Diseño Drone (Metodología de Trabajo)

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METODOLOGÍA DE TRABAJO PARA DISEÑO DE UNDRONE

Diseñar es pensar antes de hacer, analizar, planifcar, y ejecutar para

responder a las necesidades de los usuarios. Es una disciplina integral quehace visible a la organización en el mercado, benefciando de esta orma surentabilidad y la imagen percibida por el pblico.

El diseño integra el conocimiento sobre lo que quieren los clientes y lo quepueden producirse efcientemente !dem"s genera una oerta coherente con losotros productos de la compañ#a, su imagen y su estrategia.

Metodología QFD

•

$dentifcación del cliente %&isión'• (btener la voz del cliente• E)tracciones de los requerimientos del cliente• *lasifcaciones de los requerimientos del cliente• +riorizar las necesidades del cliente• Estudio comparativo a productos de la competencia• +lan de calidad

Identifcación del cliente (Misión)El objetivo es la obtención de un producto fnal dentro del mercado, queestar" dentro de la categor#a de +!- &icro Drone cuadricoptero con fnesrecreativos para niños, respetando las normas de seguridad aplicables queconlleva para la correcta manipulación de este tipo de drones en inantiles,garantizando el producto dentro del mercado competitivo.

Objetivos:

• ealizar un estudio sobre los requerimientos de este tipo de

arteactos y trabajar con normas de seguridad y est"ndares comunesde operación %nomas me)icanas aplicables para juguetes y lasnormas de la D/!* aplicables'.

• ealizar un diseño con los componentes b"sicos e)ternos, as# comolos componentes internos para la correcta operación del drone.

• ealizar un estudio de materiales y componentes necesarios para laabricación del producto, as# como el tiempo de abricación.


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• Detalles que requieran modifcación con base en retroalimentación ypruebas de simulación y #sicas en sus respectivos casos de an"lisis.

• *"lculos de rendimiento operacional, esuerzos y tolerancias.

Obtener la voz del cliente:

Noraspara este caso como el fn con fnes recreativos para niños, el abordeser" de la siguiente orma0 !l igual que cualquier otro Drone operar"bajo las normas establecidas por la D/!*, dentro de las cualesencontramos

• 1olar a una altitud m")ima de 233 metros.

• 4ue el piloto no los pierda de vista o que se aleje a m"s de 567 metros

de distancia horizontal de 8l %para este caso, el inante deber" ser

supervisado por un adulto en todo momento'.

• -egn el peso no debe e)ceder la velocidad estipulada.

!hora dentro de los requerimientos como juguete para niños se comprenden

las siguientes

• Etiquetas que presentan los juguetes. (bligatoriamente, tienen cumplircon la norma 9(&:;26:-*, que signifca que el producto cumplecon las normas de seguridad0 el nombre y la marca del producto0 larazón social y la dirección del abricante o importador0 las instruccionesy advertencias de uso0 y, en este caso de tratarse de juguetes el8ctrico,se debe especifcar su potencias m")ima, la tensión de alimentación queprecisan y su consumo energ8tico.

•

*onsulta la etiqueta. $normación sobre la edad para la cual est"aconsejado el uso del juguete.• *omprobación de calidad. -in que haya peligro de desprendimiento de

accesorios.• !dvertencias, juguetes voladores, que lleve una advertencia de que no

debe ser utilizado cerca de las l#neas el8ctricas.• +restar atención a las instrucciones y advertencias de los cargadores de

bater#as. !lgunos carecen de mecanismos para prevenir el


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recalentamiento, y las pilas tambi8n pueden ser la causa de gravesaccidentes. %evisar los mejores componentes'

• Enchue de seguridad. ?os juguetes que utilizan corriente el8ctricadeben tener un enchue de seguridad.

• Evita juguetes que tengan bordes aflados, cortantes o en punta,

principalmente para los niños menores de ocho años. %en este caso seconsiderara un recubrimiento estructural para evitar el posible contactoentre h8lice y el operador'

• Evita accidentes. +ara los niños menores de seis años, evita juguetesque contengan piezas pequeñas. El juguete debe ser sufcientementegrande para que no pueda ser tragado.

• &ateriales irrompibles. ?os juguetes para niños deben estar abricadoscon materiales que no se rompan. !dem"s deben evitarse aquellos queest8n pintados o barnizados con recubrimientos de poca adherencia.

