Bienvenidx al mundo de los multirotores FPV!
Si estás acá leyendo esto, entonces algo te inspiró a hacer un poco de investigación acerca de los multirotores FPV. Puede ser un poco intimidante al comienzo, pero con perseverancia, el nivel de recompensa que ofrece el hobby supera ampliamente los desafíos que nos propone. Esta serie de artículos está acá para ayudarte a navegar tu camino a través de esos desafíos, y para darte un buen nivel de conocimiento en lo que necesitas saber para proceder en tu camino. Habrá áreas en las que no ahondaremos demasiado de momento, pero vas a terminar con una buena base de conocimientos para iniciarte en el mundo del FPV.
¿Qué es el FPV? Simplificado para el principiante en FPV
FPV, o “First Person View” (“Visión en Primera Persona”) es una experiencia única de interacción con tu vehículo a través de un nivel de inmersión superado sólo por aquel de la Realidad Virtual. En su forma más básica, transfiere tu conciencia visual dentro del cuerpo de una máquina voladora veloz, ágil y precisa. Te entrega una nueva y maravillosa manera de ver el mundo a tu alrededor que sólo aquellxs que tienen la oportunidad de volar FPV pueden experimentar. Hay en esencia tres escuelas del vuelo multirotor FPV: carreras, freestyle y fotografía aérea. Nada te impide seguir más de una de estas ramas, ¡o las tres! Cada una tiene aspectos muy emocionantes y cuenta a su vez con una comunidad dispuesta a ayudarte a través de tu camino.
Vuelo Freestyle
El vuelo freestyle se trata plenamente del entorno de vuelo, tu multirrotor, y la interacción entre ambas partes. Ya sea encontrar ese nuevo hueco a través del cual el multirrotor apenas puede caber, esquivar ramas e ir flotando lentamente por la plaza, encontrar nuevas locaciones para explorar, o llegar al fin a hacer ese truco que viste en un video. El freestyle es una forma de expresión mediante el vuelo, enfocada más en acrobacias y exploración del entorno. El freestyle también tiene la ventaja agregada de ayudar a prepararse para las carreras al empujar los límites de tu vehículo y tu capacidad de controlarlo. Como Principiante en el FPV, esta probablemente sea la modalidad de vuelo con la que empieces tu camino!
FPV Racing - Carreras
Las Carreras FPV consisten en volar, ya sea solx o con un grupo de otrxs pilotxs, a través de una serie de obstáculos, banderas y gates. Como en cualquier carrera, el objetivo es llegar lo antes posible, ya sea llegando antes a la meta final u obteniendo el mejor tiempo en la pista. Aunque esto suene simple en principio, la mayoría de las pistas no sólo empujan los límites de velocidad del vehículo, sino tu capacidad de maniobrarlo a través de distintos obstáculos y utilizando distintos aspectos de control. Muchas carreras se definen en quién tiene los mejores reflejos y la mejor capacidad de encontrar las mejores líneas de una pista.
Fotografía Aérea
La fotografía aérea es justamente eso, ver y registrar el objeto de tu interés desde el aire. Es una gran manera de explorar el mundo que te rodea, y es una experiencia realmente única que puede llevar tu fotografía a otro nivel. La fotografía aérea también tiene muchos usos prácticos, cómo mostrar propiedades desde puntos de vista únicos, mapear áreas o incluso filmar películas!
Cómo funciona un multirrotor: Principiante FPV
Un multirrotor tiene cuatro puntos de control: alabeo (o “roll”, en inglés), cabeceo (o “pitch”, en inglés), guiñada (o “yaw”, en inglés) y empuje o potencia (o “thrust”, en inglés). Todos estos funcionan de manera independiente, y a su vez pueden trabajar juntos para crear movimientos más complejos. Empecemos con un ejercicio para visualizar cada uno de estos puntos de control básicos. Poné tu mano en frente tuyo con la palma abajo. Rotá tu muñeca para girar tu mano hacia los costados, ese sería tu alabeo. Ahora, sin rotar ni mover tu muñeca o tu brazo de lugar, mové tu mano hacia delante y atrás de tal forma que tus dedos se te acerquen y alejen. Ese sería tu cabeceo. Para finalizar, manteniendo la palma hacia abajo y sin rotar la muñeca, mové mano hacia la izquierda y derecha de forma tal que tus dedos formen una especie de abanico en frente tuyo, mientras se mueven de un lado hacia otro. Esa sería la guiñada. Por último, siempre manteniendo la palma abajo, levantá la mano hacia arriba y volvé a bajarla. Ese sería tu empuje.
