Drones de carrera

Seguramente esta disciplina no es apta para todo tipo de pilotos, especialmente para aquellas personas que padecen del corazón, porque la velocidad, la adrenalina y el vértigo de pilotar un dron de carreras a más de 100km/h es algo para lo que pocos pilotos de drones están preparados. Por eso en este artículo hablaremos de la disciplina de los drones de carreras.

Si no tienes experiencia en este mundo FPV, lo recomendable es que entrenes primero con un simulador para drones en un ordenador, porque es más que probable que en el primer intento lo estrelles nada más al despegar... y eso supone roturas, arreglos y vuelta a empezar.

Dentro de los drones FPV, existen varios modelos que se diferencian según sus prestaciones y su finalidad. Principalmente podemos distinguir:

• Drones de carreras (drone racings)

• Drones acrobáticos o estilo libre (free-style)

• Drones para tomas cinemáticas (cinewhoop)

• Drones para largas distancias (low range)

Cada tipo de dron FPV es para un uso concreto y cuenta con unas particularidades. Se podría hablar largo y tendido de cada una de estas disciplinas pero en este artículo nos vamos a centrar en los ¡DRONES DE CARRERA!

¿Cómo se pilota un dron de carreras?

Los drones de carrera se comportan diferente a los drones estabilizados porque son controlados totalmente por el piloto. El radio control del mismo hará que el dron se ubique en tiempo y espacio. Aquí el piloto lleva el control total del vuelo.

Estas "máquinas" voladoras al desplazarse a toda velocidad y querer detenerlas, cuentan con las inercias propias de la velocidad adquirida, por lo tanto nosotros mismos debemos realizar las maniobras correspondientes en los stick para frenarlos... en la "media vuelta de combate" una maniobra para pasar por arriba del obstáculo y volver por donde veníamos justamente necesitamos aprovechar esa inercia obtenida para poder ejecutarla (maniobra muy utilizada)... lo mismo cuando realizamos una "caída libre controlada" o "dive" donde también se combinan movimientos para evitar chocar contra el suelo.

Su vuelo es lo más similar a volar a un helicóptero radio controlado, el dominio de pilotaje se consigue después de unas 100 horas de práctica en promedio (unos más otros menos), y es que como en todos las disciplinas, la práctica te hará volar de una forma totalmente autómata sin estar imaginando como debes mover los stick. Al igual que cuando conduces un coche no estas pensando como realizar un cambio de marcha, que pedales o palanca mover ni como debes manejarlo, simplemente lo haces... y ya! Con los drones FPV ocurre lo mismo, tu cerebro asimila las reacciones y comportamientos del dron ante los movimientos de los josticks y con práctica lo haces de forma mecánica. 

Es necesario adiestrar tus dedos y practicar en un simulador de drones de carrera para que te familiarices con los comportamientos físicos del dron.

¿Qué características tienen los drones de carreras?

Para poder volar un dron de carreras es necesario un radio control, gafas FPV, el dron ya con su cámara montada con sistema de transmisión.

Su tamaño promedia entre 15 y 25 centímetros, pero con motores de mucha potencia. Los drones de carrera son los más rápidos dentro de la familia de los cuadricópteros pudiendo llegar a alcanzar sin problema los 120 a 140 Km/h aunque sabemos de modelos extremos que llegan a los 200 kilómetros por hora.

En cuanto a las baterías de estos fórmula 1 de los cielos, son muy potentes pero de corta duración. Es por eso que las carreras de drones profesionales, no suelen durar más de 5 minutos.

Por otro lado, cuando hablamos de drones de carreras generalmente nos referimos al propio dron en si, pero debemos ya contar de antemano con equipamiento extra del que te hablaremos más adelante.

¿Qué necesitamos para volar un dron de carreras?

Para iniciarnos en este fascinante mundo de drones FPV con este estilo de vuelo tenemos que ver que dron se ajustará a lo que buscamos como para que sepamos al detalle que componentes vamos a utilizar.

Además un punto muy importante es que nosotros mismos podremos seleccionar los componentes que puede llevar montado nuestro dron. En este mundo te sentirás libre de usar y probar los componentes más adecuados, a diferencia de los DJI, Autel, Skydio, etc. que terminamos usando siempre los mismos componentes que monta el fabricante y es difícil poder realizar cambios en los mismos. 

