento que hace girar una hélice,  que sera la que en ultima instancia propulsara el multicoptero.

Para elegir los motores y que el ZMR-250 se mueva con soltura, hay que calcular que en conjunto puedan levantar mínimo sobre 2,5 veces el peso del Quadcopter o Multicoptero en orden de vuelo (en algunas web y vídeos comentan 2 veces) y dejar un margen de seguridad de digamos el 25%, para el ZMR-250 tengo calculado según los materiales seleccionados, un peso que rondara los 700gr en orden de vuelo y con todo el sistema FPV montado mas cámara de grabación y GPS, con estos datos realizo los cálculos:

  • Empuje que tienen que dar los 4 motores en conjunto: 700gr x 2,5 veces = 1750gr
  • Empuje por cada motor al 75% de potencia máxima: 1750gr / 4 = 437,5gr
  • Empuje por cada motor al 100% de potencia máxima: 2333gr / 4 ~ 583gr (redondeando 600gr)

Un motor típico que he visto se usa en este tipo de Quadcopter es el DYS BE1806 2300kv (pagina características), según características con una batería 4S y pala 5x4x3 (5040 tripala) tiene un empuje al 100% de 600gr con 13,2A de consumo, digamos que al 75% el empuje sea de alrededor de 450gr para redondear, en principio seria valido para el Quadcopter que pretendo montar, en cuanto al variador o ESC, deberá de soportar esos 13,2A que consume el motor a su máxima potencia con la pala seleccionada, normalmente este motor se monta con variadores de 12A pero que soportan 15A durante un periodo corto de tiempo. En mi caso para elegir el motor he tendido en cuenta algunas cosas mas, una de ellas es que sea un motor que me sirva, si en un futuro monto un Quadcopter algo mayor, digamos un 280mm o incluso un 330mm para uso fotográfico y que ya iria con palas de 6″ (Gimbal+Camara tipo Gopro) y que puede tener un peso en orden de vuelo de 1kg o algo mas, que sea un motor de cierta calidad y no se queme o rompa al 4º vuelo.

El motor elegido es un Emax RS2205S 2300KV que he comprobado que también se usa en este tipo de modelos, cuando se alimenta con una LiPo de 3S (la que tengo actualmente) puede cada motor con unos 800gr a tope de potencia con una helice 5040 tripala y un consumo de 20A a tope (test del modelo anterior, este da algo mas de potencia), al 75% serian sobre 600gr, con lo que tengo potencia de sobra para el ZMR-250, si lo que uso es una LiPo de 4S con una hélice 6030, el motor tiene un empuje máximo de 1349gr con un consumo de 29’4A y de alrededor de 1000gr al 75% con un consumo de alrededor de 20A, lo que hace que el ZMR-250 sea muy rápido y ágil, eventualmente podría usarlos para volar un Quadcopter con un peso inferior a 1,6Kg.

Hélices

Las hélices son las que por medio del movimiento de giro que les proporciona el motor y por la forma de sus palas, generan la sustentacion que hace que el multicoptero se eleve y se mueva en las diferentes direcciones.

La elección de hélices que he realizado es la siguiente, he escogido varios modelos que tienen un consumo de corriente similar y que están soportadas según las características del motor:

  • Hélice 6030 de 2 palas con una LiPo de 4S a 3,8A/300gr y a 29,4A/1349gr
  • Hélice 5040 de 3 palas con una LiPo de 4S a 4,9A/300gr y a 32,4A/1309gr
  • Hélice 5045 BN de 2 palas con una LiPo de 4S a 4,3A/300gr y a 30,7A/1258gr

Claramente la 6030 de 2 palas es la que mejor rendimiento da, también la que mas justa de tamaño quedara, en principio he elegido la tripala 5040 que en las características del motor EMAX 2205 (el modelo anterior al “S”) da el siguiente empuje:

  • Hélice 5040 de 3 palas con una LiPo de 3S a 5,4A/300gr y a 20,4A/805gr

Con este empuje obtengo una relación empuje/peso de 3,5, que es superior a la relación de 2,5 necesaria, así que bien.

Variadores o ESC

Los variadores electrónicos son los encargados de por medio de las ordenes de control que les proporciona la controladora de vuelo, enviar la energía eléctrica a los motores, para que estos giren en el sentido y velocidad que la propia controladora, a partir del movimiento de los stick de la emisora determine.

Sabiendo que el consumo máximo sera de 32,4A si uso una batería de 4S (lo normal es que nunca ponga el motor al máximo y de hacerlo seria por un periodo muy breve), he elegido unos variadores o ESC FVT LittleBee 30A, valido para LiPos de 2 a 6S.