A la hora de combinar alabeo y empuje, tu multirrotor se va a mover a la izquierda o a la derecha. Cuando cabeceás hacia abajo el multirrotor se va a mover para delante, y cuando cabeceás para atrás, se moverá en esa dirección.
La guiñada generalmente se usa para cambiar la dirección del movimiento, o al menos la dirección a la que está apuntando el multirrotor. Cuanto más empuje le demos, más rápido el multirrotor irá hacia arriba y ganaremos altitud, mientras que el alabeo y el cabeceo en efecto cambian cuál sería ese arriba.
¿Construir o no construir? La duda del millón…
Al iniciarse en el Hobby del FPV, siempre está esa pequeña cosita en la parte de atrás de tu cabeza que nos gusta llamar “gratificación instantánea”. No hay que sentir culpa en comprar un multirrotor de tamaño completo ya preensamblado y listo para volar. Hay muchos afines al hobby que pueden proveerte uno ya armado, pero tené en cuenta lo siguiente: vas a chocar tu multirrotor…… muchas, muchas veces. Va a ver veces donde una parte del vehículo no sobreviva a un choque, o se desprenda un cable y, a menos que seas un genio de la electrónica, no vas a saber cómo repararlo. Al atravesar cada uno de los pasos necesarios para construir tu primer vehículo propio, vas a entender cómo funcionan los componentes los unos en función de los otros, así como diagnosticar y ejecutar reparaciones en casi cualquier situación. Además, no hay nada más satisfactorio que construir algo y al terminar verlo subir a los cielos!
Nota: debemos contar con ciertas habilidades previamente a construir un multirotor. Soldar es uno de los principales desafíos.
Componentes de un Multirrotor
Las partes y componentes de un multirrotor FPV pueden ser divididas en tres categorías distintas: el sistema de vuelo, el sistema eléctrico y el sistema FPV.
El sistema de vuelo consiste en motores, hélices, controladores electrónicos de velocidad (ESC o “Electronic Speed Controller”), controladores de vuelo y receptores de radio.
El sistema eléctrico consiste en la batería y en el circuito de distribución de potencia.
El sistema FPV consiste en la cámara de vuelo, el transmisor de video (también llamado “VTx”) y la antena.
Mientras que un multirrotor puede volar sin un sistema FPV, y muchxs pilotxs disfrutan de esta experiencia de vuelo (llamada “Line of Sight” o “Línea de visión”, refiriéndose al hecho de que debemos siempre mantener una línea despejada entre el drone y nuestros ojos), al agregar el sistema FPV tenemos un grado de inmersión que transforma la experiencia en una mucho más recompensante. Todos los componentes se montan sobre el Frame del multirrotor (“Frame”, fonéticamente pronunciado “freim”, significa “Marco” o “Carcasa”).
Frames
Los Frames son el esqueleto de tu multirrotor. A él se montarán todos los componentes y por ende dictará el aspecto final del multirrotor. Hay cientos de diseños de Frames e incluso muchxs pilotxs crean sus propios Frames customizados para optimizar el diseño en función de sus estilos de vuelo individuales. Los Frames se miden en milímetros, no de frente a dorso, sino diagonalmente desde el centro de donde se monta un motor hasta el centro del motor que se monta diagonal y opuestamente al primero. Esto te va a dar información para saber aproximadamente el tamaño general del Frame y vas a saber qué esperar. También te va a dar una idea del tipo de hélices que el Frame está pensado para cargar (de todas maneras la mayoría va a tener esa información disponible en la descripción del producto).
A menudo los diseños están pensados para cumplir un propósito específico, ya sea velocidad para Carreras, durabilidad para Freestyle, o relación peso-potencia para poder hacer largas distancias, entre otros ejemplos. Es importante tener esto en cuenta y asegurarnos de que estamos usando un Frame hecho para lo que intentamos hacer a la hora de elegirlo.
