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Multirotori

Come costruire un quadricottero a basso costo

 

Lasciate che vi racconti una storia:

Sono aeromodellista da parecchi anni, la mia è sempre stata una ricerca continua di nuovi stimoli e sperimentazioni, ho sempre seguito ogni progetto in tutti i particolari tecnici soprattutto dal punto di vista dell’elettronica (mia grande passione).

L’acrobazia, la velocità dei pylon, la dolcezza degli alianti e per concludere la complessità degli elicotteri, cominciavano a starmi strette.

Sia chiaro che non ho mai abbandonato quasi nessuno di questi settori, lo dimostra purtroppo il numero delle mie riceventi e soprattutto delle memorie occupate sulle varie trasmittenti.

Ad un certo punto, quasi 5 anni fa ho acquistato un quadricottero in kit, il Gaui 330x, inutile ricordare che sono stati soldi buttati al vento (e non pochi!), nel senso che non era nella mie capacità usare un kit invece di costruirne uno da solo.

Ma in parte è servito per rompere le acque in questo meraviglioso mondo, mi sono divertito alcuni mesi, ma fin da subito ho cambiato telai, configurazioni, ecc…

Veniamo al dunque, il passaggio successivo è stato quello che consiglio a tutti quelli che mi contattano continuamente:

l’autocostruzione di un quadricottero usando una scheda kk.

Questo tipo di approccio è il più indicato per chi ha poca conoscenza di elettronica e programmazione, ma apre la strada verso configurazioni molto più complesse.

 

In questo articolo non voglio annoiarvi con complesse teorie, ma cercherò di essere il più comprensibile e semplice possibile, cominciando dalle raccomandazioni:

innanzitutto come e più di ogni aeromodello o elimodello bisogna usare la massima prudenza durante l’assemblaggio, i test al banco e soprattutto nel volo; questo perché a differenza di un elicottero, i rotori possono partire al massimo in una frazione di secondo e non avrete il tempo di fermare la loro corsa impazzita, con drammatiche conseguenze.

 

Cominciamo col descrivere il materiale necessario:

partiamo dalla scheda di controllo, vero cervello del vostro futuro quadricottero.

La scheda comunemente chiamata kk è un insieme di 3 giroscopi gestiti da un software tramite un micro-controllore, tutte le info su questa scheda le trovate in: http://www.kkmulticopter.com/ , punto di riferimento fondamentale per scaricare eventuali aggiornamenti e configurazioni, si avete capito bene, in questa scheda possono essere caricati (singolarmente) oltre 12 configurazioni diverse di veicolo, continuamente aggiornate!

Per adesso ci soffermiamo sulla configurazione quadricottero ad x, ma prossimamente vi aiuterò a costruire anche un tricottero per riprese video.

Ed adesso viene il bello, decidere se è meglio pilotare con configurazione ad x o a +, cosa significa?

La configurazione a + potrebbe essere quella che più si avvicina al vostro modo di pilotare, avrete un motore avanti, uno dietro, uno a destra ed uno a sinistra rispetto al vostro “volato”.

Dei chiari punti di riferimento, visibili soprattutto se userete eliche di diverso colore o led colorati in modo diverso su ogni singolo braccio, questo vi aiuterà molto nella visione dell’assetto in volo, ma vi sarà di grosso intralcio se vorrete usare una videocamera a bordo per riprese amatoriali; infatti uno dei motori risulterà sempre nell’inquadratura video, rovinando il bel paesaggio.

Considerando che su 100 telefonate o e-mail che ricevo, almeno 95 sono di persone che vogliono dedicare questo tipo di volo alla fotografia o ripresa video, ho deciso di descrivere la configurazione a x, in questo caso il senso di marcia del vostro quadricottero sarà al centro rispetto a 2 dei 4 motori.

Potrete comunque usare eliche colorate o led per meglio comprendere i vari assetti, ma come primo approccio potrebbe risultare “strano” come modo di volare.

La difficoltà principale, anche per chi è comunque bravo a pilotare elicotteri, rimane la comprensione dell’assetto, insisto su questo argomento perché siate preparati a pilotare un modello che non ha: “ne testa ne coda”, non ha fusoliere, derive, musetti, ecc..

Per quanto tentiate di dagli una forma comprensibile con fusoliere o colori, a 200m di distanza non capirete come stabilizzarlo con conseguenze ben comprensibili.