• +ilas y bater#as. ?a tarea de cargar las bater#as de un juguete debe sersiempre supervisada por un adulto. 9o permita que su hijo pequeño

maneje pilas o adaptadores.

!estricciones "eo#tricas

http://www.guiainfantil.com/salud/embarazo/tabla_pesos.htmhttp://www.guiainfantil.com/salud/embarazo/tabla_pesos.htm


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*on base en las especifcaciones anteriores de drones con cualidades similaresa la nuestras podremos tomar como reerencia algunos datos y tener un rango

de especifcaciones %estimados en cuyo caso sea aplicable'.Nombe del modelo F!"#$ ma%&ota

+eso 26; gr %apró)'


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Cateria .7v %apró)' Biempo de vuelo 7:>min %apró)'Distancia radio control ; m %apró)'dimensiones 3;cm)3;cm)7cm

$alidad de constr%cción

Debido a normas y consideraciones de uso, los materiales a utilizar se enlistande la siguiente orma

Fuselaje o Marco y recubrimiento de los motores.

Bendremos que seleccionar un marco, este necesita ser lo sufcientementeuerte como para soportar las uerzas opuestas de los motores sin Fe)ionar yhacer rente a los aterrizajes orzosos sin romperse. !l mismo tiempo, tambi8ndebe ser lo sufcientemente ligero para que sus motores pueden "cilmentelevantarlo, y lo ideal ser#a tener un pequeño perfl aerodin"mico para evitar serdemasiado aectado por el viento. ?os marcos deben ser capaces deamortiguar las vibraciones y eventualmente contar con soportes para colocaruna c"mara u otro equipo

?a estructural principal se optar#a por un material pl"stico. +or ejemplo laestructura principal y la carcasa de recubrimiento del motor ser" de pl"sticoresistente, mientras que la estructura envolvente al "rea de la h8lice ser" deun tipo de metal en orma tubular creando una especia de burbuja alrededor decada h8lice para aislar de manera principal el contacto directo con la h8lice ypoder tener un manejo adecuado del drone si temor a producir algn daño

#sico en el operador.

&otor

&otores, @8lices y E-*s -on los componentes undamentales para manteneral multirotor en el aire. ?os E-* %Electronic -peed *ontrol' o *ontroladores de1elocidad Electrónicos regulan la potencia el8ctrica para lograr controlar el girode los motores con agilidad y efciencia. Este giro est" conectado a las h8licescuya rotación a alta velocidad genera la sustentación del multirotor.

En cuanto a las h8lices que son las encargadas del cambio en el empuje

sufciente por cada par de motores girando en sentido contrario.

*ada h8lice viene determinada por dos ciras %6;G;' donde el primer d#gitorepresenta la longitud de la misma y el segundo el pich o paso de h8lice. !mayor longitud de h8lice mayor empuje y tambi8n mayor consumo decorriente. +or lo que hay que usar las h8lices adecuadas a nuestro modelo.


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*ontrolador de vuelo

*ontrolador de 1uelo Este componente es el cerebro de la m"quina. Hstesensa y controla todo lo que sucede con el multirotor, y es a dondepr"cticamente todos los componentes van conectados.

Dentro de los sensores encontramos

• Giróscopo .- permite tener el drone nivelado.

• Acelerómetro .- Mide variaciones de aceleración o velocidad.

• Barómetro .- Mide variaciones de altura.

adio receptor

Es el responsable de recibir la señal de radio enviada desde el *ontrol emoto,el cual ha interpretado el movimiento realizado por el usuario y lo hatransormado en onda radial. ?a señal de radio es recibida por el adioeceptor del multirotor y transormada en datos que se env#an al *ontroladorde 1uelo para que ejecute la instrucción, normalmente con cambioscoordinados en la velocidad de los motores %cuando se trate de una instrucciónde movimiento'.

Cater#as y rendimiento

+roporcionan la energ#a necesaria para hacer uncionar el equipo. -oncomponentes muy pesados por lo que es esencial que sean capaces de teneruna buena relación pesoGcapacidad para ma)imizar la autonom#a de vuelo delmutirotor. ?as m"s utilizadas son las bater#as ?i:+o %pol#mero de litio' debido asu densidad de energ#a, su bajo peso y su alta tasa de descarga que es idealpara maniobras "giles como las de un multirotor.