Para armar el dron en si se necesita:

• Frame o armazón del dron
• Controladora de vuelo (FC)
• Placa distribuidora de potencia (PDB)
• Cuatro variadores o una placa que tiene los 4 variadores (ESC)
• Cuatro motores con sus hélices
• Sistema FPV = Cámara + transmisor de video + antena
• Receptor radio control

Pero ahí no termina todo, eso es tan solo el dron, porque también necesitaras para poder volarlo:

• Radio control programable
• Goggles o gafas para el sistema de visión FPV.
• Batería/s para el dron (por lo menos te recomiendo 4)
• Cargador de baterías inteligente para la carga todo los componentes.

¿Cuáles son los componentes de un dron de carreras?

Pese a que tenemos diferencias técnicas entre los modelos podemos decir que a sus vez comparten la misma tecnología compuesta por varios componentes en común.

FC = controladora de vuelo (Flight Control). Es el cerebro del dron. Esta placa es uno de los dispositivos electrónicos más importantes con multiplicidad de funciones. Por ejemplo medir la aceleración y rotación en el espacio utilizando acelerómetros y giróscopos. Los datos suministrados por los sensores son entregados al procesador central y hacer las correcciones necesarias y dar estabilidad de vuelo en el dron.

La controladora puede manejar otros dispositivos, por ejemplo:

• Puertos entrada/salida los cuales pueden conectar los dispositivos como por ejemplo diferentes tipos de receptores de radio control.
• Barómetro, magnetómetro. Determina la altitud, dirección del dron.
• Salida a los variadores de los motores para poder sincronizarlos en vuelo.
• Entrada video cámara para poder inyectar los valores de la telemetría.
• Salida de video y visualización en pantalla de los datos de vuelo (OSD).
  
• Conector de GPS si queremos saber su ubicación mostrada por el (OSD).
  

¿Viste que en varios lados nombramos las sigla OSD?
(One Screen Display)

¿Pero que es el OSD?  la mayoría de las veces es un microprocesador de video integrado en la misma FC. Queda conectado entre medio de la cámara de video y el transmisor de video. (es un puente entre ellos o conexión en serie) El mismo al recibir la señal de video de la cámara frontal del dron se encargará de inyectar los datos de telemetría para luego enviarlo al transmisor de video (vtx) en una sola imagen. O sea, de fondo se ve lo que capta la cámara y se superpone por encima una plantilla con datos (texto en blanco fondo transparente) logrando una sola imagen compuesta como para explicarlo de alguna manera.

TX = radio transmisor: Es el mando desde el cuál transmitimos los comandos a nuestro dron. Muchos de los drones comerciales que existen cuentan con una emisora única para cada modelo. Pero también existen emisoras que pueden ser vinculadas a varios drones, como es la que utilizan los drones de carreras. Las emisoras de marca FrSky, FlySky, TBS, Futaba, Spektrum por nombrar algunas valen para casi todos los drones de carreras que existen. Además, te permiten guardar las configuraciones de hasta por lo menos 20 drones. No obstante, deberás comprar por separado el radio receptor.

(más abajo explicaremos los protocolos de transmisión)

RX =  radio receptor: Dispositivo que recibe las ondas emitidas por el radio control, esta se encarga de decodificar la señal para controlar el dron a distancia de manera inalámbrica. Cuenta con diferentes tipos de antenas.  Algunos modelos de FC ya traen incluido dicho receptor si necesitad de contar con un dispositivo externo como las fotos que te enseñamos. La frecuencia utilizada en el  99% de los drones de carrera es de 2.4 GHz.

(más abajo explicaremos como funcionan)

Cámara = cámara FPV: es donde iniciamos todo el sistema FPV a través de este dispositivo. Los drones pueden llevar varios tipos de cámaras de imagen instaladas. Tienen un gran surtido de marcas y especificaciones técnicas como para detallara pero y nuestra idea es mostrar simplemente los componentes de los drones de carrera.

La cámara FPV sirve para que el piloto pueda ver lo que hay delante del dron. Con esta el piloto cree estar dentro del dron pilotando y de esta forma puede volar con mayor precisión. Las imágenes que va captando la cámara el piloto las va viendo en tiempo real en las goggles de pantalla completa o en unas gafas de first person view.

VTX = video transmisor: módulo capas de envíar la señal de vídeo captada por la cámara FPV del dron a un receptor VRX autónomo o integrado en unas gafas FPV de modo que la imagen recogida por la cámara pueda ser mostrada en un monitor o en las gafas FPV del piloto. Los VTX pueden usar diferentes frecuencias, como por ejemplo 5 GHz. la cual utilizan casi todos los drones de carrera.  Ademas estos dispositivos pueden transmitir una señal de video análogo o digital.

Antena de video = antena VTX : componente que no es ni más ni menos que la antena de radio necesaria para poder transmitir la señal de video. Las mismas se dividen en 2 grupos separados según su polarización los cuales son lineal o circular. 

