By Guida sulla componentistica dei droni: gli ESC
ESC
Gli ESC o electronic speed control servono a controllare la velocità dei motori, l’ESC è l’intermediario tra i motori e la centralina di volo che a sua volta riceve i comandi dal nostro radiocomando. In un drone con quattro motori, ognuno esercita una spinta, quindi per mettere ordine nel caos intervengono gli ESC che, tenuti sotto controllo dalla centralina, regolano la potenza e quindi la spinta dei motori in base ai comandi che forniamo alla centralina. Viene da sè che la scelta di buoni ESC è particolarmente importante.
Gli ampere
Un primo aspetto che va considerato nella nostra scelta sono gli ampere che vengono assorbiti dai motori mentre ruotano; se il nostro ESC riesce a gestire pochi ampere rispetto a quanti il motore ne assorbe rischiamo di surriscaldare e infine bruciare il nostro ESC. Normalmente l’amperaggio viene riportato o sullo stesso ESC o sul sito del produttore.
Il voltaggio
Un’ulteriore aspetto di cui si deve tener conto è il voltaggio, il nostro drone andrà alimentato con una batteria con un certo voltaggio (ne parleremo più avanti) di conseguenza il nostro ESC deve supportare quel voltaggio.
BEC o Non BEC
Un ultimo aspetto da considerare è un ESC con BEC o senza BEC. Essenzialmente l’acronimo BEC sta per (battery eliminator circuit) e consente in fase di cablaggio di far viaggiare la corrente assieme ai cavi dei comandi che entreranno nella centralina (alimentando servocomandi e ricevente). Un ESC senza BEC, non portando con sé anche la corrente, rende necessario una batteria supplementare solo per servocomandi e ricevente. La maggior parte degli ESC sono BEC ma comunque è sempre bene tenere presente questa differenza in fase di scelta dal momento che esteticamente ESC BEC e non BEC sono identici, quindi non sapendolo, ci si potrebbe facilmente sbagliare.
CPU
Un piccolo approfondimento, per chi fosse più interessato ad addentrarsi nella parte tecnica, ogni ESC è basato su un processore, principalmente i più diffusi sono: ATMEL, SILABS e ATMEL ARM Cortex.
La principale differenza tra questi è che ognuno è in grado di far girare dei firmware personalizzabili dal pilota permettendo un maggior controllo dei parametri di volo.
Ci sarebbe ancora molto da dire però esuleremmo dall’obiettivo di questo articolo, ovvero dare una prospettiva pratica per la scelta e la costruzione di un modello. In rete sono comunque disponibili moltissimi articoli riguardanti ogni aspetto degli ESC per approfondire l’argomento.
Come sempre vi lasciamo dei link amazon di cui sicuramente vi spiccherà all’occhio questo:
che comprende un kit di 4 ESC abbinati già a 4 motori.
Questi altri sono invece ESC singoli per chi preferisse scegliere personalmente ogni pezzo.
Centralina
Veniamo ora al cuore del drone, la centralina o flight controller, ha il compito di ricevere i comandi dell’operatore e, attraverso i sensori di cui dispone, permette di alzare in volo il nostro modello.
Commerciale vs Personalizzato
Abbiamo due grandi mondi a confronto, il primo è quello commerciale in cui va soltanto cablata opportunamente, il secondo è quello custom, in quest’ultimo ci sono numerosi parametri di cui tenere conto che invece nel commerciale vengono già scelte dalla casa – primo tra tutti il firmware. Attenzione non è automaticamente vero che le FC (flight controller) commerciali siano di inferiore qualità. Procediamo per gradi:
Processore
Come per gli ESC anche qui troviamo diversi processori che, a seconda della velocità possono far girare meglio il firmware della FC. Ce ne sono di vario tipo ma i più comuni sono gli F1-F2-F3-F4 ed F7, in generale aumentando il numero finale aumenta la velocità del processore.
Accelerometro
Sensori molto importanti, specie per chi inizia nel mondo dei droni, consentono di rilevare l’accelerazione nello spazio del modello e di conseguenza consentono l’auto livellamento permettendo un maggior controllo del mezzo.
IMU
Altro sensore fondamentale è l’IMU/giroscopio, consente di misurare la velocità angolare lungo i tre assi, questo sensore è indispensabile sia per chi vola in modalità acrobatica/racer che non.
