Memoria - Flores Raposo, Jose Juan

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Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería Aeronáutica 
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
Autor: Jose Juan Flores Raposo
Tutor: Juan García Ortega
Dep. Teoría de 
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Equation Chapter 1 Section 1
Proyecto Fin de Carrera 
Aeronáutica 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
Jose Juan Flores Raposo 
Juan García Ortega 
Dep. Teoría de Ingeniería Electrónica 
Escuela Técnica Superior de Ingeniería 
Universidad de Sevilla 
Sevilla, 2017 
Equation Chapter 1 Section 1 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
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Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
Sistema de nav
 
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
Proyecto Fin de Carrera 
Ingeniería Aeronáutica 
 
 
 
 
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
Autor: 
Jose Juan Flores Raposo 
 
 
Tutor: 
Juan García Ortega 
Profesor titular 
 
 
 
Dep. de Ingeniería Electrónica 
Escuela Técnica Superior de Ingeniería 
Universidad de Sevilla 
Sevilla, 2017 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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egación de un cuadricóptero 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
 
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Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
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Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
 
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Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
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Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
Este proyecto supone la finalización de un periodo que
sinsabores. A pesar de estas duras palabras, lo termino con éxito y feliz gracias a
bastantes personas a las que me gustaría transmitir mi profundo ag
Y, por supuesto, a mi querida Patri, que
en la suya propia, 
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
 
 
Agradecimientos
Este proyecto supone la finalización de un periodo que ha resultado difícil y plagado de
sinsabores. A pesar de estas duras palabras, lo termino con éxito y feliz gracias a
bastantes personas a las que me gustaría transmitir mi profundo ag
A mi tutor, Juan García Ortega, por brindarme la
despedirme con un proyecto final que he 
A mi padre, por apoyarme siempre y creer en mí
motivos, y ser el mejor estímulo intelectual que cualquiera pudiera desear
A mi hermano pequeño, que en los últimos
mí un ejemplo de madurez y una maravillosa influencia
A Julián, quien es tan dueño de este proyecto
y ha resultado ser el perfecto
A Ángel, que con tan buena mano ha 
aportado un toque artístico a esta memoria
Y, por supuesto, a mi querida Patri, que durante tanto tiempo ha convertido mi carga
en la suya propia, confortándome más de lo que pueda se pueda llegar a imaginar
A todos vosotros, gracias de todo corazón.
 
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Agradecimientos 
 
 
 
 
 
 
ha resultado difícil y plagado de 
sinsabores. A pesar de estas duras palabras, lo termino con éxito y feliz gracias a la ayuda de 
bastantes personas a las que me gustaría transmitir mi profundo agradecimiento, 
A mi tutor, Juan García Ortega, por brindarme la oportunidad de 
final que he disfrutado enormemente 
A mi padre, por apoyarme siempre y creer en mí aun cuando faltaban los 
que cualquiera pudiera desear 
A mi hermano pequeño, que en los últimos tiempos ha sido para 
madurez y una maravillosa influencia 
A Julián, quien es tan dueño de este proyecto como yo mismo 
y ha resultado ser el perfecto compañero de aventuras 
A Ángel, que con tan buena mano ha 
un toque artístico a esta memoria 
durante tanto tiempo ha convertido mi carga 
que pueda se pueda llegar a imaginar 
vosotros, gracias de todo corazón. 
 
 
Jose Juan Flores Raposo 
Sevilla, 2017 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
 
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
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Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
Agradecimientos ................................
1 Objeto del proyecto ................................
2 Antecedentes ................................
3 Bases del proyecto ................................
4 Solución adoptada ................................
5 Descripción del hardware ................................
5.1 Estructura ................................
5.1.1 Versiones previas ................................
5.1.2 Versión actual ................................
5.2 Planos y modelo 3d ................................
5.2.1 Alzado de ensamblaje
5.2.2 Perfil de ensamblaje
5.2.3 Planta de ensamblaje
5.2.4 Vista explotada ................................
5.3 Componentes ................................
5.3.1 Arduino UNO ................................
5.3.2 Barómetro ................................
5.3.3 Sensor de ultrasonidos
5.3.4 Teléfono Android Embarcado
5.3.5 Estación base................................
5.3.6 Motores, ESCs y hélices
5.3.7 Baterías LIPO ................................
5.3.8 Sensor solar ................................
6 Descripción del software ................................
6.1 Arduino ................................
6.2 Android ................................
6.1.1 Android embarcado
6.1.2 Android estación base
6.3 Base de datos ................................
7 Pruebas realizadas. Resultados.
7.1 Prueba de empuje ................................
7.2 Prueba de control ................................
7.3 Prueba de control automático
7.4 Presupuesto ................................
7.5 Posibilidades y alternativas de uso con la incorporación del sensor NANOISS
7.5.1 Sistema de control de actitud
7.5.2 Sistema de navegación diurno
8 Conclusiones ................................
9 Bibliografía................................
 
 
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
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Alzado de ensamblaje ................................................................................................
Perfil de ensamblaje ................................................................................................
Planta de ensamblaje ................................................................................................
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Sensorde ultrasonidos ................................................................................................
Teléfono Android Embarcado ................................................................................................
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Motores, ESCs y hélices ................................................................................................
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Android embarcado ................................................................................................
Android estación base ................................................................................................
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Pruebas realizadas. Resultados. ................................................................................................
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Prueba de control automático ................................................................................................
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Posibilidades y alternativas de uso con la incorporación del sensor NANOISS
Sistema de control de actitud ................................................................................................
stema de navegación diurno ................................................................................................
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................................................................................................................................
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
9 
ÍNDICE 
........................................... 7 
............................................................. 10 
....................................... 11 
............................................................... 15 
............................................................... 16 
.................................................... 21 
................................................... 21 
............................................................... 21 
.................................................................... 22 
.................................................................... 24 
....................................................... 26 
.......................................................... 27 
........................................................ 28 
.................................................................. 29 
............................................. 30 
...................................................................... 30 
.......................................... 32 
...................................................... 32 
........................................... 34 
...................................................................... 34 
..................................................... 36 
...................................................................... 38 
........................................ 39 
..................................................... 41 
....................................................... 41 
....................................................... 47 
........................................................... 47 
....................................................... 48 
............................................. 50 
........................................... 52 
...................................................................... 52 
...................................................................... 53 
.................................................. 55 
................................................ 57 
Posibilidades y alternativas de uso con la incorporación del sensor NANOISS-60 ................................ 58 
........................................... 61 
.......................................... 62 
........................................ 63 
........................................... 64 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
 
 
El proyecto persigue la fabricación de un vehículo aéreo no tripulado de ala giratoria, concretamente un 
cuadricóptero con configuración en X, y el desarrollo de un sistema de navegación para el mismo, usando para 
ello los componentes más económicos y accesibles pa
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
1 OBJETO DEL PROYECTO
to persigue la fabricación de un vehículo aéreo no tripulado de ala giratoria, concretamente un 
cuadricóptero con configuración en X, y el desarrollo de un sistema de navegación para el mismo, usando para 
ello los componentes más económicos y accesibles para el proyectista que sean posibles. 
 
