La rivoluzione della dronotica: aspetti progettuali di un drone

Negli ultimi due anni c'è stato un gran parlare di droni su giornali e testate nazionali, blog, siti web e dibattiti televisivi. Per molte persone si tratta ancora di semplici (si fa per dire) oggetti volanti radiocomandati spesso circondati da nuvole di dibattito molto fumoso in merito alla privacy, al livello di pericolosità e altri dubbi da parte dell'opinione pubblica. Ma che cosa sono davvero questi oggetti che dal campo militare sono passati all'uso civile, portando una vera e propria rivoluzione in una miriade di professioni ? Sono davvero così pericolosi e controversi? Quali sono i risvolti positivi del loro utilizzo, come sono fatti e in che cosa consiste questa 'rivoluzione'? Scopriamolo insieme. 

Introduzione

I droni, anche noti come SAPR (sistemi aerei a pilotaggio remoto) o semplicemente APR (aeromobili a pilotaggio remoto), sono dei robot, dei velivoli senza pilota e comandati a distanza. Un tempo erano utilizzati solo in campo bellico, per compiere azioni militari di attacco e controllo senza mettere a repentaglio le vite dei piloti.
Ancora oggi, cercando la parola DRONE su internet, molti dei primi risultati rimandano a notizie per lo più di politica estera, legate ai bombardamenti in Afganistan, alla lotta al terrorismo, alle vittime civili delle 'guerre intelligenti'.
Ma la dronotica si è ormai inserita sempre di più nel campo civile; questa tecnologia avanzata ha portato nel giro di pochi anni a creare nuove professioni e consentendo azioni a beneficio dell'ambiente e della tutela del patrimonio culturale e della sicurezza pubblica.
Analizzeremo nel dettaglio più avanti alcuni grandi benefici della dronotica in ambito civile, ma prima rispondiamo alla domanda: come sono fatti i droni ?

Come sono fatti i droni?

I droni sono composti da cinque elementi principali: il telaio, i motori, l'Esc (Electronic speed controller), la centralina e il trasmettente (vedi Figura 1). 

  1. Il telaio non è che la struttura che ospita tutta l'elettronica. Buona parte del design e del lato 'estetico' dei vari modelli di drone sono racchiusi in questo elemento, che deve essere fatto però di materiali più idonei per proteggere le componenti interne e per garantire la migliore efficienza a tutta la macchina.
  2. I motori sono un elemento determinante nelle prestazioni della macchina perché a seconda delle dimensioni e al tipo di multirotore cambia molto il 'tipo di volo' più adatto, o meglio, il tipo di lavoro che si vuole svolgere.
    I motori sono quasi sempre di tipo brushless (senza spazzole) perché ha meno attrito e quindi più economico in termini di consumo, è più silenzioso (diminuendo il tipico rumore del drone, l'animale volatile da cui questo strumento prende il nome), si surriscalda di meno, ingombra di meno ed ha un ciclo di vita più lungo. Nell'immagine di figura 1 sono esemplificati con i motori brushless T-Motor 3110-17 kv 700. Analizzando i collegamenti e il numero dei motori siamo in presenza di un esacottero, macchina performante e sicura.
  3. L'Esc è un dispositivo che acquisisce i segnali dalla centralina e li trasferisce come input ai motori, regolandone la velocità. L'Esc (anche detto regolatore) va programmato in base all'utilizzo che si vuol fare del drone; esso trasmette i segnali in base alla quantità di potenza che impostiamo con il radiocomando. L'Esc è composto da due cavi di alimentazione (negativo e positivo)  collegati alla batteria, uno a 3 poli e un cavo segnale che serve a riceve gli impulsi dal radiocomando. Infine, 3 cavi che portano a rotazione l'impulso che serve ad azionare il motore. Anche qui, analizzando la figura 1 siamo in presenza di esc AFRO SimonK. Si tratta di esc ad altissime prestazioni in grado di rispondere ad una frequenza molto alta sia ai comandi impartiti dalla centralina, sia ai possibili difetti o comportamenti anomali dei motori brushless.
  4. La centralina è il cervello del corpo macchina. Si tratta di un sistema compatto ed evoluto dotato di sensori di altissima precisione. Tavolta esso è collegato ad un GPS per aumentare ulteriormente la precisione anche in condizioni di vento forte o molto rafficato. Nella figura 1 la centralina è in arancione al centro dello schema. A questa si collegano gli ESC da un lato e tutta l'elettronica collegata alla centralina (Power Unit, ricevitore, Led, Gimbal, ect). La centralina collegata in questo schema si chiama NAZA v2, una delle centraline chiuse più vendute al mondo. E' una centralina molto semplice da montare ed installare, chiusa (non è possibile entrare per cambiare le logiche di gestione e i parametri di funzionamento). Principali competitor di questa centralina sono le PixHawk (centralina open source, modificabile in ogni sua parte ma complessa da maneggiare e configurare rispetto ad una centralina chiusa come la Naza v2) della 3Drobotics e le centraline Gemini (anch'esse chiuse, con limitatissime possibilità di modifica), di derivazione militare.
  5. Il GPS (in inglese: Global Positioning System) è un sistema di posizionamento che, attraverso una rete di satelliti artificiali in orbita, fornisce al ricevitore GPS informazioni sulle sue coordinate geografiche ed orario, in ogni condizione meteorologica, ovunque sulla Terra. La localizzazione avviene tramite la trasmissione di un segnale radio da parte di ciascun satellite e l'elaborazione dei segnali ricevuti da parte del ricevitore. Il GPS ha una sola pecca, a differenza dei cellulari non prende al chiuso. Quindi attenzione a far volare i vostri droni in spazi chiusi ed angusti! Ad oggi i GPS più diffusi viaggiano su rete americana (appunto GPS). Si stanno diffondendo sempre più i satelliti del competitor russo GLONASS e del gigante cinese BEIDOU (che al momento copre soltanto l'asia).
  6. Infine, la coppia trasmittente/ricevente serve a far comunicare le informazioni date dalla radio al drone e ad impartire comandi per la navigazione. Solitamente i vari costruttori vendono i due sistemi in modo accoppiato (radio + ricevente). Questo per due motivi principalmente: il primo è per semplificare la vita al cliente ed evitare problemi di interferenze e "binding" tra i due componenti. Secondo per "obbligare" il cliente ad usare un solo brand ed un solo sistema. Ad oggi le radio usate sui droni sono solitamente da 9 canali in su seppur la norma sono le radio da 16 canali (in modo da controllare e gestire device esterni quali lancio di oggetti, apertura paracadute, apertura e chiusura di un carrello). Le radio hanno solitamente una portata di circa 600 metri - 1 Km, seppur ci sono in giro [...]

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5 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio 5 maggio 2016
  2. Gaetano Aerialclick Gaetano Aerialclick 6 maggio 2016
  3. f.amantea 6 maggio 2016
  4. lucamax 11 maggio 2016

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