GPS
Al giorno d’oggi la maggior parte delle persone ha sicuramente sentito parlare almeno una volta del GPS, o global positioning system, consente al modello di conoscere costantemente la sua posizione e, soprattutto, di impostare il suo punto di partenza il che lo rende capace di un return to home automatico in caso di necessità. Dal momento che il GPS colloca sempre il modello nello spazio questi dati vengono utilizzati dalla centralina in sincrono con gli altri sensori per mantenere quel punto dello spazio, dando quindi un grande vantaggio alla stabilità.
Barometro
Il barometro è un sensore che registra costantemente l’altitudine del nostro modello e invia i dati alla centralina, è estremamente utile per tenere il drone fisso alla stessa quota preoccupandosi quindi solo dell’asse x ed y.
BEC
Come per gli ESC anche le FC possono avere un loro BEC che permette di essere collegate direttamente ad una batteria.
FC AIO
Letteralmente Flight controlle All In One, sono centraline che hanno integrati gli ESC nel circuito stampato, ovviamente diminuisce notevolmente la complessità e il peso del modello ma gli ESC integrati potrebbero non essere ciò di cui abbiamo bisogno, dipende sempre dalle nostre esigenze. Molti principianti per iniziare a impratichirsi con la componentistica iniziano da queste schede alle quali poi cablano motori e telaio per ottenere un primo mini quadrirotore perfettamente funzionante. Come sempre lasciamo un link Amazon:
FPV
Alcune FC hanno un trasmettitore video integrato (VTX) che permette di risparmiare spazio prezioso e avere allo stesso tempo il cosiddetto “first person view”.
Ora che abbiamo fatto una panoramica sulla sensoristica generale viene da sè che un drone che nasce per realizzare filmati o rilievi professionali in qualsiasi ambito ha bisogno di sensori che gli permettano di volare nel modo più preciso e stabile possibile, così da evitare sia disturbi che movimenti improvvisi. Per questo motivo spesso vengono montati sensori ottici aggiuntivi sul ventre del drone che, combinati ai giroscopi, agli accelerometri, al GPS e al barometro hanno una notevole precisone nel posizionamento sia all’esterno ma che fa la differenza all’interno, dove il GPS ovviamente non arriva.
Vi segnaliamo in particolare questo prodotto, è un kit tutto compreso della DJI, FC (IMU/Gyro, Accelerometro, barometro ecc..), con GPS. In pratica abbinando a questo kit le restanti componenti potrete assemblare un DJI Phantom (Do it Yourself).
Nota personale
Nel quadrirotore da me assemblato ha svolto un lavoro egregio, ovviamente la stabilità non è paragonabile a un DJI Phantom che ha numerosi sensori aggiuntivi, senza contare le ottimizzazioni DJI, però testandolo anche con altre centraline questa è quella con cui mi sono trovato a volare meglio.
Droni racer
Se invece cerchiamo più il lato racer/acrobatico nei droni viene da se che di volo stabilizzato, GPS, barometro e accelerometro possiamo anche farne a meno.
Questi sono i parametri fondamentali da considerare nella scelta della nostra FC, nella realtà poi ce ne sono altri non fondamentali ma ugualmente da considerare ma esulano dallo scopo di questo articolo.
Concludendo
Per concludere questo paragrafo torniamo all’inizio in cui parlavamo della differenza tra commerciale e personalizzato, ebbene nelle FC commerciali viene tutto scelto dalla casa madre e tutti i parametri vengono impostati nel firmware, mantenendo comunque sempre un certo grado di personalizzazione ma sicuramente inferiore rispetto a quelle custom in cui ogni parametro è settabile. Va detto che quest’ultima caratteristica è sia un pregio che un difetto, può dare grandi soddisfazioni ma anche grandi delusioni se non si sa cosa si sta settando.
Termina qui il nostro secondo e penultimo articolo sulla componentistica dei droni. Al prossimo ed ultimo numero per esplorare gli ultimi componenti!
Per fonti e approfondimenti:
- www.drone24hours.com
- www.manualefpv-it.com
- Xue, X. (2019). Optimization of Electronic Speed Controller (ESC) Power Quality (Doctoral dissertation, San Diego State University).
- Giancarlo Stretti – Il pilota di droni (IBN editore)