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DEL PROYECTO 
to persigue la fabricación de un vehículo aéreo no tripulado de ala giratoria, concretamente un 
cuadricóptero con configuración en X, y el desarrollo de un sistema de navegación para el mismo, usando para 
ra el proyectista que sean posibles. 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
 
 
La proliferación de vehículos aéreos no tripulados, tanto para uso profesional como recreativo, es evidente y se 
espera que siga aumentando en los próximos años. 
Se define un UAV (por sus siglas en in
tripulación, bien sea pilotada remotamente desde algún punto del mundo o con una misión preprogramada que 
sus sistemas le permitan llevar a cabo.
 
 
 
 
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
2 ANTECEDENTES
La proliferación de vehículos aéreos no tripulados, tanto para uso profesional como recreativo, es evidente y se 
espera que siga aumentando en los próximos años. 
Se define un UAV (por sus siglas en inglés Unmanned Aerial Vehicle) como aquella aeronave que vuela sin 
tripulación, bien sea pilotada remotamente desde algún punto del mundo o con una misión preprogramada que 
sus sistemas le permitan llevar a cabo. 
 
La agricultura es uno de los campos en lo
más puede aportar el uso de la tecnología dron, 
y también es uno de los más antiguos: desde la 
década de los 80 se usa el modelo japonés 
Yamaha RMAX para fumigación. Sus usos 
pueden ser: fumigación de precisión, análisis 
del índice de vigor con drones para agricultura 
de precisión, detección de plagas y malas 
hierbas, contabilización de superficies y 
terrenos de cultivo, asistencia a la polinización, 
etc. 
 
La filmación y fotografía aérea es quizás el uso 
más conocido de los drones, por el bajo cost
del equipo necesario y la facilidad en el uso del 
mismo. Abarca tanto fotografía y vídeo aéreo 
recreativo como profesional. 
 
En el ámbito militar, sus formas y tamaños son 
tan variados como sus usos, desde el WASP 
con 460 g, que puede ser desplegado p
solo soldado sobre el terreno para labores de 
reconocimiento, hasta el gigante Global Hawk, 
con 15 toneladas de peso diseñado para labores 
de inteligencia a gran altitud. 
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
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NTECEDENTES 
La proliferaciónde vehículos aéreos no tripulados, tanto para uso profesional como recreativo, es evidente y se 
) como aquella aeronave que vuela sin 
tripulación, bien sea pilotada remotamente desde algún punto del mundo o con una misión preprogramada que 
La agricultura es uno de los campos en los que 
más puede aportar el uso de la tecnología dron, 
y también es uno de los más antiguos: desde la 
década de los 80 se usa el modelo japonés 
Yamaha RMAX para fumigación. Sus usos 
pueden ser: fumigación de precisión, análisis 
s para agricultura 
de precisión, detección de plagas y malas 
hierbas, contabilización de superficies y 
terrenos de cultivo, asistencia a la polinización, 
La filmación y fotografía aérea es quizás el uso 
más conocido de los drones, por el bajo coste 
del equipo necesario y la facilidad en el uso del 
mismo. Abarca tanto fotografía y vídeo aéreo 
En el ámbito militar, sus formas y tamaños son 
tan variados como sus usos, desde el WASP 
con 460 g, que puede ser desplegado por un 
solo soldado sobre el terreno para labores de 
reconocimiento, hasta el gigante Global Hawk, 
con 15 toneladas de peso diseñado para labores 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
Otros usos actuales son: cobertura de eventos, búsqueda de personas, mensaj
fronteras, vigilancia de carreteras, control de incendios, exploración de lugares de difícil acceso, etc.
La normativa española a la que están sujetos los drones está poco definida, y es de carácter provisional hasta 
que se transponga la ley europea que regulará su uso y que está previsto entre en vigor en el año 2019. 
Actualmente, la AESA, como encargada de mantener el control sobre este tipo de aeronaves, obliga a obtener 
una matrícula para el vehículo sólo en los caso
Mientras que su uso profesional si se regula más exhaustivamente, siendo necesario el registro de la empresa y 
la obtención de un carnet para volarlo, el uso de drones más pequeños y con fines recreativos sólo im
cumplimiento de las siguientes normas:
 
Como en el caso de otras aeronaves, pueden clasificarse en:
• Aerostatos: provistos de uno o más recipientes de gas más ligero que el aire que les permite elevarse.
• Aerodinos: más pesados que el aire, pero con capacidad para generar su propia sustentación.
o Ala fija: la planta motora se encuentra separada de la planta sustentadora.
o Ala rotatoria: las plantas sustentadora y motora se encuentran fusionada en una misma 
estructura. 
A pesar de que los aerostatos tienen la enorme ventaja de poder mantenerse en el aire durante un tiempo 
indefinido sin aporte exterior de energía, su gran volumen y poca maniobrabilidad los descarta para la mayoría 
de usos, siendo los menos habituales. 
Entre los aerodinos, el uso de un dron de ala fija o uno de ala rotatoria dependerá del tipo de misión que se 
quiera realizar. 
Los UAVs de ala fija permiten una mayor velocidad y autonomía, siendo ideales cuando la misión abarca un 
territorio muy extenso y podemos permitirnos maniobras más lentas y menos precisas, como en vigilancia de 
fincas, detección de incendios, mensajería aérea, etc. Los UAVs de ala rotatoria disponen de una velocidad y 
autonomía mucho menores, pero tienen una maniobrabilidad t
fijo, lo que los convierte en la tecnología perfecta para fotografía y grabación de vídeos aéreos, inspección de 
estructuras, etc. 
Dentro de estos últimos se distinguen los helicópteros (un rotor principal y u
multicópteros (con tres o más rotores). Las capacidades de ambos son prácticamente idénticas, pero la menor 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
Otros usos actuales son: cobertura de eventos, búsqueda de personas, mensajería, control fiscal, vigilancia de 
fronteras, vigilancia de carreteras, control de incendios, exploración de lugares de difícil acceso, etc.
La normativa española a la que están sujetos los drones está poco definida, y es de carácter provisional hasta 
se transponga la ley europea que regulará su uso y que está previsto entre en vigor en el año 2019. 
Actualmente, la AESA, como encargada de mantener el control sobre este tipo de aeronaves, obliga a obtener 
una matrícula para el vehículo sólo en los casos en los que éste supere los 25 kg de peso.
Mientras que su uso profesional si se regula más exhaustivamente, siendo necesario el registro de la empresa y 
la obtención de un carnet para volarlo, el uso de drones más pequeños y con fines recreativos sólo im
cumplimiento de las siguientes normas: 
Figura2-1. Nota divulgativa de la AESA 
Como en el caso de otras aeronaves, pueden clasificarse en: 
Aerostatos: provistos de uno o más recipientes de gas más ligero que el aire que les permite elevarse.
erodinos: más pesados que el aire, pero con capacidad para generar su propia sustentación.
Ala fija: la planta motora se encuentra separada de la planta sustentadora.
Ala rotatoria: las plantas sustentadora y motora se encuentran fusionada en una misma 
A pesar de que los aerostatos tienen la enorme ventaja de poder mantenerse en el aire durante un tiempo 
indefinido sin aporte exterior de energía, su gran volumen y poca maniobrabilidad los descarta para la mayoría 
ales. 
Entre los aerodinos, el uso de un dron de ala fija o uno de ala rotatoria dependerá del tipo de misión que se 
Los UAVs de ala fija permiten una mayor velocidad y autonomía, siendo ideales cuando la misión abarca un 
tenso y podemos permitirnos maniobras más lentas y menos precisas, como en vigilancia de 
fincas, detección de incendios, mensajería aérea, etc. Los UAVs de ala rotatoria disponen de una velocidad y 
autonomía mucho menores, pero tienen una maniobrabilidad total, pudiendo incluso realizar vuelos a punto 
fijo, lo que los convierte en la tecnología perfecta para fotografía y grabación de vídeos aéreos, inspección de 
Dentro de estos últimos se distinguen los helicópteros (un rotor principal y uno antipar de cola) y los 
multicópteros (con tres o más rotores). Las capacidades de ambos son prácticamente idénticas, pero la menor 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
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ería, control fiscal, vigilancia de 
fronteras, vigilancia de carreteras, control de incendios, exploración de lugares de difícil acceso, etc. 
La normativa española a la que están sujetos los drones está poco definida, y es de carácter provisional hasta 
se transponga la ley europea que regulará su uso y que está previsto entre en vigor en el año 2019. 
Actualmente, la AESA, como encargada de mantener el control sobre este tipo de aeronaves, obliga a obtener 
s en los que éste supere los 25 kg de peso. 
Mientras que su uso profesional si se regula más exhaustivamente, siendo necesario el registro de la empresa y 
la obtención de un carnet para volarlo, el uso de drones más pequeños y con fines recreativos sólo implica el 
 