La polarización de una antena significa la forma en que la señal de radio viaja a través del espacio. Este punto es demasiado técnico y largo como para explicarlo en tan solo este post.  Mencionaremos de manera superficial cuando usar una u otro.

• ¿Cuando usar Polarización circular?
  • Volar cerca de objetos grandes, árboles, edificios o en un entorno cerrado.
  • Vuelo acrobático donde la orientación cambia constantemente.
  • Vuelo de baja altitud (vuelo de proximidad).
• ¿Cuando usar Polarización lineal?
  • Vuelo estable sin demasiado balanceo o altitud.
  • Larga distancia volando al aire libre sin ningún obstáculo.
  • Cuando la durabilidad de la antena son la consideración más importante.

Baterías = celdas de carga: cumplen la función de almacenar y suministrar energía, podría decirse que son el corazón del dron. Son de Litio-Polímero (LIPO). Existen varias posibles baterías que podemos colocar a nuestro dron. La mayoría de drones de carreras llevan baterías en el rango de 850 a 1550 mAmp. Es acotado el tiempo de vuelo (máximo 5 minutos). Las más utilizadas en estos drones son de 4 a 6 "S" dependiendo del tipo de vuelo a realizar. Y te preguntarás, ¿en que influyen las S de una batería? Pues bien, a mayor número de "S" mayor será el voltaje y potencia de nuestro dron de carreras. Aclaramos que la letra "S" se refiere a las celdas de carga que tiene dentro de la batería.  Si quieres conocer más sobre el cuidado de las baterías puedes ver este otro artículo.

Una celda totalmente cargada brinda 4.2 Volts, si multiplicamos ese valor x  4s = 16.8 Volts y si lo hacemos por 6s = 25.2 Volts. (50% más)

Otro detalle que se tiene en cuenta es las "C" de descarga. Se buscan valores altos para que puedan entregar toda la energía disponible el momento que el piloto lo requiere.  Los "C" es la capacidad de entrega instantánea de una batería.

"C" es el múltiplo del valor nominal expresado en Amp. Una batería de 1000 mAmp brinda 1 Amp. Si el rotulo dijera 1C = 1 Amp // Si dice 10C = 10 Amp  // Si dijera 100C = 100 Amp.  (capacidad máxima instantánea)

ESC = módulos variadores de velocidad: se encargan de gestionar que potencia de impulso deben aplicar en cada instante los motores por separado. De estos viene de 2 tipo diferenciados

(A) Módulo que va conectado a un motor.

(B) Módulo 4 en 1. Puede controlar los cuatro motores.

Este ultimo es el más utilizado porque  ganan espacio, aligeran el peso del dron y son simples de instalar.

Motores = unidad propulsora: encargados de convertir la corriente eléctrica en energía mecánica. En este apartado es un tanto largo de explicar pero trataremos de resumirlo.
Los motores de los drones de carrera su rpm se miden en "KV" lo que significa que por voltio ingresado va ser las revoluciones que va girar. Por dar un ejemplo, si un motor es 2500 KV y le ingresa una corriente de entrada de 16.8 Volts ese motor va esta girando sin esfuerzo a 41.000 RPM. 

Potencia (par motor): debemos decirte que es un valor aproximado del resultado una formula obtenida entre los KV, consumo en watts, resistencia campos y las medidas físicas del estator. Para no entrar en demasiado tecnicismo directamente se define como unidades de potencia en base a los kg de impulso que pueden generar. Por ejemplo: el motor puede generar 1.32 kg de potencia.

¡Cuidado aquí! es donde entras a jugar con las diferentes tipos hélices vs el torque del motor!  ...tendrás 2 alternativas si no es la ideal para tu dron.

A) Si la misma es chica perderás rendimiento porque patina en el aire por girar tan rápido sin la suficiente resistencia al torque del motor.

B) Si es grande o demasiado alto el angulo de la hélice harás que se sobre caliente el motor al punto de llegar a quemar el motor o algún componente de los ESC.

Hélices = unidades de sustentación: este es otro punto importante en los drones de carrera. Son las que sustentan el dron por la energía mecánica generada por los motores al girar. Veremos un amplio abanico de opciones con diferentes tamaños, performance, diseño, color y dureza.  

Seleccionar la adecuada va depender en gran medida de la potencia de los motores pueden entregar y su performance. Siempre explicamos que las aspas no son como las que vemos en los ventiladores de techo que al girar tiran aire para abajo, las hélices de los drones están diseñadas con perfiles aerodinámicos como las alas de un avión donde se genera una fuerza ascendente al girar logrando sustentación. Por ello también se lo considera en el mundo del hobby como aeromodelos multi-rotor de alas giratorias como por ejemplo lo son los helicópteros.