Estos variadores entregan hasta 30A continuos y pueden manejar 35A durante 10 segundos, para el hipotético caso que ponga los motores al máximo durante un corto periodo de tiempo, con el ZMR-250 no va a pasar porque voy sobrado de potencia y sera difícil que pase del 75% de potencia y si es un Quadcopter mayor sera para un vuelo mas tranquilo y tampoco necesitare ponerlo al máximo de potencia y ya he calculado que al 75% da el empuje necesario para un vuelo con soltura.

Batería

La batería no es ni mas ni menos que el lugar donde se almacena, la energía eléctrica que servirá para hacer funcionar el multicoptero, dependiendo de la capacidad de almacenamiento y tensión/corriente suministrada, el multicoptero volara mas o menos tiempo.

 

Inicialmente he elegido una batería de 1800mA de 80/160C, junto con un tester que me dice la tensión por elemento y el total, ademas de pitar si se alcanza una tensión mínima que puedo configurar, con esta batería el tiempo de vuelo teórico estimado sera de 4 minutos y hasta un máximo de 8 minutos si es vuelo estacionario, cuando haga las pruebas reales de vuelo podre determinar el tiempo de vuelo real.

Otro elemento importante es la bolsa para proteger el entorno de la batería si esta se hincha y/o explota, tanto en la carga como en el transporte y almacenamiento.

Las baterías de Lipo tienen una tensión por celda nominal de 3,7v, así una batería de 1S es de 3,7v, si es de 2S es de 7,4v, de 3S tiene 11,1v y así sucesivamente, luego esta la capacidad de la batería en mAh, en mi caso es de 1800mAh, lo que quiere decir que si el aparato que conecto tiene un consumo de 1800mA o lo que es lo mismo 1,8A, estará funcionando aproximadamente durante 1 hora, adicionalmente lleva impreso un tercer dato que son las C de descarga, esto quiere decir cuantas veces la corriente nominal es capaz de entregar de forma continua, en mi caso es de 80/160C, esto es 1,8Ax80C = 144A puede suministrar de forma continua hasta que se descargue y 1,8Ax160C = 288A durante un instante. Ademas hay que tener en cuenta que la tensión máxima a la que se puede cargar es de 4.2v por celda o elemento, la tensión de descarga mínima son 3.0v (aunque es mejor por seguridad no dejar que baje de 3.5v y mejor aun tener aviso cuando llegue a 3,7v, a esta tensión solo le quedara alrededor del 15% de capacidad, lo que nos indicara que es hora de aterrizar) y la tensión de almacenamiento entre usos es de 3.8v por celda, la carga suele ser a 1C y normalmente lo especificara el fabricante en la batería, podemos cargarla con una tasa menor (por ejemplo a 0,5C) lo que hará que se caliente menos en la carga pero tardara el doble de tiempo en cargarse.

Tabla que relaciona capacidad en % y tensión de la LiPo (Fuente original de la tabla)

He calculado basándome en las características, que cada motor con una hélice tripala 5040 y batería 3S, tiene un consumo de alrededor de 5’4A con un empuje de 300gr (1200gr entre los 4) suficiente para elevarlo, mantenerlo a una cierta altura y un vuelo suave, con un consumo de 10’8A cada motor tiene un empuje de 500gr, con un empuje total de 2000gr suficiente para un vuelo con soltura (son mas de 2,5 veces el peso del Quadcopter), pongamos un consumo medio por motor de 7,5A que entre los 4 suman 30A, con estos datos se que voy a tener una duración de vuelo redondeando de algo menos de 4 minutos, puede que unos 3 minutos si le doy caña y sobre 6 minutos con un vuelo tranquilo.

  • 60minutos/4minutos = 15 x 1,8A = 27A teóricos

Si el calculo lo hago con una batería de 4S y 1500mA, tengo lo siguiente, el motor a 4S y hélice tripala 5040, tiene un consumo de alrededor de 4,9A con un empuje de 300gr (1200gr entre los 4) y con un consumo de 8,2A tiene cada motor un empuje de 500gr, lo que da un empuje total de 2000gr suficiente para un vuelo con soltura (son mas de 2,5 veces el peso del dron), en este caso el consumo medio es de 6,5A (26A) y el vuelo duraría algo mas de 4 minutos.

  • Se puede ver como con una batería de 4S tengo menor consumo para el mismo empuje.