 
Aerostatos: provistos de uno o más recipientes de gas más ligero que el aire que les permite elevarse. 
erodinos: más pesados que el aire, pero con capacidad para generar su propia sustentación. 
Ala fija: la planta motora se encuentra separada de la planta sustentadora. 
Ala rotatoria: las plantas sustentadora y motora se encuentran fusionada en una misma 
A pesar de que los aerostatos tienen la enorme ventaja de poder mantenerse en el aire durante un tiempo 
indefinido sin aporte exterior de energía, su gran volumen y poca maniobrabilidad los descarta para la mayoría 
Entre los aerodinos, el uso de un dron de ala fija o uno de ala rotatoria dependerá del tipo de misión que se 
Los UAVs de ala fija permiten una mayor velocidad y autonomía, siendo ideales cuando la misión abarca un 
tenso y podemos permitirnos maniobras más lentas y menos precisas, como en vigilancia de 
fincas, detección de incendios, mensajería aérea, etc. Los UAVs de ala rotatoria disponen de una velocidad y 
otal, pudiendo incluso realizar vuelos a punto 
fijo, lo que los convierte en la tecnología perfecta para fotografía y grabación de vídeos aéreos, inspección de 
no antipar de cola) y los 
multicópteros (con tres o más rotores).Las capacidades de ambos son prácticamente idénticas, pero la menor 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
complejidad mecánica los multicópteros los hace más livianos y fáciles de fabricar. 
En este proyecto se diseña un multicó
sustentación se obtiene de las cuatro hélices, dos girando en sentido horario y dos girando en sentido 
antihorario, que mueven los cuatro motores, y la dirección la determinan los p
empuje relativo que proporciona cada hélice. La configuración más sencilla de un cuadricóptero es la 
configuración en “+”, en los que los motores se asocian dos a dos para generar el par, como se observa en la 
siguiente imagen: 
Figura2-2. Comportamiento de los rotores
Si se desea que el cuadricóptero se eleve o descienda, el empuje de los cuatro motores debe incrementarse o 
disminuir en la misma cantidad; si se desea que el dron se desplace, por ejemplo
del motor izquierdo disminuirá al mismo tiempo que el del motor derecho aumentará, dejando los motores 
anterior y posterior neutros. De esta manera, el dron se balanceará dejando caer su lado izquierdo y 
desplazándose en dicha dirección. 
Una alternativa muy utilizada (y la que se emplea en el proyecto) es la configuración en “x”, cuyo fundamento 
es el mismo, pero en la que las direcciones de avance del dron están giradas 45º con respecto a la 
configuración en “+”, es decir, las direcciones de avance no vienen determinadas por los brazos del dron, sino 
por las bisectrices de los mismos. 
Figura2-3. Comportamiento de los rotores con configuración en "X"
Sistema de navegación de un cuadricóptero
complejidad mecánica los multicópteros los hace más livianos y fáciles de fabricar. 
En este proyecto se diseña un multicóptero de cuatro rotores, es decir, un cuadricóptero. En estos vehículos la 
sustentación se obtiene de las cuatro hélices, dos girando en sentido horario y dos girando en sentido 
antihorario, que mueven los cuatro motores, y la dirección la determinan los pares generados al variar el 
empuje relativo que proporciona cada hélice. La configuración más sencilla de un cuadricóptero es la 
configuración en “+”, en los que los motores se asocian dos a dos para generar el par, como se observa en la 
Comportamiento de los rotores con configuración en "+"
Si se desea que el cuadricóptero se eleve o descienda, el empuje de los cuatro motores debe incrementarse o 
disminuir en la misma cantidad; si se desea que el dron se desplace, por ejemplo, hacia la izquierda, el empuje 
del motor izquierdo disminuirá al mismo tiempo que el del motor derecho aumentará, dejando los motores 
anterior y posterior neutros. De esta manera, el dron se balanceará dejando caer su lado izquierdo y 
 
Una alternativa muy utilizada (y la que se emplea en el proyecto) es la configuración en “x”, cuyo fundamento 
es el mismo, pero en la que las direcciones de avance del dron están giradas 45º con respecto a la 
as direcciones de avance no vienen determinadas por los brazos del dron, sino 
 
 
Comportamiento de los rotores con configuración en "X"
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
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ptero de cuatro rotores, es decir, un cuadricóptero. En estos vehículos la 
sustentación se obtiene de las cuatro hélices, dos girando en sentido horario y dos girando en sentido 
ares generados al variar el 
empuje relativo que proporciona cada hélice. La configuración más sencilla de un cuadricóptero es la 
configuración en “+”, en los que los motores se asocian dos a dos para generar el par, como se observa en la 
 
con configuración en "+" 
Si se desea que el cuadricóptero se eleve o descienda, el empuje de los cuatro motores debe incrementarse o 
, hacia la izquierda, el empuje 
del motor izquierdo disminuirá al mismo tiempo que el del motor derecho aumentará, dejando los motores 
anterior y posterior neutros. De esta manera, el dron se balanceará dejando caer su lado izquierdo y 
Una alternativa muy utilizada (y la que se emplea en el proyecto) es la configuración en “x”, cuyo fundamento 
es el mismo, pero en la que las direcciones de avance del dron están giradas 45º con respecto a la 
as direcciones de avance no vienen determinadas por los brazos del dron, sino 
Comportamiento de los rotores con configuración en "X" 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
En este caso, si queremos que el dron se desplace hacia la izquierda serán 
disminuyan su empuje y los dos motores derechos los que lo aumenten.
El sentido de dicha modificación lo encontramos en el hecho de que permite una mayor maniobrabilidad, ya 
que al girar los ejes la inercia permanece cons
obtenemos mayor velocidad en los giros.
Por la configuración elegida y las capacidades que se pretenden alcanzar, podemos tomar como referencia 
diferentes modelos comerciales, de los que obtener un
este proyecto nos fijaremos en la gama Phantom de DJI.
 