COMPONENTES DEL SISTEMA DE VUELO
Controladora de vuelo
La controladora de vuelo (abreviada como “FC”, del inglés “Flight Controller”) es esencialmente el cerebro de tu multirotor, y es fácilmente el componente más complejo del sistema de vuelo. El FC tiene integrados sensores que le dicen al firmware a bordo la orientación del multirrotor. A su vez toman los inputs de la señal que vienen del transmisor, de la mano del pilotx, y usando dos sets de data envía comandos a los motores para mover el multirrotor de la manera comandada.
Las controladoras de vuelo son piezas complejas de equipamiento, son un circuito integrado que cuenta con microprocesador, sensores (acelerómetro, barómetro, giroscópio), puertos de entrada y de salida de data y power, a veces tarjetas SD, casi siempre una conección USB. Pueden ser programadas, “ajustadas”, “tuneadas” (“tuned”), etc. de distintas maneras para recibir una respuesta distinta de los motores en función del estilo deseado de vuelo. Además se puede determinar cuanto control querés tener en el mismo Transmisor (el mando de Radio Control), por ejemplo permitiéndole al multirrotor nivelar automáticamente el vehículo al no recibir señal de comando. La mayor parte de lxs pilotxs que vuelan de manera FPV vuelan en un modo llamado “Acro” que no permite al FC controlar el vehículo sin que haya una señal que hayamos “inputeado”. Se limitará en este caso a ejercer influencia sobre los motores para mantener la posición que ha indicado la persona a cargo del multirrotor.
ESC (“Electronic Speed Controller”, “Controlador Electrónico de Velocidad”)
Los ESC son componentes poderosos que toman los comandos que “outputea” la FC (Controladora de Vuelo) y lo traducen a comandos para que los motores sepan qué tan rápido deben girar, en qué dirección hacerlo y cuándo detenerse. Hacen esto tomando enegría del Sistema Eléctrico y converir esa corriente contínua en un sistema de pulsos eléctricos de tres fases (tres cables) que alimenta los motores. Al proveer más o menos potencia, el motor responderá girarando más o menos rápido dependiendo del caso. Cada motor del multirrotor tiene un ESC dedicado que lo maneja, ya que en un sistema de vuelo multirrotor cada motor está casi siempre girando a una velocidad distinta a la del resto. Esto se debe a la característica de vuelo específico a esta clase de vehículos, cuestiones de equilibrio e influencias externas como el viento.
Como la FC, los ESC tienen un firmware que hace los cálculos para convertir la señal.
Motores
Los motores proveen la enegría cinética que pone al multirrotor en el aire. La mayoría de los motores pensados para estos vehículos se clasifican como Brushless (del inglés, se traduce como “sin escobilla”)****************** y funcionan utilizando energía de tres fases para alimentar electroimanes que mueven al motor. Tienen un tamaño pequeño pero son considerablemente poderosos. Estos motores se han usado en el vuelo de aviones (aeromodelismo) hace ya varios años y son los componentes que más enegría eléctrica van a demandar de tu sistema. Los motores se miden con dos pares de números de dos cifras que nos dicen el tamaño del motor, así como su correspondiente Kv (mide las Revoluciones por Minuto, o RPM, que el motor entrega por cada 1 Volt que se le suministre. Cabe aclarar que esto se mide sin ninguna hélice u otro tipo de carga en el motor).
Por ejemplo, si tenés un motor 2206 - 2450Kv (un motor muy común en multirrotores de 5 pulgadas, o 5", título que hace alusión al tamaño de las hélices de un formato de multirrotor muy común en el Freestyle), el motor se leería de la siguiente manera:
El “22” nos dice el diámetro de la cubierta del motor en milímetros.
El “06” nos dice la altura de la cubierta del motor en milímetros (solamente el motor en sí, no cuentan los soportes que pueda tener.
Si por ejemplo estás usando una batería de 4 celdas (4S), su voltaje nominal sería de 14.8 voltios. Tomamos el valor Kv de 2450 y lo multiplicamos por 14.8V, dándonos un RPM hipotético de 36,260.
Hélices
Las hélices, o props (del inglés “propellers”), son las encargadas de generar el empuje al sistema de vuelo. Se colocan directamente sobre los motores vía un eje con tuerca y giran a la misma velocidad angular que los motores. Hay varios distintos estilos y tamaños de hélices, hechas a su vez de diversos materiales, variaciones en el ángulo de inclinación de la pala de la hélice o mismo en su forma y el número de palas presentes en total.