Quindi tornando alla sicurezza, allenatevi molto su brevi distanze e ovviamente senza pubblico!

 

Chiusa questa parentesi, torniamo alla nostra scheda di controllo.

Il prezzo della kk è variato nel tempo e come è ovvio si parte dai 100€ sul listino ufficiale per arrivare ai 25€ in Cina.

Anche volendo autocostruirla, solo il prezzo dei 3 singoli giroscopi supera i 30€ , quindi non vi consiglio questa strada, a volte è bello anche trovare “il piatto pronto e caldo”.

 

 

 

 

Come potete osservare si possono collegare:

fino a 6 regolatori-motori o servocomandi , 4 ingressi per la ricevente e 6 pin per l’eventuale programmatore (opzionale nel caso abbiate acquistato la scheda con la versione firmware che vi interessava).

La freccia sulla sceda indica chiaramente la direzione di marcia e nel nostro caso dovrà puntare in mezzo ai 2 motori anteriori, avendo la cura di fissare la scheda esattamente al centro dei 4 motori.

I 3 potenziometri che trovate sulla sinistra servono per regolare la sensibilità dei rispettivi giroscopi, ma anche per inserire delle procedure di installazione quali la calibrazione dei regolatori (indispensabile per ottenere una rampa del gas perfettamente uguale in tutti gli esc) e l’eventuale inversione dei giroscopi.

Una volta acquistata questa scheda, dobbiamo procurarci gli altri importantissimi componenti, che non andranno scelti a caso e nemmeno dovrete inventarvi strane configurazioni.

La cosa migliore, almeno per la prima volta, sarà usare configurazioni già sperimentate con successo da altri, io non voglio essere troppo insistente, ma, considerate che ho costruito oltre 15 multirotori di vario genere, tra cui: tricotteri anfibi, Y6, quadricotteri acrobatici, per riprese video, fpv, un tricottero ripiegabile da ben 4 metri di apertura, ecc... è semplice fare un po’ di conti, direi che ho acquistato almeno 90 motori e rispettivi regolatori, quindi un piccolo consiglio posso darvelo.

Scritto questo, passiamo a compilare una lista della spesa:

 

ovviamente una scheda kk , possibilmente con atmega 168 (ci permetterà di caricare firmware più sofisticati).

 

4 motori con peso compreso tra i 40 e i 70g e dai 900 ai 1200kv (io consiglio degli economici keda 20-26M).

 

4 regolatori da 20  a 35A , che abbiano la possibilità di essere programmati con l’apposita card (io consiglio gli economici turnigy plus 25 A).

 

4 eliche 8”X4,5  -2dx e 2sx (morbide e colorate) + una decina di scorta.

 

1 card per programmare i regolatori.

 

1 cicalino per allarme lipo scarica.

 

1 lipo 3s 2000mA 30c (a seconda del tempo di volo da 1500 a 4000mA)

 

Il resto della spesa la farete in qualche brico o ferramenta:

 

2 metri di tubetto quadrato di alluminio da 10X10mm .

 

2 basette di vetronite (anche quella usata per circuiti stampati ramata)  10X10 cm.

 

20 viti M3 X 16mm con i rispettivi dadi autobloccanti.

 

Gli attrezzi che ci serviranno saranno veramente pochi : un trapano, chiavi per le viti, frena-filetti forte, saldatore, seghetto.

 

Iniziamo con tagliare il tubetto di alluminio in 4 parti lunghe 25cm, in questo modo il nostro quadricottero  avrà un interasse motori di quasi 50cm, l’ideale per una buona stabilità nell’apprendimento.

Decidiamo ora come fissare i motori; le soluzioni sono molte: possiamo forare semplicemente il tubetto in prossimità dei fori del motore, fissarlo con delle fascette oppure creare un morsetto.

 

 

 

Descrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:foto quadricotteri per rivista:SAM_1372.JPGDescrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:foto quadricotteri per rivista:SAM_1351.JPGDescrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:foto quadricotteri per rivista:SAM_1367.JPGDescrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:foto quadricotteri per rivista:SAM_1355.JPG

 

Ricordate che meno fori farete nel tubetto e più sarà resistente in caso di caduta.

Mantenete comunque 2-3 cm di tubetto in eccesso: risulterà molto utile per salvaguardare il motore.  In questo punto, che risulterà essere l’estremità del braccio, meglio costruire dei tappi di gomma anti infortunistici, quello verde che vedete nella foto è stampato con la colla a caldo.

Descrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:22022011169t.jpgDescrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:22022011171t.jpg

Foriamo anche dal lato opposto, con un interasse uguale ai fori che faremo sulla basetta di vetronite, ricordando che la precisione è indispensabile per una perfetta geometria.

Descrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:17092010148t.jpg

 

A questo punto assembliamo il tutto usando del frena-filetti forte.

La parte più difficile sarà saldare in parallelo tutti i rispettivi cavi di alimentazione dei regolatori e riunirli in 2 unici connettori di alimentazione, a cui aggiungeremo il cicalino per l’allarme bassa tensione delle lipo ed un connettore sotto fusibile da 1 A per eventuali led colorati da fissare sui bracci, il fusibile in caso di caduta eviterà possibili corto circuiti sull’alimentazione (prevenire è meglio di curare).

 Descrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:tricopter8.jpg

Descrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:foto quadricotteri per rivista:SAM_1362.JPG

La striscia di velcro che vedete nella foto è fissata ad un ritaglio di vetronite che ha il compito di proteggere le lipo dai bulloni che fuoriescono dalla basetta (non è indispensabile, si può usare anche una spugna biadesiva).

La lipo andrà ulteriormente fissata con una fascetta di velcro.

 

Finalmente siamo arrivati ai collegamenti sulla scheda!

 

Descrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Downloads:blue_x.jpg

Rispettiamo la numerazione e la rotazione dei motori.

Descrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:foto quadricotteri per rivista:SAM_1359.JPG

Ho volutamente messo questa foto per ricordare di fissare la scheda di controllo con la freccia rivolta verso la direzione di marcia, nel vostro caso la freccia punterà tra il motore n 1 e il n 2;

come spero abbiate notato la configurazione della foto non è x ma +!

Esistono numerose versioni di firmware per la configurazione a x ed alcune usano una disposizione dei motori diversa, quindi mi raccomando, controllate bene le specifiche della scheda che acquisterete!

La scheda andrà fissata al frame con del buon biadesivo a spugnetta (anche in più strati) ma non esagerate con lo spessore, altrimenti invece di assorbire le vibrazioni, le amplificherà.

Collegate la ricevente alla scheda seguendo le indicazioni e sarete pronti……

Mi sono dimenticato qualche cosa??

Le eliche?

Non le ho dimenticate, anzi, ricordate che queste andranno fissate solo dopo accurati test pre- volo e dopo aver eseguito tutte le procedure di iniziazione della scheda.

Questo vi salverà le dita, quindi non cercate di correre troppo e seguite tutti i passaggi.

 

Descrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:foto quadricotteri per rivista:SAM_1375.JPG

 

A lavoro ultimato risulterà più o meno così.

Ovviamente eliche escluse!

A questo punto dovrete programmare ogni singolo regolatore

Descrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:tricopter66.jpg

con queste impostazioni.

Fondamentale, anche se strano, il tipo di celle che dovrete impostare: NI-xx infatti esclude il taglio delle lipo in caso di bassa tensione, questo salverà il vostro quadricottero da molte cadute accidentali dovute al taglio del singolo regolatore.

Se i regolatori tagliassero tutti contemporaneamente e lentamente non sarebbe grave, ma fidatevi se vi dico che uno solo alla volta taglierà se non usate le impostazioni che vi ho indicato, con le conseguenze che potete immaginare.

Ovviamente se il valore di tensione scenderà troppo, rovinerete le lipo, per questo vi ho scritto di collegare un cicalino di allarme.

Prima di collegare i regolatori alla scheda dovete togliere il positivo da 3 dei 4 connettori, altrimenti 4 bec in parallelo potrebbero andare in conflitto.

Fatto questo dovrete “istruire” ogni singolo regolatore perché usino tutti la stessa rampa di gas adatta alla vostra trasmittente.

Questa procedura sarà la scheda di controllo a farla (come indicato sul manuale kk).

Preparate un programma aereo sulla tx con un solo servo per gli alettoni.

1. Setting transmitter channels

CHANNEL

Aileron

Elevator

Throttle

Rudder

JR/SPEKTRUM

REVERSE

REVERSE

NORMAL

REVERSE

FUTABA

NORMAL

NORMAL

REVERSE

NORMAL

HITEC

NORMAL

REVERSE

NORMAL

NORMAL

Others

 

 

 

 

Accendete la tx mettendo il gas al massimo, impostate il trim dello yaw a 0 ed alimentate la scheda.

