Un quadricottero basato su Arduino

Quadricottero

Chi non vorrebbe avere un modellino personale di quadricottero radiocomandato, magari dotato di videocamera HD, e stupire gli amici con emozionanti manovre e riprese dall’alto mozzafiato? Questo sogno si può realizzare seguendo le istruzioni di Russell de la Torre, che ci insegna come auto-costruirsi un quadricottero basato su Arduino.

Russell voleva a tutti i costi avere un quadricottero tutto suo, ed essendo un amante del fai-da-te, ben sapeva che le soddisfazioni maggiori le avrebbe avute solo auto-costruendolo, pezzo per pezzo. Certo, esisteva anche la possibilità di acquistare un kit disponibile in commercio, ma Russell preferì comunque seguire la propria strada, una scelta che avrebbe comportato la necessità di spendere molto tempo per reperire tutte le informazioni necessarie. Non voleva però limitarsi a questo, il suo obiettivo era soprattutto quello di mettere a disposizione di tutti il know-how e gli strumenti hardware e software necessari per realizzare autonomamente il progetto; in altre parole, realizzare un vero e proprio progetto open-source. Russell ha avuto successo, ed il progetto è stato pubblicato nel suo blog.

Il risultato è stato un quadricottero basato sulla piattaforma hardware open-source Arduino, battezzato con il nome "Scout UAV". Per la cronaca, ricordiamo che UAV è l’acronimo di Unmanned Aerial Vehicle, cioè un velivolo in grado di operare senza pilota, quindi comandato a distanza. In particolare, il produttore Northrop Grumman ha sviluppato un elicottero UAV denominato MQ-8 Fire Scout, al quale presumibilmente l’autore del progetto si è ispirato. La realizzazione del quadricottero Scout UAV comporta una spesa variabile tra un minomo di circa 300 dollari ed un massimo di quasi 1200 dollari, a seconda del tipo di materiali che si intende impiegare (la spesa complessiva può ulteriormente scendere se si hanno già a disposizione alcuni dei componenti richiesti per il progetto). Russell ha elencato sul suo sito non solo la lista dettagliata dei componenti, ma anche le possibili alternative disponibili sul mercato, con il costo associato. Il progetto del quadricottero, visibile nell’immagine di apertura dell’articolo, è corredato del firmware necessario per programmare Arduino. Al di là delle considerazioni o valutazioni che ognuno può esprimere su questo progetto, ritengo che sia comunque da encomiare il lavoro svolto da Russell, vero interprete della filosofia open-source.

Prima di vedere più in dettaglio gli aspetti tecnici del progetto, godiamoci questi due video girati con lo Scout UAV. Il primo si riferisce al primo volo outdoor del quadricottero, mentre il secondo mostra delle immagini catturate da una on-board camera installata sul velivolo. Quando è stato girato quest’ultimo video, Russell stava ancora testando il comportamento in volo dello Scout "appesantito" dalla presenza della videocamera, che inevitabilmente diminuisce l’agilità del velivolo e rende più critica la stabilità dello stesso.

I sensori

La sensoristica gioca un ruolo fondamentale per la navigazione e l’orientamento del velivolo. Non viene utilizzato un sensore unico, bensì un set di sensori che, cooperando tra di loro, garantiscono il corretto funzionamento dello Scout. Questi sensori includono fondamentalmente giroscopi e accelerometri, ai quali recentemente si sono aggiunti anche i magnetometri, utilizzati per calcolare la direzione di volo. In commercio esistono delle schede specializzate che incorporano tutti questi sensori e forniscono in uscita i valori di velocità, direzione, e forza gravitazionale su assi multipli. Queste schede vengono chiamate IMU (Inertial Measurement Unit), e la scelta di Russell è ricaduta sul modello ArduPilot Mega IMU, uno shield progettato per funzionare con la scheda ArduPilot Mega, visibile nell’immagine seguente.

I motori

Inizialmente è sorto il seguente problema: meglio utilizzare un motore a spazzole oppure un brushless? I motori brushless hanno certamente delle prestazioni superiori, dovute alla mancanza di punti di contatto tra statore e rotore ma, conseguentemente, anche il loro costo è maggiore rispetto ai motori a spazzole. Il vantaggio però è che virtualmente non richiedono alcuna manutenzione, ed hanno una durata maggiore. La scelta è ricaduta perciò su un motore brushless, e più precisamente su un modello outrunner, particolarmente indicato per basso numero di giri ed elevata coppia.

Le eliche

Dopo vari tentativi e test sperimentali, la scelta delle eliche è ricaduta su un modello a 2 pale 8×4. Si noti come, per ragioni di stabilità, sul quadricottero occorre installare una coppia di eliche con orientamento delle pale orario ed una coppia con orientamento antiorario.

La radio

Lo Scout è controllato tramite un radiocomando, con il quale si può variare la velocità e la direzione. Il numero minimo di canali richiesti per controllare un quadricottero è pari a 6: 4 servono per i motori, mentre gli altri 2 servono per commutare tra modo acrobatico e modo stabile, e per abilitare o disabilitare la localizzazione GPS durante il volo. Un numero di canali maggiore di 6 permette ovviamente di controllare altri dispositivi come le luci, la videocamera, o i carrelli. La scheda ArduPilot Mega supporta la comunicazione seriale tra il quadricottero ed un computer. Questa comunicazione viene utilizzata per uploadare il software, modificare i parametri, e per modificare il piano di volo. La scelta è ricaduta su dei moduli XBee 2.4GHz da 1mW.

Il software

Esistono varie community che sviluppano software per la scheda ArduPilot Mega, tra le quali ricordiamo: ArduCopter, ArduPirates e AeroQuad. La scelta dell’autore è ricaduta sul codice di ArduCopter, ben commentato, e più semplice da capire e modificare.

Sul sito di Russell sono infine presenti le istruzioni passo-passo per la costruzione del quadricottero.

Arduino è disponibile da Farnell

11 Comments

  1. giuseppe.pegasus 23 luglio 2014
  2. Emanuele 27 febbraio 2012
  3. cout daniele 7 febbraio 2014
  4. stgrce 25 ottobre 2011
  5. Emanuele.Carlini 1 marzo 2014
  6. telegiangi61 25 ottobre 2011
  7. giuliolele 26 ottobre 2011
  8. Valy.Ingrasia 19 marzo 2014
  9. Emanuele.Carlini 4 marzo 2014
  10. linus 27 ottobre 2011
  11. Tomas.Annunzi 10 novembre 2014

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