A la hora de la nomenclatura, por ejemplo podemos tener una hélice de 5 x 4.5 x 3. En ese caso, tendríamos una hélice de 5 pulgadas, con un ángulo de inclinación de 4.5 pulgadas y un total de 3 palas. El Ángulo de inclinación se define como la distancia teórica que recorrería la hélice luego de una revolución. En el caso de nuestro ejemplo, se movería 4.5 pulgadas.
Entonces si tuviera una hélice de 3 pulgadas, no generaría la misma cantidad de empuje que una de 4.5 pulgadas, por más que el grado de inclinación y la cantidad de palas sean las mismas, girándolas con un mismo RPM.
El material del que están hechas también afectará la durabilidad de la misma a la hora de rozar ramas de árbol o a la hora de chocar contra el suelo, así como el peso total de la hélice en sí. Girar una hélice más pesada también va a consumir más energía que una más liviana así que es importante tener eso en cuenta a la hora de elegir.
Receptor de Radio y Radio Control
El receptor de radio (Rx) es el componente que toma los comandos que lx pilotx “inputea” en el Transmisor (Radio Control) y le otorga esa información a la controladora de vuelo. En esta instancia hay que asegurarse de elegir un Rx que sea compatible con el Radio Control. Esto generalmente se determina por la marca y/o el modelo de los componentes. Asimismo, se puede verificar que el protocolo de comunicación que usan los componentes sean los mismos. Algunos de estos protocolos son FrSky, CrossFire, FlySky, Tracer y ExpressLRS.
Hay muchas marcas de Transmisores de Radio Control, y su elección es una decisión absolutamente personal. Uno quiere seleccionar un sistema de radio que actúe acorde a nuestras necesidades, ya sea por tamaño, ergonomía, rango o funcionalidad.
A la hora de seleccionar un Receptor de Radio, Rx, la decisión suele recaer en el tamaño y la funcionalidad, así como la latencia del sistema completo. La latencia es el tiempo, en milisegundos, que toma un comando que uno ejecuta en el Transmisor en verse implementado en el multirrotor. Lógicamente, cuanto menor sea la latencia mejor.
COMPONENTES DEL SISTEMA FPV
Cámara de vuelo (Cámara FPV)
La cámara de vuelo es tu ventana al mundo del FPV. A través de ella tenemos acceso a un ojo remoto en el cielo que “nos trae” a bordo del multirrotor. Hay muchos tipos distintos de cámara FPV, la mayoría de ellas le deben la existencia a la tecnología en cámaras de seguridad. Desde ese punto de partida, muchas empresas han desarrollado cámaras específicamente diseñadas para el FPV, viniendo en varios tamaños, diversas calidades de imagen (cámaras con definición estándar 600tvl, cámaras especializadas en situaciones de baja luminosidad, cámaras HD con resolución 1080p, etc). Una cosa a tener en cuenta es que, cuanto mayor sea la información que la cámara está enviando, mayor será la latencia del sistema.
Transmisores de Video (VTx)
Los transmisores de video hacen justamente eso, transmiten la señal de video desde la cámara FPV de manera tal que tus Gafas / Visores / “Goggles” puedan captarla. También se puede usar un receptor que vaya a un monitor externo o cualquier otro dispositivo display destino que elijamos. Varían en tamaño, potencia y funcionalidades, y proveen al usuario con la tecnología inalámbrica de radiofrecuencia necesaria para que el sistema FPV pueda operar.
El sistema está diseñado con múltiples frecuencias posibles que se pueden usar tanto para adaptarse al entorno de vuelo en cuestión o bien para que varias personas puedan volar al mismo tiempo. La potencia del VTx se mide en miliwatts (mW), lo que le da al usuario una idea de qué tan lejos puede transmitir el VTx. Algunas potencias que veremos son 25mW, 200mW, 500mW, 1W, etc. El rango que nos otorguen dependerá de si estamos volando en espacio abierto, si tenemos torres de radio cercanas, si es un espacio urbano y otros factores.