A questo punto dopo una serie di lampeggi della scheda udirete un suono di conferma dei regolatori, riportate il gas a 0, attendete la conferma sonora dei regolatori e scollegate l’alimentazione.

 

Ora iniziamo con i test al banco per verificare se tutto corrisponde.

Controllate che tutti i potenziometri della scheda siano a metà (50%), accendete la radio ed alimentate il vostro quadricottero, mantenendolo fermo per i primi secondi, ovviamente le eliche non le dovete ancora montare!!

A seconda del fw installato servirà armare la scheda: si tratta di una procedura di sicurezza per evitare partenze accidentali dei motori.

Poi dovete mettere il gas al minimo e muovendo lo yaw (timone, direzionale) armare o disarmare la scheda, il led acceso indicherà che la scheda è armata.

Queste sono alcune delle procedure riguardanti uno specifico fw koreano , che permettono di cambiare anche il tipo di volo.

Una volta armata la scheda, aumentando il gas, i motori devono partire tutti nello stesso istante e con il verso di rotazione indicato nel manuale, se così non fosse dovete invertire 2 dei 3 fili che vanno dal regolatore al motore incriminato.

Se avete saldato i fili, li dovete dissaldare, mentre se avete usato i connettori risulterà più facile, le saldature rimangono comunque molto più affidabili e le consiglio, le vibrazioni potrebbero infatti creare dei falsi contatti molto pericolosi.

Ora prendete il quadricottero saldamente in mano, mettete i motori al minimo e iniziate a scuotere nelle varie direzioni il modello.

A questo punto, se inclinate indietro il quadricottero i motori anteriori devono rallentare e quelli posteriori aumentare.

Mentre inclinandolo verso sinistra, quelli di destra devono diminuire mentre quelli di sinistra aumenteranno.

Se fino ad ora tutto procede bene siete a buon punto, mentre, se le reazioni del modello dovessero risultare opposte a quanto scritto, significa che uno o più giroscopi sono invertiti (se, per esempio, inclinando il modello a sinistra e a destra i motori, anziché smorzare l’oscillazione tendono ad accentuarla, significa che il giroscopio degli alettoni risulta invertito).

A questo punto mettete il potenziometro del roll a zero, accendete la trasmittente e alimentate la scheda .

Il led dovrebbe lampeggiare velocemente 10 volte,  sulla trasmittente muoverete lo stick corrispondente al canale da invertire, in questo caso gli alettoni; il led dovrà lampeggiare continuamente per confermare la selezione.

Adesso il giroscopio risulterà invertito, non vi resta che riportare il potenziometro al 50%.

Ricontrollate per sicurezza che tutto coincida, ripetendo la prova dello scuotimento.

Ok il gioco è fatto, potete montare le eliche (nel giusto senso).

L’operazione di test va ora ripetuta facendo molto più attenzione: usate un abbigliamento protettivo, occhiali compresi.

In questo caso tenete il quadricottero molto più saldamente e lentamente portate il gas al 25%, poi inclinatelo nei diversi assi, verificando che il modello contrasti i vostri movimenti,

se tutto vi sembra corretto verificate anche l’asse dello Yaw (coda-direzionale-timone), ruotandolo su se stesso.

Quest’ultimo asse risulta sempre un po’ meno facile da verificare perché il suo effetto è proporzionale con l’anticoppia generata dai diversi sensi di rotazione delle eliche.

 

Prima di provare a fare un po’ di hovering dovete ridurre le corse ed impostare un buon differenziale sulla vostra tx: 50% di riduzione di corsa su alettoni e cabra-picchia, con 30-40% di esponenziale; sullo yaw aumentate le corse al massimo con pochissimo esponenziale.

 

Se il modello dovesse risultare poco visibile vi consiglio una buona illuminazione a strisce di led come questa:

 

                                Descrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:01102010196t.jpg

 

sono sicuro che vi appassionerete come me a questo nuovo mondo fantastico e tutto da scoprire.

Il prossimo articolo sarà su un tricottero ripiegabile per riprese video.

Se doveste avere domande, non esitate a contattarmi pragamichele@alice.it  .

Un saluto anche da tutti i miei cuccioli.

                             Descrizione: Descrizione: Macintosh HD:Users:michelepraga:Pictures:foto quadricotteri per rivista:IMG_6617.JPG

 

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