/+- y brjula

*omponentes que conectados al *ontrolador de 1uelo le permiten a 8steconocer la ubicación, altitud y velocidad e)actas del multirotor. ! partir de esto,y dependiendo del programa que tenga el controlador, se podr#a automatizar elcomportamiento del multirotor para mantenerse est"tico en un mismo punto,volar en cierta dirección o velocidad relativa o volar hacia puntos predefnidos

*"mara y estabilizador

En la estructura del multirotor se puede acoplar una c"mara para aprovechar elvuelo y capturar otos o videos desde el aire. 9ormalmente se utiliza unestabilizador o /imbal para evitar que los movimientos propios del vuelo delmultirotor aecten las tomas. Estos gimbal absorben la vibración de los motoresy corrigen autom"ticamente la inclinación de la c"mara para que siempre est8


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en el mismo "ngulo respecto al suelo. !lgunos gimbal tambi8n pueden serconectados al *ontrolador de 1uelo y a trav8s del control remoto el usuariopuede cambiar el "ngulo de inclinación de la c"mara mientras el multirotorest" en el aire

+eso

De acuerdo a la estructura, bater#a, h8lice, componentes electrónicos el pesopodr#a ser de 26; a ;; gr, esto debido a las consideraciones de diseño y lospromedios de peso antes mencionados.

adio control

El radio control ser" utilizado para maniobrar el drone en sus distintasactuaciones por tanto la aeronave deber" tener adecuadamente instalado elsistema Emisor:eceptor.

Bipos de comunicaciones inal"mbricas.

• !&0


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*. Biempo de cargaD. *"maraE. Durabilidad


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• *"lculo estructural• *"lculo de los sistemas el8ctrico %consumo de bater#a, volt y amperaje'• +lanos• Diseño conceptual

riorizar los re%eriientos del cliente:

-e organizan los requerimientos del cliente, identifcando los obligatorios y losdependientes de otras variantes as# de esta orma se puede jerarquizar sucumplimiento.

requerimientos obligatorios Deseables preerentes!. 4ue el precio

seaaccesible

)

C. (peratividad )

*. Biempo decarga

)

D. *"mara )E. Durabilidad )


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*oste de las acciones preventivas*oste de los controles de calidad.*oste de ejecución del entregable*onsecuencias de un allo de calidad

(rganización del equipo

• ?#der• +royectista %conocimiento t8cnico'• (rientador• -ecretario• Besorero

Documentación

• $normación administrativa•

$normación de contabilidad• $normación complementaria %libros, material,propuestas, componentes'• $normación t8cnica.

+I,&-O (conce*t%alización)

Fuselaje o Marco

Para un Drone ágil y acrobático, un cuadro ligero (alrededor de 350 gramos, o

menos si es posible) con una diagonal de motor a motor de 400-500mm.

Para este caso, debido a que el proyecto tiende a ser una versión pequeña de un modelo

existente podemos tomar como referencia alunos puntos, tales como!


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"n marco cuadrado es una de las me#ores alternativas debido a la estabilidad brindada,

peso y resistencia, seuridad y de f$cil manipulación.

Para la parte de los motores, la propuesta es diseñar una estructura tubular que recubra

el radio de iro de cada %&lice, en la siuiente imaen podemos apreciar una estructura

similar!

&otor

Para comenzar el proceso de seleccin básico, necesitamos calcular cuánto

empu!e será necesario para mantener la na"e en el aire. #a regla básica con

multi-rotores es $ue sus motores deben ser capaces de producir dos "eces el

peso total de "uelo de la na"e en el empu!e. %ste &margen de seguridad& seasegura de $ue sus motores serán capaces de responder rápidamente a sus

entradas de control, o detener un descenso "ertical rápido, incluso cuando el

"olta!e de la bater'a se reduce con el tiempo.


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+ara la h8lice

%l problema principal es encontrar las lices $ue están disponibles en ambos

sentidos de giro, los *uad+opter tienen la mitad de los motores $ue giran en

sentido de las agu!as del relo! (+), y la otra mitad $ue giran en sentido anti-

orario (++), esto se ace para lograr un e$uilibrio estable del Drone.

lgunas "eces su puede utilizar lices de 3 palas en Drone multi-rotor. #as

principales razones para esto pueden ser el aumento &de traccin&, debido a la

mayor supericie de las o!as, el e$uilibrio me!ora por$ue las cucillas están

repartidas alrededor del marco a /0 grados en lugar de /10, y la longitud de

la o!a reducida (con un empu!e e$ui"alente) permite el paso del Drone por

áreas de acceso reducido.