El uso correcto de tu VTx es uno de los puntos más claves para aprender a volar en grupo, así como aprender a ser considerado de otrxs pilotxs. El mal manejo de este componente, aunque todos los otros sean bien utilizados, puede causar accidentes entre pilotxs, así como generar discordias y situaciones feas así que a tenerlo en cuenta.
VISORES / GOGGLES
Tus visores FPV son tu puerta visual al multirrotor FPV. Es posible utilizar un monitor externo enlazado a un receptor de video, pero esta opción desestima la importancia de la inmersión que nos dan estos visores.
Estos vienen en muchos estilos diferentes, desde versiones DIY (del inglés “do it yourself”, indicando una calidad casera o de prototipo) en las que uno tiene que ensamblar las partes que lo componen, hasta versiones listas para ser utilizadas con múltiples funcionalidades, como utilizar DVR (del inglés “Digital Video Recorder”, o grabadora de video digital, que nos permitirá hacer justamente eso, grabar lo que vemos en las gafas en un archivo de video. Es importante aclarar que cuando grabamos en las gafas, cualquier interferencia que notemos mientras volamos será a su vez registrada en esta grabación).
Los visores FPV son similares a las gafas de Realidad Virtual, en el sentido de que hay una imagen que se reproduce en una pantalla ubicada directamente frente a tus ojos, haciéndote sentir como una parte física de tu multirrotor mientras vuela por los aires.
Las gafas tienen un componente llamado el Receptor de Video (VRx), que como cualquier otro componente FPV, viene en una variedad de estilos y funcionalidades. Al VRx se conecta una antena, muy similar a la que se coloca en el VTx en el multirrotor, que a su vez viene en una amplia gama de estilos y tecnologías que determinarán qué tan lejos podremos volar nuestro multirrotor del lugar desde el que lo operamos.
COMPONENTES DEL SISTEMA ELÉCTRICO
Circuito de distribución de potencia (PDB, del inglés “Power Distribution Boards”)
Los PDB (circuitos de distribución de potencia) han ayudado ampliamente a simplificar el cableado y soldado de los distintos componentes del multirrotor.
Hace no tanto tiempo atrás, los componentes recibían alimentación eléctrica a través de un complejo sistema de cableado que unía todos los componentes llamado arnés de cableado. Por suerte los PDB cambiaron todo esto.
En estos circuitos, la batería se conecta a través de un conector soldado a los pads (un pad es un sector del circuito donde conectamos un cable vía soldadura para enviar señal de información o corriente eléctrica), y los otros componentes se conectan a sus pads correspondientes para recibir el voltaje que les corresponde.
Algunos cuentan con más funcionalidades además de sencillamente distribuir el voltaje eléctrico, como filtrar la señal eléctrica de forma tal que no haya “ruido”, con tal de proveer una señal más limpia y confiable. Además pueden entregarle distintos Voltajes a distintos componentes, así pudiendo cada parte operar con los niveles de voltaje que les corresponde.
Baterías
Las baterías son la fuente principal de alimentación eléctrica de tu multirrotor, y pueden tener un gran impacto no solo en cuánto tiempo podrás permanecer en el aire, sin también en qué tanta potencia tendrá el vehículo en sí. Los multirrotores generalmente se alimentan de una tecnología en baterías llamada “batería de polímero de litio”, o LiPo, que está compuesta de una o varias celdas individuales. Cada celda tiene un voltaje estándar de 3.7 volts, y agregando varias celdas a la batería, agregamos más voltaje.
Recordando lo que hablábamos en la sección de motores, la velocidad a la que este gira depende en la cantidad de voltaje que le entra al motor. Entonces, cuanto mayor sea el voltaje, mayor serán las RPM que nos podrá entregar el motor.
Elegir la batería correcta es también un balance muy fino entre peso vs potencia. Cuanto más peso le hagamos cargar a nuestro multirrotor, más cortos serán los vuelos y más peso tendrán que mover los motores. De todos los componentes individuales, la batería será la que más peso agregue al total.
Las baterías se clasifican por Voltaje (V) y por Amperaje (mAh). El amperaje nos indica cuánto tiempo dura la carga en una batería al demandarle una cierta cantidad de energía eléctrica. Cuanto mayor sean los amper-hora (o miliamper-hora en este caso), mayor tiempo durarán.
Fuente: GetFPV
Pronto estarán disponibles más recursos de aprendizaje
