Criando seu Drone Quadricóptero

Pelo interesse que desperta, já existe no mercado uma variedade de drones com 3, 4 ou mais rotores ou de asas fixas (como os aeromodelos), com as mais variadas faixas de preço e capacidades (autonomia de voo, presença de câmeras e outros sensores). É possível adquirir separadamente as partes que o compõem e construir seu próprio drone. Uma variedade de tutoriais e vídeos se encontram disponíveis na internet, que vão desde simples instruções de montagem, até a apresentação de projetos abertos e de pesquisa, que incluem mecanismo que dão ao Veículo Aéreo Não-Tripulado (VANT) a capacidade de realizar voos autônomos.
O objetivo de uma série de posts que começa com este é: apresentar e discutir aspectos relacionados ao projeto e construção de um drone. Pretende-se, ao final desta série, termos as bases e fundamentos para a construção de um quadricóptero.

Elementos do Drone

Inicialmente, o que queremos definir é “quais são os componentes mínimos necessários para se construir um quadricóptero”. Basicamente, em qualquer projeto de um drone, para que ele seja capaz de voar, ele precisa ser constituído pelos seguintes elementos:

Um frame ou uma estrutura física do drone

Para os modelos com 4 motores podem ter a forma de um “X”, de um “+” ou de um “H”. Essa forma depende das características de voo que queremos dar ao nosso VANT. Geralmente, uma estrutura em formato “H” permite manobras mais rápidas, por isso são comuns em drones voltados para provas de corrida. Normalmente, o formato em “X” permite manobras mais suaves e maior estabilidade em tarefas que necessitem que o drone paire sobre um determinado ponto.

Motores do drone

Os drone quadricópteros, como o próprio nome indica, possuem 4 motores, responsável por girar as hélices responsáveis pela capacidade de voo. Em geral, os mais comuns são os do tipo “brushless” (ou sem escovas).

Hélices (propellers) do drone

O número de hélices deve ser correspondente ao número de motores. Entretanto, é necessário termos pares de hélices projetadas para girar no sentido horário e pares que girem no sentido anti-horário. Essa característica é o que permite ao quadricóptero se manter estável em voo.

Controladores de velocidade (Electronic Speed Controller-ESC)

Em número igual ao de motores e hélices, esse componente é necessário para que o sistema possa regular a velocidade dos motores de forma a permitir decolagens e pousos verticais, bem como os demais movimentos direcionais (para frente ou para trás), inclinações e manobras. Cada motor deve ter o seu controlador, porque é justamente a combinação de diferentes velocidades dos motores que permitem essa variação de movimentos.

Bateria do drone

Para alimentar todo o sistema é necessário termo uma bateria. Em geral, as mais usadas são as de polímero de lítio, chamadas baterias LiPo (Lithium Polymer). Esse tipo se destaca por seu relativo baixo peso e eficiência, no entanto, requerem certos cuidados quanto ao uso correto e processo de recarga, para que não sejam danificadas ou não se tornem perigosas.

Placa de distribuição de energia

A bateria normalmente deve ser ligada a uma placa de distribuição de energia, responsável por alimentar cada um dos motores e o circuito de controle de voo.

Controlador de voo

Ccomponente responsável pela “inteligência” do sistema. Normalmente é composto por uma série de sensores (acelerômetros, giroscópios, barômetro, magnetômetro) que formam, em conjunto com um processador e outros circuitos, uma Unidade de Medida Inercial, capaz de controlar o veículo durante o voo. Este sistema tem que ser capaz de rodar algoritmos de controle, que “leem” o estado dos sensores e controlam as velocidades dos motores, permitindo a navegação adequada do veículo.

Controle remoto

Este componente, que em geral é um rádio transmissor com controle remoto é o que permite a um operador (piloto) enviar comandos de navegação para o VANT. Um receptor compatível com o rádio transmissor deve fazer parte do sistema de navegação do drone.

Outros itens (câmeras, ultrassons, GPS) do drone

Podem ser úteis e até necessários, dependendo da aplicação, mas os componentes acima relacionados são o que podemos considerar essenciais para que qualquer drone com quatro motores possa voar.

Já que queremos discutir aspectos de projeto ou de escolha de componentes para a construção de um drone quadrotor, vamos procurar apresentar cada um dos itens mencionados com mais riqueza de detalhes.