Figura2-4.
Posiblemente uno de los más conocidos por el público. La gama Phantom de DJI cue
sus usuarios, que lo destinan para fotografía y vídeo aéreo tanto a nivel personal como particular. Por su 
aclamado éxito será nuestro principal modelo a imitar.
Tiene un peso máximo al despegue de unos 1200 g, una longitud máxima 
de 4480 mAh que le proporciona hasta 25 minutos de autonomía.
Para su control, utiliza un mando de radiocontrol que permite controlarlo en un radio de 1000 metros. El precio 
varía según el modelo y los accesorios, siendo u
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
En este caso, si queremos que el dron se desplace hacia la izquierda serán los dos motores izquierdos los que 
disminuyan su empuje y los dos motores derechos los que lo aumenten. 
El sentido de dicha modificación lo encontramos en el hecho de que permite una mayor maniobrabilidad, ya 
que al girar los ejes la inercia permanece constante, pero al usar los cuatro motores para generar el par 
obtenemos mayor velocidad en los giros. 
Por la configuración elegida y las capacidades que se pretenden alcanzar, podemos tomar como referencia 
diferentes modelos comerciales, de los que obtener una primera estimación del tamaño y el peso. Para iniciar 
este proyecto nos fijaremos en la gama Phantom de DJI. 
4. Dron Phantom 1 (izquierda) y Phantom 3 (derecha)
 
Posiblemente uno de los más conocidos por el público. La gama Phantom de DJI cue
sus usuarios, que lo destinan para fotografía y vídeo aéreo tanto a nivel personal como particular. Por su 
aclamado éxito será nuestro principal modelo a imitar. 
Tiene un peso máximo al despegue de unos 1200 g, una longitud máxima de unos 600 mm y una batería LIPO 
de 4480 mAh que le proporciona hasta 25 minutos de autonomía. 
Para su control, utiliza un mando de radiocontrol que permite controlarlo en un radio de 1000 metros. El precio 
varía según el modelo y los accesorios, siendo un valor orientativo los 450€. 
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
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los dos motores izquierdos los que 
El sentido de dicha modificación lo encontramos en el hecho de que permite una mayor maniobrabilidad, ya 
tante, pero al usar los cuatro motores para generar el par 
Por la configuración elegida y las capacidades que se pretenden alcanzar, podemos tomar como referencia 
a primera estimación del tamaño y el peso. Para iniciar 
 
antom 1 (izquierda) y Phantom 3 (derecha) 
Posiblemente uno de los más conocidos por el público. La gama Phantom de DJI cuenta con las alabanzas de 
sus usuarios, que lo destinan para fotografía y vídeo aéreo tanto a nivel personal como particular. Por su 
de unos 600 mm y una batería LIPO 
Para su control, utiliza un mando de radiocontrol que permite controlarlo en un radio de 1000 metros. El precio 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
 
 
El proyecto debe cumplir unos requerimientos mínimos que sirvan de baremo para evaluar el éxito del mismo. 
Listaremos dichos requerimientos organizándolos según su origen:
• Requerimientos intrínsecos a cu
1. Debe ser capaz de elevarse en el aire, a una altura mínima que elimine el efecto suelo2. Debe poder trasladarse horizontalmente
3. Debe poderse pilotar desde tierra
4. Debe transmitir la suficiente información al piloto como p
 
• Requerimientos del proyectista y particularización de los intrínsecos a cualquier vehículo aéreo no 
tripulado: 
5. Debe poder elevar una carga de 100 gramos (el peso aproximado de una cámara de acción), 
además del peso propio del vehícul
dron se encuentre sometido al efecto suelo, el cual la mecánica de fluidos asociada al 
comportamiento de una hélice predice que pierda relevancia al superar en 3 veces el diámetro 
de la misma, y al mismo tiempo disminuye el riesgo de que un fallo en el comportamiento 
conlleve la destrucción del conjunto.
6. Debe poder trasladarse horizontalmente a discreción del piloto.
7. Debe poderse pilotar desde cualquier distancia, sin estar limitado a un rango de 
por radiofrecuencia u otra tecnología similar.
8. Para permitir el cumplimiento del requerimiento anterior, la información mínima transmitida 
al piloto debe incluir:
� Nivel de carga de la batería
� Altura de vuelo
� Posición GPS para su representación 
9. Debe incorporar un sistema de control automático que equilibre al dron, manteniéndolo, si se 
desea, estático alrededor de una posición sin que varíe más de 2.5 m.
10. Siempre que sea posible, se optará por la solución más económica,
medios de los que se dispone previamente.
El cumplimiento de estos requerimientos particulares supondrá el cumplimiento de los intrínsecos a cualquier 
aeronave no tripulada. 
 
• Requerimientos de la dirección:
11. El vehículo debe incorpor
objetivo de explorar y analizar las posibilidades que un sensor de dichas características pueda 
aportar a un vehículo de este tipo
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
3 BASES DEL PROYECTO
El proyecto debe cumplir unos requerimientos mínimos que sirvan de baremo para evaluar el éxito del mismo. 
Listaremos dichos requerimientos organizándolos según su origen: 
Requerimientos intrínsecos a cualquier vehículo aéreo no tripulado: 
Debe ser capaz de elevarse en el aire, a una altura mínima que elimine el efecto suelo
Debe poder trasladarse horizontalmente. 
Debe poderse pilotar desde tierra 
Debe transmitir la suficiente información al piloto como para permitir el vuelo
Requerimientos del proyectista y particularización de los intrínsecos a cualquier vehículo aéreo no 
Debe poder elevar una carga de 100 gramos (el peso aproximado de una cámara de acción), 
además del peso propio del vehículo hasta una altura de al menos 1 m. Esta altura evita que el 
dron se encuentre sometido al efecto suelo, el cual la mecánica de fluidos asociada al 
comportamiento de una hélice predice que pierda relevancia al superar en 3 veces el diámetro 
al mismo tiempo disminuye el riesgo de que un fallo en el comportamiento 
conlleve la destrucción del conjunto. 
Debe poder trasladarse horizontalmente a discreción del piloto. 
Debe poderse pilotar desde cualquier distancia, sin estar limitado a un rango de 
por radiofrecuencia u otra tecnología similar. 
Para permitir el cumplimiento del requerimiento anterior, la información mínima transmitida 
al piloto debe incluir: 
Nivel de carga de la batería 
Altura de vuelo 
Posición GPS para su representación a tiempo real sobre un mapa
Debe incorporar un sistema de control automático que equilibre al dron, manteniéndolo, si se 
desea, estático alrededor de una posición sin que varíe más de 2.5 m.
Siempre que sea posible, se optará por la solución más económica,
medios de los que se dispone previamente. 
El cumplimiento de estos requerimientos particulares supondrá el cumplimiento de los intrínsecos a cualquier 
Requerimientos de la dirección: 
El vehículo debe incorporar un sensor solar NANOISS-60 de la empresa Solar MEMS, con el 
objetivo de explorar y analizar las posibilidades que un sensor de dichas características pueda 
aportar a un vehículo de este tipo 
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
15 
ASES DEL PROYECTO 
El proyecto debe cumplir unos requerimientos mínimos que sirvan de baremo para evaluar el éxito del mismo. 
Debe ser capaz de elevarse en el aire, a una altura mínima que elimine el efecto suelo 
ara permitir el vuelo 
Requerimientos del proyectista y particularización de los intrínsecos a cualquier vehículo aéreo no 
Debe poder elevar una carga de 100 gramos (el peso aproximado de una cámara de acción), 
altura de al menos 1 m. Esta altura evita que el 
dron se encuentre sometido al efecto suelo, el cual la mecánica de fluidos asociada al 
comportamiento de una hélice predice que pierda relevancia al superar en 3 veces el diámetro 
al mismo tiempo disminuye el riesgo de que un fallo en el comportamiento 
Debe poderse pilotar desde cualquier distancia, sin estar limitado a un rango de transmisión 
Para permitir el cumplimiento del requerimiento anterior, la información mínima transmitida 
a tiempo real sobre un mapa 
Debe incorporar un sistema de control automático que equilibre al dron, manteniéndolo, si se 
desea, estático alrededor de una posición sin que varíe más de 2.5 m. 
Siempre que sea posible, se optará por la solución más económica, intentando emplear los 
El cumplimiento de estos requerimientos particulares supondrá el cumplimiento de los intrínsecos a cualquier 
60 de la empresa Solar MEMS, con el 
objetivo de explorar y analizar las posibilidades que un sensor de dichas características pueda 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
 