Para calcular las C de la batería, se necesita saber el consumo máximo de cada motor y los Ah de la batería seleccionada, pongamos el caso de que es una batería 4S de 1500mA, los motores Emax RS2205S 2300KV a 4S y con una hélice 5040 tripala tiene un consumo máximo de 32,4A, si lo multiplico por 4 motores me da un consumo de 130A, voy a sumarle ademas orientativamente 1A de consumo combinado del receptor, controladora y FPV, ahora se que la batería tiene que poder entregar sobre 131A en un momento determinado, así que 131A de consumo máximo dividido entre 1,5A de la capacidad de la batería sera igual a las C que tiene que poder dar puntualmente la bacteria:

  • Motores a máxima potencia 32,4Ax4+1A=131A/1’5A=87C
  • Motores al 75% de potencia 20Ax4+1A=81A/1’5A=54C

Habría que escoger unas baterías de 65C para tener algo de margen y que puntualmente puedan dar 90C, las que he elegido son de 80C (80 veces la capacidad de la batería) y por un corto espacio de tiempo hasta 160C.

Nota: En la hoja de características del motor no viene el consumo con 1000gr de empuje, así que lo he calculado un poco a ojo viendo el salto entre los diferentes apartados, si calculo que son 25A por motor entonces me daría 66C (curva lineal), de ahí el no ajustarlo a las 54C que en teoría me da.

Añado un enlace que conocí a través de uno de los vídeos de Oliver Nabani (enlace al vídeo), a la aplicación eCalc y que podremos usar para ver si hemos calculado bien los componentes, aunque hay que tener en cuenta que no es exacta 100% y la versión gratuita esta limitada:

Yo he puesto los datos de mi ZMR-250 para ver que resultados me da (como no puedo seleccionar mi motor he escogido el de 2600KV que tiene una potencia similar):

Vídeos test motores:

Algunos vídeos recomendados (dentro de cada canal hay mas vídeos de interés):

Vídeos Hélices y balanceado:

Enlaces y Vídeos sobre baterías:

Montaje variadores y motores

Vídeo explicativo del montaje y conexionado de motores y variadores:

En esta imagen se ve el motor ensamblado en uno de los brazos, inicialmente iba a poner unos conectores en los cables, pero al final lo mejor es soldar directamente los cables del motor a los puntos de soldadura del variador, ahorro peso, quedan mejor recogidos los cables y un punto menos de fallo por mala conexión.

Tanto por debajo como por arriba se han puesto unos pads de amortiguación para limitar posibles vibraciones, también lleva un protector de motor contra impactos y una pata, para ensamblar los motores he utilizado tornillos de M3x12.

 

Sobre el brazo he colocado un recorte de velcro donde va apoyado el variador, haciendo a la vez de aislante con respecto al carbono del propio brazo.

El variador va sujeto con tres bridas, he recortado justo la parte de la funda transparente que lleva en la zona de soldadura, para poder soldar los cables del propio motor (previamente se han retirado los cables que trae el variador)

Y luego una vez soldado los cables del motor al variador, le he puesto un trozo de termo-retractil transparente en esa zona, para que el motor gire de izquierda a derecha o giro horario, el conexionado es sin cruzar cables entre el motor y variador (motor y variador de la parte inferior) y para que el motor gire de derecha a izquierda o giro antihorario, se cruzan dos cables de la conexión entre motor y variador (motor y variador de la parte superior de la imagen).

En las siguientes imágenes detalle de como queda una vez colocado conjunto motor-variador en el brazo.

En esta imagen se ve como se ha realizado un rebaje con la lima en el borde para que no corte la brida.

Y una vista desde arriba con todos los motores y variadores ya montados.

Las hélices que he montado son unas tripala 5030, por medio de una herramienta especifica sujeto el motor y aprieto la tuerca autoblocante con una llave fija de 8, cada hélice lleva marcado el sentido de giro.

Una cosa que hay que tener en cuenta en el montaje, es a mantener equilibrado el multicoptero con respecto a su centro de gravedad, normalmente la controladora, PDB y receptor irán centrados y tanto los motores y variadores pesaran mas o menos lo mismo, así que hay que situar la batería de tal manera que si se apoya el multicoptero de su parte central este quede mas o menos nivelado, esto es importante porque así la controladora, tendrá que hacer menos correcciones para mantener nivelado el ZMR y conseguiremos que todos los motores giren mas o menos a la misma velocidad.

Una vez todo montado he revisado que no hay cortocircuitos y tras poner la batería, he probado que por medio de la aplicación Cleanflight y conectada la controladora al ordenador cada uno de los motores funciona y gira en el sentido que debe.

Nota Importante:  En el vídeo se ve que pruebo el giro de los motores con las hélices puestas sobre la mesa de trabajo, esto es algo que hay no se debe de hacer, sobre todo si no tenemos experiencia, las palas en este tipo de Drones giran a altas revoluciones y no es que puedan hacernos daño, es que pueden hacernos una verdadera avería si nos pilla la mano o los dedos, así que lo mas seguro, mas bien lo que se debe de hacer es hacer estas pruebas con las hélices quitadas.

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En la próxima entrada Emisora, receptor y configuración.

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