Come costruire il vostro primo quadricottero: le basi di un progetto

Nel corso degli ultimi anni abbiamo assistito a un crescente interesse nei confronti dei quadricotteri radiocomandati, con un proliferare di siti, forum e risorse Internet dedicate alla loro costruzione. In questo articolo vedremo come costruire un nostro modello di quadricottero partendo da zero, esaminando le varie parti che lo compongono, come saperle selezionare e come assemblarle tra loro. Se avete intenzione di costruire un quadricottero ma non sapete come, questo è sicuramente il posto giusto per voi.

Introduzione

Questo articolo è fondamentalmente un tutorial nato da una serie di informazioni raccolte visitando numerosi siti web, osservando i video postati da altri utenti, e leggendo le numerose guide disponibili in rete. I principali argomenti trattati sono i seguenti:

  1. scelta dei componenti;
  2. assemblaggio;
  3. attrezzi e strumenti di misura;
  4. norme relative alla sicurezza;
  5. pilotaggio, manutenzione e riparazione.

I concetti esposti sono applicabili alla costruzione di un qualsiasi tipo di quadricottero, anche se ci focalizzeremo sui mini quadricotteri con dimensione pari a 250 mm. Ecco una lista degli argomenti trattati nel tutorial, suddiviso in due parti.

Prima parte:

  • elenco dei materiali richiesti;
  • principio di funzionamento di un quadricottero;
  • selezione dei componenti:
    • telaio;
    • motori;
    • eliche;
    • ESC;
    • batteria;
    • trasmettitore;
    • ricevitore;
    • caricabatterie;
    • regolatore di tensione.

Seconda parte:

  • montaggio del quadricottero, articolato sulle seguenti fasi:
    • assemblaggio del telaio e saldatura dei connettori;
    • allestimento del sistema di controllo del volo;
    • preparazione dei motori;
    • test del corretto verso di rotazione dei motori;
    • collegamento dei motori all’ESC;
    • saldatura dell’ESC e dei connettori alla PDB;
    • aggiunta degli accessori;
    • completamento della cablatura elettrica e collegamento alla batteria;
  • manutenzione e riparazione;
  • salute, sicurezza e aspetti legali;
  • pilotaggio.

Materiale richiesto

Ecco l'elenco completo del materiale richiesto per la realizzazione del nostro progetto.

Componenti

  1. telaio;
  2. sistema di controllo del volo;
  3. motori;
  4. ESC;
  5. eliche;
  6. batteria;
  7. trasmettitore;
  8. ricevitore;
  9. caricabatterie per batterie LiPo;
  10. allarme batteria scarica.

Strumenti/Attrezzi

  1. saldatore;
  2. pasta saldante;
  3. occhiali di sicurezza;
  4. aspiratore di fumi;
  5. terza mano (opzionale);
  6. emostato (opzionale), utile per tenere in posizione i fili da saldare;
  7. pinzette;
  8. pinza spelafili;
  9. tronchesino;
  10. phone elettrico oppure pistola termica.

Varie

  1. pin header;
  2. cavetti per servo;
  3. connettori XT60;
  4. fili di varie dimensioni: 14 AWG, 22 AWG, etc.;
  5. fascette;
  6. tubetti termorestringenti;
  7. cavi per batteria;
  8. tester per servo (opzionale);
  9. contenitore per batteria AA con cavetti (opzionale);
  10. viti (M3);
  11. dadi di Nyloc (M3 e M5);
  12. custodia antifiamma per batteria LiPo.

Accessori opzionali First Person View

  1. telecamera FPV;
  2. action camera;
  3. trasmettitore video;
  4. OSD (On Screen Display);
  5. regolatore di tensione;
  6. occhiali/piccolo display.

In questa guida non verrà spiegato come aggiungere al progetto delle funzionalità FPV. Qualora foste interessati, potete fare riferimento all'apposito tutorial curato da “DroneFlyers”.

In Figura 1 possiamo osservare alcuni dei componenti richiesti per la costruzione del quadricottero.

Figura 1: i principali componenti richiesti per la realizzazione del quadricottero

Figura 1: i principali componenti richiesti per la realizzazione del quadricottero

Il progetto propone due diverse configurazioni di quadricottero: la prima (“performance”) è orientata all'ottenimento delle prestazioni, mentre la seconda ("economica") è orientata al contenimento dei costi.