Torque que entrega el motor - vs - hélice seleccionada - vs - modo de vuelo del piloto

Frame = chasis del dron: y se usan materiales de carbono de 3 a 12 mm de espesor con diversidad de diseños, formatos y medidas. Lo ejemplificaremos como el cuadro de una bicicleta donde se montan sobre este todos los componentes antes descriptos. Estos pueden estar diseñados de diferentes maneras pero los mas comunes son aquellos que se le pueden reemplazar los brazos de los motores antes de algún accidente o golpe. También están aquellos en forma de X los cuales son bastante más rígidos antes un impacto fuerte al ser de una sola pieza.

¿Qué son las gafas o goggles de FPV?

Es la pantalla LCD que van en frente a nuestros ojos. Brindan la sensación inmersiva como si estuviéramos sentado dentro del cockpit del dron y viendo el entorno en vivo mientras vuela. De las gafas es donde viene el término de Vista en Primera Persona o First Person View (FPV). En cuanto a las goggles, podremos diferenciar básicamente 2 tipos. Las de pantalla completa LCD y las gafas de formato binocular, además de las versiones analógicas y las digitales.

Cualquiera de ellas deben de estar sincronizadas con la cámara frontal del dron (en tiempo real) y nos permitirán tener un control total durante el vuelo. 

1) Las pantalla completa suelen ser más económicas y si estás pensando en empezar en el mundo de los drones de carreras, son la elección perfecta porque tienen una única imagen como podría ser la imagen que nos proyectan las goggles de realidad virtual en los juegos. Generalmente reciben video análogo salvo las nuevas FatShark Scout HD que son digitales. La mayoría de ellas cuentas con un sistema VCR para grabar el vuelo y luego poder ver el contenido de la memoria en un ordenador o pantalla de mayor tamaño.

2) En la jerga se las denomina gafas. Cuentan con mejores prestaciones ya que su funcionamiento es similar al de unos prismáticos. Gracias a sus 2 pantallas LCD independientes regulables por separado para cada ojo, conseguirás una imagen nítida y sobre todo con mayor profundidad, lo cual facilita el vuelo a alta velocidad. También son avanzadas porque podemos modificar los parámetros de la FC con un sofisticado algoritmo. Otra cosa que tenemos que decir que estas gafas pueden ser análogas o digitales, tan solo cambiando el modulo receptor y listo.

Si ya somos pilotos y nos consideramos que tenemos la experiencia suficiente para vuelos más arriesgados y de paso quieres subir de nivel, compraremos estas gafas FPV tipo binoculares. 

¿Pero que es la sigla FPV?

Pues bien, FPV proviene del acrónimo en ingles, Firts Person View. Creemos que la mejor manera de que puedas sentir lo que genera la visión en primera persona volando los drones de carrera es mostrarte de manera inmersiva un pantallazo de como se ve desde adentro de las gafas del piloto del dron de carrera.

Los drones de carrera utilizan dos tecnologías de recepción bien diferenciados. El video que llega a las gafas del piloto pueden ser de dos maneras:

1) Sistema FPV analógico.   2) Sistema FPV digital.

Lo que si tienen en común estas dos tecnologías es que son dispositivos denominados VRX (Video receptor) y se encarga de recibir la señal inalámbrica y reproducir todas las imágenes capturadas por la cámara frontal del dron. 

¿Qué sistema de video es mejor?

Sistema FPV analógico vs sistema FPV digital

Lo que si tienen en común estas dos tecnologías es que son dispositivos encargados de emitir/recibir todas las imágenes capturadas por la cámara frontal del dron. 

Sistema FPV Análogo: tiene la ventaja que es más veloz que el sistema digital.  No tiene prácticamente delay o muy baja latencia (sin demoras desde lo que ve la cámara del dron a lo que llega a nuestros ojos). Como para que se entienda mejor, lo que ves en las gafas va ser prácticamente al mismo tiempo de lo que este viendo en la cámara del dron. Si esa latencia fuera de un par de segundos puedo asegurarte que cuando viste que vas a chocar el tronco de un árbol e intentas esquivarlo el dron seguramente ya lo choco y eso pasa porque la señal de video llega con retraso.