*ontrolador de vuelo

#os %2+ se clasiican principalmente para la cantidad de corriente $ue puede

suministrar constantemente al motor. lgunos tambin pueden tener una

caliicacin de "Burst Current" , pero esto debe ser ignorado por el momento.

Para obtener el %2+ correcto, primero determina el consumo de corriente

máimo de las especiicaciones del motor elegido, aadir un margen de

seguridad del /0, y buscar los %2+ clasiicados a por lo menos esta cantidad

de corriente. 6ambin tendrá $ue comprobar $ue su %2+ elegido está

clasiicado para el n7mero correcto de clulas de la bater'a (generalmente 3

clulas o //.8) y asegurarse de $ue no es demasiado pesado.


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*ontrol de vuelo &ini

Cater#as y rendimiento

%l mtodo $ue utilizaremos para decidir $u bater'a a utilizar es relati"amente

simple, recordemos $ue la regla de oro para elegir los motores es tener el

doble de empu!e $ue el peso del Drone. +omo la bater'a es el 7ltimocomponente $ue se escoge, podemos tener una buena idea del peso del Drone,

restamos el empu!e total de los 4 motores menos el peso del Drone

(incluyendo cargas 7tiles adicionales), la dierencia debe alcanzar para las

bater'as de 3 cell.

9ecordando $ue 4 motores $ue uncionan al mismo tiempo pueden consumir

una gran cantidad de corriente. seg7rate de $ue la caliicacin de la bater'a +

sea suiciente para soportar 4 la corriente máima del %2+ elegido.


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*"mara y estabilizador

!lgunos gimbal tambi8n pueden ser conectados al *ontrolador de 1uelo y atrav8s del control remoto el usuario puede cambiar el "ngulo de inclinación dela c"mara mientras el multirotor est" en el aire

+eso

De acuerdo a la estructura, bater#a, h8lice, componentes electrónicos el pesopodr#a ser de 26; a ;; gr, esto debido a las consideraciones de diseño y los

promedios de peso antes mencionados. Bomando en cuenta el peso de cada componente se tiene un apro)imado de6;g, tal peso se e)cede de nuestro peso idea, por lo tanto se requiere unareconsideración de algunos componentes, de los cuales los m"s pesados seencuentra el accesorio de gimbal y c"mara, bater#a.

adio control

El radio control ser" utilizado para maniobrar el drone en sus distintasactuaciones por tanto la aeronave deber" tener adecuadamente instalado el

sistema Emisor:eceptor.

Bipos de comunicaciones inal"mbricas.

• !&0


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• Iif0 Cluetooth. Jsado en Drones dotados de control mediante Kif o

Cluetooth para Bablet o -martphone.

+rotección e impermeabilización de los componentes

?as bater#as y receptores deben obligatoriamente estar protegidos contravibración, impacto y lluvia. ?a antena debe estar e)puesta y no puede estar encontacto para ello debe ser aislada de materiales met"licos y compuestos defbra de carbono.

!ne)o


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+"ginas consultadas y p"ginas de reerencia de algunos componentes.

Información general.

httpGGdroneymas.esGpartes:de:un:droneG

httpGGdronecenter.blogspot.m)GpGconstruye:tu:drone.html

Componentes consultados

Marco (23cm de motor a motor)

httpGGes.alie)press.comGitemGBotem:4>;:>;mm:.5.>6.6-i/

motor 3323 !3323 2;;;M1 2 B Crushless (utrunnerhttpGGes.alie)press.comGitemGree:shipping:9eK:!:3323:!3323:2;;;M1:2B:Crushless:(utrunner:&otor:I:&ount:*:!ircrat:MMG26>22;.htmlNspmO3225.5;2;7;>.5.>.h>b7jy

20 !"C 3 #$!C

httpGGKKK.hobbyPing.comGhobbyPingGstoreGQQ263;3QQ@obbyQMingQ3;!QE-*Q! QJCE*.html

control de vuelo

httpGGKKK.d).comGesGpGmini:ccd:nano:atom:Fight:controller:or:qav36;:multicopter:36;:rame:Pit:52=2>R.1KBr:Ql=7$J

$ater%a

httpGGKKK.hobbyPing.comGhobbyPingGstoreGQQ>=3QQBurnigyQ33;;m!hQ-Q3;* Q?ipoQ+acP.html

Mini 3& 3'is $rusless *imbal

httpGGKKK.hobbyPing.comGhobbyPingGstoreGQQ>23=QQ


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