 
En base a los requerimientos del proyect
cumplirlos, para posteriormente ir concretándolo hasta alcanzar la solución final.
Inicialmente, necesitamos compartir información con el dron de manera bilateral, el piloto debe poder conocer
en cada momento el estado del dron y poder comandarlo.
Para que el dron sea capaz de informar al piloto y de cumplir las órdenes que se le envíen, resulta básico que 
incorpore sensores que le permitan conocer su
recibidas y motores con los que mover las cuatro hélices.
 
Figura4
 
Llegados a este punto, es el momento de plantearse con mayor profundidad la función 
bordo y la conexión con el piloto. 
Desde el inicio del proyecto se decidió el uso de un microcontrolador Arduino UNO, ya que teníamos uno 
disponible y conocíamos razonablemente bien sus capacidades y el lenguaje propio para programarlo
Partiendo de esa base, necesitábamos complementar la placa con periféricos que proporcionasen otras 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
4 SOLUCIÓN 
En base a los requerimientos del proyecto, partimos del esquema funcional más elemental que nos permita 
cumplirlos, para posteriormente ir concretándolo hasta alcanzar la solución final. 
Inicialmente, necesitamos compartir información con el dron de manera bilateral, el piloto debe poder conocer
en cada momento el estado del dron y poder comandarlo. 
 
Figura4-1. Esquema funcional de inicio 
 
Para que el dron sea capaz de informar al piloto y de cumplir las órdenes que se le envíen, resulta básico que 
incorpore sensores que le permitan conocer su posición y su estado, un computador que interprete las órdenes 
recibidas y motores con los que mover las cuatro hélices. 
Figura4-2. Esquema funcional de segundo nivel 
Llegados a este punto, es el momento de plantearse con mayor profundidad la función 
 
Desde el inicio del proyecto se decidió el uso de un microcontrolador Arduino UNO, ya que teníamos uno 
disponible y conocíamos razonablemente bien sus capacidades y el lenguaje propio para programarlo
Partiendo de esa base, necesitábamos complementar la placa con periféricos que proporcionasen otras 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
16 
 ADOPTADA 
o, partimos del esquema funcional más elemental que nos permita 
Inicialmente, necesitamos compartir información con el dron de manera bilateral, el piloto debe poder conocer 
 
Para que el dron sea capaz de informar al piloto y de cumplir las órdenes que se le envíen, resulta básico que 
posición y su estado, un computador que interpretelas órdenes 
 
Llegados a este punto, es el momento de plantearse con mayor profundidad la función del computador de a 
Desde el inicio del proyecto se decidió el uso de un microcontrolador Arduino UNO, ya que teníamos uno 
disponible y conocíamos razonablemente bien sus capacidades y el lenguaje propio para programarlo. 
Partiendo de esa base, necesitábamos complementar la placa con periféricos que proporcionasen otras 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
funciones vitales, no sólo sensores, si no alguna forma de comunicarnos con él a distancia. La solución más 
habitual consiste en utilizar un equipo de rad
a la placa y ésta interprete sus señales. Sin embargo, encontramos dos inconvenientes que nos hicieron 
descartar este equipo: los equipos de radiocontrol no resultan económicos y los mando
ofrecen la suficiente versatilidad para mostrar datos que requeríamos. La decisión final fue la de fusionar las 
tecnologías de un microcontrolador Arduino con un Smartphone Android del que también disponíamos. 
La incorporación del teléfono Android supuso un gran aumento en la complejidad del proyecto, ya que no 
conocíamos el lenguaje de programación, pero nos recompensaba ampliando enormemente el abanico de 
posibilidades, además de ahorrarnos dinero en otros periféricos. 
El Smartphone permite que la conexión entre el dron y el piloto se realice a través de Internet con la conexión 
de datos, no existiendo así límite en la distancia desde la que el piloto puede comandarlo. Entre el hardware 
que normalmente incorpora cualquier teléfono de ga
un magnetómetro y un receptor GPS, por lo que no debían ser adquiridos por separado y específicamente para 
nuestra placa Arduino. En este punto, nuestro esquema de concepto se va completando:
 
