Disseny i construcció d’un vehicle aeri no tripulat

Abstract

En aquest Treball de Final de Grau s’ha plantejat un projecte al qual hem buscat solució com a enginyers. Un client necessita un drone amb unes característiques específiques i totalment flexible a noves integracions. Al ser tant específic, el crearem des de 0, tant disseny com sistema electrònic. El drone serà principalment destinat a gravació i fotografia, pel que hem dissenyat un sistema a través del qual el pilot podrà veure en tot moment la càmera, que estarà completament estabilitzada i es podrà inclinar des de l’emissora. L’objectiu principal del projecte és a partir d’una recerca exhaustiva, seleccionar el millor tipus de drone que s’adeqüi a les necessitats del nostre client, intentant reduir el màxim possible el cost sempre respectant la qualitat, fiabilitat i seguretat de l’aparell. Posteriorment es farà la proposta de disseny i una tria dels components adequats. Per tant, l’objectiu principal serà enllaçar la mecànica dissenyada i construïda amb tota l’electrònica i sistemes externs com el de FPV, fent que el drone funcioni i voli de manera estable i amb una autonomia acceptable. Es poden tenir molts problemes derivats tant d’alimentació, connexió i que el sistema no estigui ben dissenyat ja sigui electrònicament, mecànicament o ambdós sentits. També les vibracions poden donar molts problemes així com els sistemes d’enviament de radiofreqüència (vídeo i telemetria). El resultat del projecte ha set molt acceptable, tenim un multicòpter que vola de forma estable i amb una gran autonomia, ja fins aquí es tot un èxit, comptant que fer una estructura i dissenyar un sistema electrònic i de control desde 0 és molt complicat. A part d’això, el sistema de càmera funciona perfectament amb un alcanç en camp obert de 2kms i sense talls de vídeo, podent controlar dos eixos de l’estabilitzador de la càmera per poder-la girar en ple vol. També en tot moment rebem totes les dades i característiques del vol. Hem estructurat el treball en 8 capítols, els dos més importants són el 3 que inclou tota la part de mecànica i el 4 que és tota la part d’electrònica. En quant al treball personal, en Gil Prat s’ha encarregat de tota la part mecànica (capítol 3) i l’Alex Lara s’ha encarregat de tot el sistema electrònic del drone (capítol 4), els altres capítols han estat confeccionats a parts iguals pel dos, els quals no es poden partir ja que contenen feina comuna i dels dos. Tot i fer cadascú una part, per tal de que tot el sistema treballés conjuntament hi ha hagut consens en totes les decisions per saber si tot era compatible. El muntatge tant de mecànica i electrònica s’ha fet conjunt al taller ja que és més ràpid i còmode i per determinades feines és necessari la col·laboració de dos persones.

In this Final project we have a project which we have to resolve as engineers. A customer needs a drone with specific characteristics and totally flexible for future integrations. Because of its specificity, we will create it from 0, all the design and electronic system. This drone will be mainly designed to record video and photography, so we have designed a system which will allow to pilot seeing the video all the time and also control camera stabilizer from radio controller. Main purpose of this project is to do an exhaustive research and after that selecting the best drone type, that will fit our customer needs, ever trying to reduce as much as possible the costs, respecting quality, reliability and security. After that design purpose will be done and also components will be chosen. In short, our main purpose will be to link mechanics with electronic parts and all external systems like FPV (first person view), being sure that our drone works and flies in a stable way and with a good autonomy. In this project a lot of problems can appear, mainly derived from power supply, connections and also due to bad electronic or mechanic design. Vibrations can also give us a lot of problems, also RF systems (video and telemetry). Result of this project has been very acceptable, we have a multicopter flying in stable mode and with a great autonomy, this is a success but moreover, FPV system works perfectly with a good reach, about 2kms in open field and without video outages. We are able to control two cam stabilize axis so we can rotate our cam during flight. We have structured our work in 8 chapters, the most important are two, third that includes all mechanical part and fourth that includes all electronic part. Related to personal work, Gil Prat has been responsible of all mechanical part (chapter 3) and Alex Lara has been responsible of all electronic part (chapter 4), other chapters have been done in equal part and can’t be split because they have common work. Although having done different parts each one, all decisions have been approved by both. Drone assembly, both mechanical and electronic part has been assembled jointly because it is quicker and comfortable and depending the assembly part it is necessary two person, for example, the undercarriage.