Pero como todo tiene un pero… la calidad de imagen al ser análoga va tener una definición regular con algunas interferencias con otros drones que pudieran estar volando en un canal cercano y frecuencia similar / estructuras grandes / árboles de gran tamaño. Una anécdota para contar es una vez corriendo carreras con compañeros cuando uno conectaba su batería en ese momento de conexión nos metía interferencia en nuestras gafas y dejábamos de ver por un instante.

Enumeramos los componentes del sistema FPV analógico.

• Cámara análoga que pueden ser marca RumCam, Foxxer, TBS, etc.
• Sistema de transmisión de video análogo (en la jerga denominado VTX)
• Antena seleccionada en base a la distancia a cubrir.

Sistema FPV Digital: es más robusto, incluso la calidad de visión es como si estuvieras frente a un televisor a todo color con realidad virtual. La distancia a cubrir pueden ser superiores en alcance ya que el sistema esta pensado para drones low-range (largo alcance). Tenemos que decir que tenemos mayor delay o latencia superior que el sistema analógico, pero es imperceptible por lo cual no sentiremos una gran diferencia.

• Cámara que pueden ser marca Caddx, HDZero, RunCam, etc.
• Sistema de transmisión de video digital. En la jerga se denomina VTX digital.
• Antena de diferentes formatos las seleccionaremos en base a la distancia a cubrir.
  

Sistema DJI para drones de carrera.

Primero y principal debemos saber que este sistema solo funcionara con las Goggles FPV DJI y radio control de la misma marca. Estos equipos FPV constan con 3 módulos por separado.

• Cámara Full HD 1080 px 60 fps
• Air unity DJI recibe las ondas de radio y transmite video
• Par de antenas del tipo clover.
  

Protocolo comunicación ¿que es?

Los protocolos de radio pueden ser confusos para los principiantes. Este punto no podemos obviarlo porque es importante. Lo explicare de manera relativamente sencilla. Cuando se trata del radio receptor (RX) o del radio transmisor (TX) todo tipo de acrónimos confusos comienzan a aparecer: PWM, PPM, SBUS, DSMX etc.

Te preguntaras ¿pero como es la comunicación entre el radio control y el dron? creo que el mejor ejemplo es el lenguaje. Nosotros para la comunicación en sociedad usamos diferentes idiomas como el español, francés, ingles, italiano y un largo etc. Para la comunicación entre el dron y el radio control existen los protocolos que viene a ser su lenguaje con el cual se entienden.

 Lo diferenciaremos en dos grupos:

• TX = protocolos de comunicación entre el Control y el Receptor
• RX = protocolos de comunicación entre el Receptor y el Control

Los protocolos TX: son mayormente diferentes entre las distintas marcas. Algunas de ellas ofrecen varias opciones y que dependen del emparejamiento con el radio receptor. Tenemos por ejemplo:

Los protocolos RX: son universales en las diferentes marcas de equipos de radiocontrol, pero otros son exclusivos de determinadas marcas. Listado de los más utilizados:

¿Te atreves a armar un dron de carreras?

Y ahora que ya tienes una idea de los componentes que te mencionamos anteriormente vamos a echar manos a las obra para armar nuestro dron de carreras. ¿Te animas? 

Sabiendo utilizar un soldador eléctrico de estaño, apretar tornillos y ya puedes ensamblarlo tu mismo. Te mostramos una secuencia paso por paso donde un piloto arma su primer dron de carreras.

Link para comprar este kit a u$s 134.

¿Cómo es una carrera de drones?

Pues bien, a día de hoy existen varias categorías, pero vamos a enmarcar las 3 ligas conocidas de carreras de drones.

• Se inicia desde España en la categoría IDL (Iberian Drone League)

• El equipo ganador de IDL competirá a Nivel Europeo DCL.

• El equipo ganador DCL correrá a Nivel Mundial DRL (categoría líder)

En todas ellas podemos disfrutar de la habilidad de los mejores pilotos de drones de carreras.

• Iberian Drone League (IDL): competición de drones disputadas en España. Es una liga que enfrenta a pilotos por el liderazgo español con miras y aspiraciones a correr en las ligas mayores.

• Drone Champions League (DCL): esta liga se lleva a cabo en Europa y se centra en jóvenes pilotos que, posteriormente, participarán con su equipo en la DRL.

• Drone Racing League (DRL): Esta liga se realiza a nivel mundial y es considerada la liga oficial de drones de carrera, con circuitos repartidos por todo el mundo (Las Vegas, Alemania, Qatar, etc.)

Y para cerrar este post decirte que la información brindada es un resumen de manera simple de como es un dron de carreras por dentro.

Esperamos que esta lectura haya sido de tu agrado y si tienes alguna duda, valoración de estos drones y/o sugerencia déjala en los comentarios.