Figur
 
Comentemos antes de continuar algunos bloques nuevos.
Con los accesorios que incorpora el teléfono, podemos tener información completa sobre el estado del dron, 
actitud, coordenadas GPS, nivel de las baterías y conf
altura. La baja calidad de los receptores GPS que incorporan los smartphones hacen que, aunque fieles en el 
posicionamiento horizontal, sean muy imprecisos a la hora de determinar la altura, siendo e
característico de unos 15 metros, inadmisible para esta aplicación. Es necesario por tanto obtener la altura por 
otros medios, por lo que se incorporan dos sistemas complementarios:
• Un módulo de ultrasonidos HC
centímetros para las operaciones de despegue y aterrizaje.
• Un barómetro BMP180, para alturas superiores a 3.5 metros y una precisión de 50 centímetros.
De este modo ya disponemos de información precisa suficiente para el vuelo 
Otro bloque que hemos añadido corresponde a los ESCs o variadores electrónicos de velocidad, que deben 
acompañar a cada motor para traducir las señales de control que envía Arduino en corrientes de pulso de 
tiempo determinado para excitar los bob
La alimentación del aparato fue también estudiada con detenimiento. Necesitábamos baterías que alimentaran 
tanto los motores como la placa. En este sentido, el Smartphone embarcado no suponía ningún inconveniente
ya que incorpora su propia batería y en ningún momento nos planteamos alimentarlo de otra forma, ante 
nuestro desconocimiento de las consecuencias adversas que pudiera acarrear conectarlo directamente a una 
batería externa, con características parecidas,
Quizás el parámetro más valorado en una batería para su uso en modelos de radiocontrol, especi
voladores, en los que el peso es crítico, es la densidad de energía, es decir, la energía almacenada por una 
batería dividida entre su peso. Hay que tener en cuenta que una batería aumenta su capacidad y su peso de 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
funciones vitales, no sólo sensores, si no alguna forma de comunicarnos con él a distancia. La solución más 
habitual consiste en utilizar un equipo de radiocontrol de múltiples canales, de forma que el re
sta interprete sus señales. Sin embargo, encontramos dos inconvenientes que nos hicieron 
descartar este equipo: los equipos de radiocontrol no resultan económicos y los mando
ofrecen la suficiente versatilidad para mostrar datos que requeríamos. La decisión final fue la de fusionar las 
tecnologías de un microcontrolador Arduino con un Smartphone Android del que también disponíamos. 
no Android supuso un gran aumento en la complejidad del proyecto, ya que no 
conocíamos el lenguaje de programación, pero nos recompensaba ampliando enormemente el abanico de 
posibilidades, además de ahorrarnos dinero en otros periféricos. 
rmite que la conexión entre el dron y el piloto se realice a través de Internet con la conexión 
de datos, no existiendo así límite en la distancia desde la que el piloto puede comandarlo. Entre el hardware 
que normalmente incorpora cualquier teléfono de gama media se encuentra una unidad de medidas inerciales, 
un magnetómetro y un receptor GPS, por lo que no debían ser adquiridos por separado y específicamente para 
nuestra placa Arduino. En este punto, nuestro esquema de concepto se va completando:
Figura4-3. Esquema funcional de tercer nivel 
Comentemos antes de continuar algunos bloques nuevos. 
Con los accesorios que incorpora el teléfono, podemos tener información completa sobre el estado del dron, 
actitud, coordenadas GPS, nivel de las baterías y configuración actual, pero nos falta un dato fundamental: la 
altura. La baja calidad de los receptores GPS que incorporan los smartphones hacen que, aunque fieles en el 
posicionamiento horizontal, sean muy imprecisos a la hora de determinar la altura, siendo e
inadmisible para esta aplicación. Es necesario por tanto obtener la altura por 
otros medios, por lo que se incorporan dos sistemas complementarios: 
Un módulo de ultrasonidos HC-SR04, que proporciona la altura hasta 3.5 metros con precisión de 
centímetros para las operaciones de despegue y aterrizaje. 
Un barómetro BMP180, para alturas superiores a 3.5 metros y una precisión de 50 centímetros.
De este modo ya disponemos de información precisa suficiente para el vuelo del dron.
Otro bloque que hemos añadido corresponde a los ESCs o variadores electrónicos de velocidad, que deben 
acompañar a cada motor para traducir las señales de control que envía Arduino en corrientes de pulso de 
tiempo determinado para excitar los bobinados de los motores en el orden correcto. 
La alimentación del aparato fue también estudiada con detenimiento. Necesitábamos baterías que alimentaran 
tanto los motores como la placa. En este sentido, el Smartphone embarcado no suponía ningún inconveniente
ya que incorpora su propia batería y en ningún momento nos planteamos alimentarlo de otra forma, ante 
nuestro desconocimiento de las consecuencias adversas que pudiera acarrear conectarlo directamente a una 
batería externa, con características parecidas, pero no idénticas. 
Quizás el parámetro más valorado en una batería para su uso en modelos de radiocontrol, especi
el peso es crítico, es la densidad de energía, es decir, la energía almacenada por una 
ntre su peso. Hay que tener en cuenta que una batería aumenta su capacidad y su peso de 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
17 
funciones vitales, no sólo sensores, si no alguna forma de comunicarnos con él a distancia. La solución más 
iocontrol de múltiples canales, de forma que el receptor se conecte 
sta interprete sus señales. Sin embargo, encontramos dos inconvenientes que nos hicieron 
descartar este equipo: los equipos de radiocontrol no resultan económicos y los mandos transmisores no 
ofrecen la suficiente versatilidad para mostrar datos que requeríamos. La decisión final fue la de fusionar las 
tecnologías de un microcontrolador Arduino con un Smartphone Android del que también disponíamos. 
no Android supuso un gran aumento en la complejidad del proyecto, ya que no 
conocíamos el lenguaje de programación, pero nos recompensaba ampliando enormemente el abanico de 
rmite que la conexión entre el dron y el piloto se realice a través de Internetcon la conexión 
de datos, no existiendo así límite en la distancia desde la que el piloto puede comandarlo. Entre el hardware 
ma media se encuentra una unidad de medidas inerciales, 
un magnetómetro y un receptor GPS, por lo que no debían ser adquiridos por separado y específicamente para 
nuestra placa Arduino. En este punto, nuestro esquema de concepto se va completando: 
 