Configurazione performance

Questa configurazione consente di ottenere una velocità di punta di 80 miglia orarie e un’accelerazione verticale di 90 piedi al secondo:

  1. telaio Armattan F1-5 oppure F1-6. Costo: 100-115 US$;
  2. KISS Flight Controller. Costo: 34.90 €;
  3. 4x KISS 24A Racing Edition ESC. Costo totale: 91.60 €;
  4. 4x T-motor 2206 2000 Kv. Costo totale: 97.80 €;
  5. 4x elica HQ 5030. Costo totale: 3 €;
  6. batteria ai polimeri di litio SMC 37A 4S 1300 mAh True Spec. Costo: 36.30 €;
  7. trasmettitore radio FrSky Taranis X9D Plus. Costo: 179.30 €;
  8. ricevitore radio FrSky X4R-SB. Costo: 25.40 US$

Costo totale: circa 500-550 €

Configurazione economica

Questa configurazione ha prestazioni inferiori alla precedente, ma costi più contenuti:

  1. telaio ZMR 250 V2. Costo: 30.99 US$;
  2. Flight Controller Naze32. Costo: 24.99 US$;
  3. 4x motori SunnySky X2206S 2100 kV. Costo totale: 39.96 US$;
  4. 4x Littlebee 30A ESC. Costo totale: 51.44 US$;
  5. 4x elica HQ 5045. Costo totale: 4 €;
  6. batteria ai polimeri di litio Turnigy Nanotech 3S 1800 mAh. Costo: 21.70 US$;
  7. trasmettitore FlySky FS-TH9X. Costo: 79.90 US$.

Costo totale: circa 220 €

Funzionamento

In questo paragrafo descriveremo la funzione svolta da ogni componente del quadricottero, a partire dal telaio. Il telaio serve a conferire rigidità al velivolo, e su di esso sono installati gli altri componenti. Il flight controller serve, invece, a regolare il numero di giri (RPM) dei motori. L’ESC (Electronic Speed Control) riceve i segnali provenienti dal flight controller, e regola la velocità dei motori. I motori e le eliche permettono al quadricottero di muoversi lungo i tre assi, e quindi di spostarsi nella direzione desiderata. La batteria serve ad alimentare i vari componenti elettrici ed elettronici, mentre la radio (trasmettitore e ricevitore) consente di controllare il quadricottero da remoto. In Figura 2 possiamo osservare uno schema a blocchi con evidenziati i componenti appena descritti.

Figura 2: principali componenti di un quadricottero

Figura 2: principali componenti di un quadricottero

Una valida risorsa sul web, relativa ai quadricotteri autocostruiti, è il blog creato da Oscar Liang. L’autore del progetto ha molte volte trovato in questo blog la risposta a un suo dubbio o problema bloccante.

Selezione dei componenti

Proponiamo qui una serie di utili suggerimenti relativi alla selezione dei componenti più adatti alla configurazione prescelta.

Utilizzate eCalc: è uno strumento per determinare se una particolare combinazione di componenti è adatta o meno ai nostri scopi. Una volta scelti i componenti, è sufficiente inserire il loro valore in eCalc per far sì che il tool generi le caratteristiche di volo rilevanti, come: massimo assorbimento di corrente, tempo di volo, velocità massima, velocità di salita, e altro ancora.

Visitate i forum: se non riuscite a venire a capo di un problema da soli, la prima cosa da fare è quella di consultare forum come RCGroups. Questo forum si occupa virtualmente di ogni argomento inerente i modelli radiocomandati, ed è perciò molto probabile che il vostro problema sia già stato risolto da un altro utente.

Cercate di acquistare da venditori nazionali: in questo modo è possibile contenere le spese di spedizione e non dovrete sostenere dazi doganali. Ecco una lista di siti su cui acquistare:

  1. HobbyKing;
  2. BangGood;
  3. GoodLuckbuy;
  4. HobbyRc;
  5. Flyduino.

Attenzione ai cloni: meglio evitare acquisti su ebay per quanto concerne i componenti principali come motori, ESC e batterie, dove è preferibile utilizzare prodotti di elevata qualità e affidabilità. In generale i prodotti clonati sono inaffidabili e di qualità scadente, anche se ci possono essere delle valide eccezioni.

Utilizzate sempre delle fascette: sono comodissime per legare tra loro diversi componenti e per fissarli al telaio.

Utilizzate un magic smoke stopper: è un dispositivo economico che serve a limitare la corrente, proteggendo e prolungando la vita di componenti costosi, come i motori o l’ESC.

Utilizzate un avvisatore di stato batteria: indica quando la carica della batteria si sta esaurendo, ed è quindi arrivato il momento di atterrare.

Esaminiamo ora i nove componenti basilari necessari per costruire un quadricottero.

1 - Telaio

Come visibile in Figura 3, esistono due tipologie comuni di telaio: acro e FPV. I primi sono anche detti telai a “vera X”, mentre i telai FPV possono avere una forma a “X” oppure ad “H”. I telai FPV sono anche noti con il termine di telai “bus”, per la somiglianza della struttura posta al loro centro con un autobus.

Figura 3: le due tipologie di telaio per quadricottero

Figura 3: le due tipologie di telaio per quadricottero

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