Con los accesorios que incorpora el teléfono, podemos tener información completa sobre el estado del dron, 
iguración actual, pero nos falta un dato fundamental: la 
altura. La baja calidad de los receptores GPS que incorporan los smartphones hacen que, aunque fieles en el 
posicionamiento horizontal, sean muy imprecisos a la hora de determinar la altura, siendo el error 
inadmisible para esta aplicación. Es necesario por tanto obtener la altura por 
3.5 metros con precisión de 
Un barómetro BMP180, para alturas superiores a 3.5 metros y una precisión de 50 centímetros. 
del dron. 
Otro bloque que hemos añadido corresponde a los ESCs o variadores electrónicos de velocidad, que deben 
acompañar a cada motor para traducir las señales de control que envía Arduino en corrientes de pulso de 
La alimentación del aparato fue también estudiada con detenimiento. Necesitábamos baterías que alimentaran 
tanto los motores como la placa. En este sentido, el Smartphone embarcado no suponía ningún inconveniente, 
ya que incorpora su propia batería y en ningún momento nos planteamos alimentarlo de otra forma, ante 
nuestro desconocimiento de las consecuencias adversas que pudiera acarrear conectarlo directamente a una 
Quizás el parámetro más valorado en una batería para su uso en modelos de radiocontrol, especialmente en los 
el peso es crítico, es la densidad de energía, es decir, la energía almacenada por una 
ntre su peso. Hay que tener en cuenta que una batería aumenta su capacidad y su peso de 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
manera proporcional, pero esto no se traduce en un incremento igual de la autonomía: al aumentar el peso de la 
batería debemos aumentar la corriente que alimenta los mo
la tasa de descarga. Las únicas condiciones con las que partíamos eran: que fuera de polímero de litio (por las 
razones que pueden encontrarse en el apartado “5.
fuera de 11.1 V, para poder usarla con los motores que habíamos adquirido.
Con esta idea en la cabeza acudimos a un proveedor local y adquirimos dos baterías, con el fin de que al 
menos pudiéramos cambiarlas rápido y doblar la decepcionante auto
permitirse (unos siete minutos y medio por batería).
El siguiente punto a resolver fue la comunicación entre Arduino y el Smartphone. La primera idea consistió en 
establecer entre ambos un enlace bluetooth mediante un mó
correctamente cuando el control del dron era completamente manual, no permitía la suficiente rapidez como 
para dotar al dron de un sistema de control automático digno: la máxima velocidad que aseguraba una 
transmisión sin errores era de 57600 baudios, limitando la frecuencia del bucle de control a 20 Hz, lo que nos 
pareció insuficiente. 
La alternativa pasó por cambiar el smartphone usado, de un Samsung Galaxy III Mini a un BQ Aquaris E4 
(generosamente cedido por el hermano del proyectista) que incluía la capacidad de actuar como USB Host, por 
lo que la velocidad podía ser doble sin que se indujeran errores. Así, Arduino y smartphone quedan conectados 
a través de un cable USB entre el puerto serie de la placa y el co
Con la conexión ya resuelta, las tareas se reparten entre la placa Arduino y el Smartphone embarcado de la 
siguiente forma: 
• Arduino: 
o Obtiene los datos del sensor de ultrasonidos y del barómetro y los envía al smartphone 
embarcado. 
o Mide el voltaje restante de la batería y lo envía al smartphone embarcado.
o Recibe del smartphone los valores del empuje que debe tener cada motor y los trata para 
enviárselos a sus respectivos ESCs, y é
empuje. 
• Smartphone embarcado: 
o Envía la información pertinente al piloto mediante su conexión de datos a internet.
o Adquiere la actitud actual del dron (ángulos de balanceo, cabeceo y azimut) a través de la 
unidad de medidas inerciales y el magnetómetro 
o Adquiere la posición GPS actual del dron a través del receptor que incorpora.
o Realiza las operaciones necesarias para el bucle de control automático, enviando 
directamente a Arduino el valor del empuje que mantenga al dron estable o que le h
desplazarse en la dirección requerida.
o Almacena datos del vuelo para su posterior análisis.
La conexión entre el dron y el piloto a través de Internet necesita infraestructura adicional: una estación base 
en la que el piloto pueda ver información a tie
base de datos en la que tanto el smartphone embarcado como la estación base puedan leer y escribir.
Esta estructura permite que la estación base sea cualquier tecnología que pueda conectarse a
ordenador, otro smartphone, etc. 
La base de datos empleada es una creada y mantenida por Google, 
aplicaciones móviles. Para el uso de la misma, Google proporciona una API con la que poder guardar y 
sincronizar datos a tiempo real de forma sencilla desde una aplicación Android. Resulta especialmente práctico 
el hecho de que todos los clientes conectados a la base de datos reciban los cabios efectuados en cualquiera de 
sus campos en el mismo instante e
una consulta repetitiva. 
Creando un diagrama de árbol, podemos organizar los campos con los que dron y estación base compartirán la 
información. Dicha estructura se explica más detenid
memoria. 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
manera proporcional, pero esto no se traduce en un incremento igual de la autonomía: al aumentar el peso de la 
batería debemos aumentar la corriente que alimenta los motores para compensar el peso extra, aumentando así 
la tasa de descarga. Las únicas condiciones con las que partíamos eran: que fuera de polímero de litio (por las 
razones que pueden encontrarse en el apartado “5.3.7 – Baterías LIPO” de esta memoria) y que 
fuera de 11.1 V, para poder usarla con los motores que habíamos adquirido. 
Con esta idea en la cabeza acudimos a un proveedor local y adquirimos dos baterías, con el fin de que al 
menos pudiéramos cambiarlas rápido y doblar la decepcionante autonomía que nuestro presupuesto podía 
permitirse (unos siete minutos y medio por batería). 
El siguiente punto a resolver fue la comunicación entre Arduino y el Smartphone. La primera idea consistió en 
establecer entre ambos un enlace bluetooth mediante un módulo HC-05 para Arduino. Aunque funcionaba 
correctamente cuando el control del dron era completamente manual, no permitía la suficiente rapidez como 
para dotar al dron de un sistema de control automático digno: la máxima velocidad que aseguraba una 
sión sin errores era de 57600 baudios, limitando la frecuencia del bucle de control a 20 Hz, lo que nos 
La alternativa pasó por cambiar el smartphone usado, de un Samsung Galaxy III Mini a un BQ Aquaris E4 
hermano del proyectista) que incluía la capacidad de actuar como USB Host, por 
lo que la velocidad podía ser doble sin que se indujeran errores. Así, Arduino y smartphone quedan conectados 
a través de un cable USB entre el puerto serie de la placa y el conector micro USB del teléfono.
Con la conexión ya resuelta, las tareas se reparten entre la placa Arduino y el Smartphone embarcado de la 
Obtiene los datos del sensor de ultrasonidos y del barómetro y los envía al smartphone 
Mide el voltaje restante de la batería y lo envía al smartphone embarcado.
Recibe del smartphone los valores del empuje que debe tener cada motor y los trata para 
elos a sus respectivos ESCs, y éstos en última instancia a cada motor, variando
Envía la información pertinente al piloto mediante su conexión de datos a internet.
Adquiere la actitud actual del dron (ángulos de balanceo, cabeceo y azimut) a través de la 
unidad de medidas inerciales y el magnetómetro que incorpora. 
Adquiere la posición GPS actual del dron a través del receptorque incorpora.
Realiza las operaciones necesarias para el bucle de control automático, enviando 
directamente a Arduino el valor del empuje que mantenga al dron estable o que le h
desplazarse en la dirección requerida. 
Almacena datos del vuelo para su posterior análisis. 
La conexión entre el dron y el piloto a través de Internet necesita infraestructura adicional: una estación base 
en la que el piloto pueda ver información a tiempo real del dron con mandos que le permita
base de datos en la que tanto el smartphone embarcado como la estación base puedan leer y escribir.
Esta estructura permite que la estación base sea cualquier tecnología que pueda conectarse a
La base de datos empleada es una creada y mantenida por Google, Firebase, con vistas a facilitar su uso por 
aplicaciones móviles. Para el uso de la misma, Google proporciona una API con la que poder guardar y 
sincronizar datos a tiempo real de forma sencilla desde una aplicación Android. Resulta especialmente práctico 
el hecho de que todos los clientes conectados a la base de datos reciban los cabios efectuados en cualquiera de 
sus campos en el mismo instante en que uno de ellos cambie, sin que el programador tenga que implementar 
Creando un diagrama de árbol, podemos organizar los campos con los que dron y estación base compartirán la 
información. Dicha estructura se explica más detenidamente en el apartado “6.3 –
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
18 
manera proporcional, pero esto no se traduce en un incremento igual de la autonomía: al aumentar el peso de la 
tores para compensar el peso extra, aumentando así 
la tasa de descarga. Las únicas condiciones con las que partíamos eran: que fuera de polímero de litio (por las 
Baterías LIPO” de esta memoria) y que su voltaje 
Con esta idea en la cabeza acudimos a un proveedor local y adquirimos dos baterías, con el fin de que al 
nomía que nuestro presupuesto podía 
El siguiente punto a resolver fue la comunicación entre Arduino y el Smartphone. La primera idea consistió en 
05 para Arduino. Aunque funcionaba 
correctamente cuando el control del dron era completamente manual, no permitía la suficiente rapidez como 
para dotar al dron de un sistema de control automático digno: la máxima velocidad que aseguraba una 
sión sin errores era de 57600 baudios, limitando la frecuencia del bucle de control a 20 Hz, lo que nos 
La alternativa pasó por cambiar el smartphone usado, de un Samsung Galaxy III Mini a un BQ Aquaris E4 
hermano del proyectista) que incluía la capacidad de actuar como USB Host, por 
lo que la velocidad podía ser doble sin que se indujeran errores. Así, Arduino y smartphone quedan conectados 
nector micro USB del teléfono. 
Con la conexión ya resuelta, las tareas se reparten entre la placa Arduino y el Smartphone embarcado de la 
Obtiene los datos del sensor de ultrasonidos y del barómetro y los envía al smartphone 
Mide el voltaje restante de la batería y lo envía al smartphone embarcado. 
Recibe del smartphone los valores del empuje que debe tener cada motor y los trata para 
stos en última instancia a cada motor, variando su 
Envía la información pertinente al piloto mediante su conexión de datos a internet. 
Adquiere la actitud actual del dron (ángulos de balanceo, cabeceo y azimut) a través de la 
Adquiere la posición GPS actual del dron a través del receptor que incorpora. 
Realiza las operaciones necesarias para el bucle de control automático, enviando 
directamente a Arduino el valor del empuje que mantenga al dron estable o que le haga 
La conexión entre el dron y el piloto a través de Internet necesita infraestructura adicional: una estación base 
mpo real del dron con mandos que le permitan controlarlo, y una 
base de datos en la que tanto el smartphone embarcado como la estación base puedan leer y escribir. 
Esta estructura permite que la estación base sea cualquier tecnología que pueda conectarse a internet, un 
con vistas a facilitar su uso por 
aplicaciones móviles. Para el uso de la misma, Google proporciona una API con la que poder guardar y 
sincronizar datos a tiempo real de forma sencilla desde una aplicación Android. Resulta especialmente práctico 
el hecho de que todos los clientes conectados a la base de datos reciban los cabios efectuados en cualquiera de 
n que uno de ellos cambie, sin que el programador tenga que implementar 
Creando un diagrama de árbol, podemos organizar los campos con los que dron y estación base compartirán la 
– Base de Datos” de esta 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
 
Como ya hemos mencionado, la estación base puede ser cualquier dispositivo que pueda conectarse a internet. 
De entre todas las posibilidades, la que aq
Aquaris M5.5) y un mando de Dual Shock 4 de PlayStation 4. 
Esta elección nos pareció la más lógica por varios motivos. En primer lugar, con el bagaje adquirido en 
programación de aplicaciones An
otra aplicación que, además, podría ser análoga en muchos de sus métodos y su nomenclatura. Mucho más 
sencillo en cualquier caso que partir de cero para implementar algo parecido 
suponía ningún desembolso adicional, puesto que el teléfono utilizado es el personal del proyectista.
La adición de un mando de consola fue una decisión bastante posterior. Originalmente, la pantalla principal de 
la aplicación incluía botones para aumentar y disminuir el empuje y para marcarle una dirección de avance al 
dron, pero durante el uso se demostró que no resultaba ergonómico: al tener que contar pulsaciones de un 
botón había que definir una tasa de variación por cada
probásemos, siempre resultaba ser demasiado grande o demasiado pequeña para controlar decentemente el 
vuelo. 
El siguiente paso lógico era añadir algún tipo de joystick físico que hiciera el control m
con varios mandos de PC de los que disponíamos, encontramos que el más cómodo de compatibilizar con el 
smartphone era un mando de Play
adicionales, posee dos joysticks, por lo que podíamos destinar uno al control de la elevación y otro a la 
dirección, además de otro montón de botones
El reparto de tareas queda entonces, para la estación base, del siguiente modo:
• Smartphone de la estación base:
o Sirve de enlace entre piloto y dron a través de internet, conectándose a la base de datos del 
proyecto. 
o Muestra a través de la pantalla información relevante para el piloto: altura, nivel de carga de 
la batería, potencia de l
o Permite modificar parámetros de la programación sin necesidad de modificar el programa en 
el ordenador. 
• Dual Shock 4: 
o Traduce los deseos del piloto en señales mediante sus botones y joysticks, facilitando el 
manejo de la aeronave.
Con todo lo descrito anteriormente, los requerimientos propios de cualquier aeronave y los del proyectista 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
Figura4-4. Base de Datos de Firebase 
Como ya hemos mencionado, la estación base puede ser cualquier dispositivo que pueda conectarse a internet. 
De entre todas las posibilidades, la que aquí se desarrolla es una compuesta por otro smartphone (un BQ 
Aquaris M5.5) y un mando de Dual Shock 4 de PlayStation 4. 
Esta elección nos pareció la más lógica por varios motivos. En primer lugar, con el bagaje adquirido en 
programación de aplicaciones Android durante el desarrollo del proyecto, sería fácil preparar paralelamente 
otra aplicación que, además, podría ser análoga en muchos de sus métodos y su nomenclatura. Mucho más 
sencillo en cualquier caso que partir de cero para implementar algo parecido en un PC. En segundo lugar, no 
suponía ningún desembolso adicional, puesto que el teléfono utilizado es el personal del proyectista.
La adición de un mando de consola fue una decisión bastante posterior. Originalmente, la pantalla principal de 
n incluía botones para aumentar y disminuir el empuje y para marcarle una dirección de avance al 
dron, pero durante el uso se demostró que no resultaba ergonómico: al tener que contar pulsaciones de un 
botón había que definir una tasa de variaciónpor cada pulsación, y a la hora de la verdad, probásemos la que 
probásemos, siempre resultaba ser demasiado grande o demasiado pequeña para controlar decentemente el 
El siguiente paso lógico era añadir algún tipo de joystick físico que hiciera el control m
con varios mandos de PC de los que disponíamos, encontramos que el más cómodo de compatibilizar con el 
smartphone era un mando de Play Station. Se conecta directamente por bluetooth, ahorrándonos cables 
s, por lo que podíamos destinar uno al control de la elevación y otro a la 
dirección, además de otro montón de botones cuyas funciones podríamos asignar según nos conviniera.
El reparto de tareas queda entonces, para la estación base, del siguiente modo: 
martphone de la estación base: 
Sirve de enlace entre piloto y dron a través de internet, conectándose a la base de datos del 
Muestra a través de la pantalla información relevante para el piloto: altura, nivel de carga de 
la batería, potencia de los motores, posición sobre un mapa, etc. 
Permite modificar parámetros de la programación sin necesidad de modificar el programa en 
Traduce los deseos del piloto en señales mediante sus botones y joysticks, facilitando el 
de la aeronave. 
Con todo lo descrito anteriormente, los requerimientos propios de cualquier aeronave y los del proyectista 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
19 
 
Como ya hemos mencionado, la estación base puede ser cualquier dispositivo que pueda conectarse a internet. 
uí se desarrolla es una compuesta por otro smartphone (un BQ 
Esta elección nos pareció la más lógica por varios motivos. En primer lugar, con el bagaje adquirido en 
droid durante el desarrollo del proyecto, sería fácil preparar paralelamente 
otra aplicación que, además, podría ser análoga en muchos de sus métodos y su nomenclatura. Mucho más 
en un PC. En segundo lugar, no 
suponía ningún desembolso adicional, puesto que el teléfono utilizado es el personal del proyectista. 
La adición de un mando de consola fue una decisión bastante posterior. Originalmente, la pantalla principal de 
n incluía botones para aumentar y disminuir el empuje y para marcarle una dirección de avance al 
dron, pero durante el uso se demostró que no resultaba ergonómico: al tener que contar pulsaciones de un 
pulsación, y a la hora de la verdad, probásemos la que 
probásemos, siempre resultaba ser demasiado grande o demasiado pequeña para controlar decentemente el 
El siguiente paso lógico era añadir algún tipo de joystick físico que hiciera el control más fácil. Tras probar 
con varios mandos de PC de los que disponíamos, encontramos que el más cómodo de compatibilizar con el 
. Se conecta directamente por bluetooth, ahorrándonos cables 
s, por lo que podíamos destinar uno al control de la elevación y otro a la 
podríamos asignar según nos conviniera. 
Sirve de enlace entre piloto y dron a través de internet, conectándose a la base de datos del 
Muestra a través de la pantalla información relevante para el piloto: altura, nivel de carga de 
Permite modificar parámetros de la programación sin necesidad de modificar el programa en 
Traduce los deseos del piloto en señales mediante sus botones y joysticks, facilitando el 
Con todo lo descrito anteriormente, los requerimientos propios de cualquier aeronave y los del proyectista 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
pueden, teóricamente, cumplirse. Con este esquema de concepto el dron puede volar controlado por un piloto 
que se encuentre en cualquier punto del mundo con una conexión a internet.
La dirección del proyecto pidió que añadiéramos un sensor solar al montaje, con vistas a analizar su 
desempeño e investigar sus posibles usos y aplicaciones en este tipo de UAVs. 
El sensor en concreto, elegido y provisto por la dirección, era un modelo NANOISS
NANOISS-x de SolarMems Technologies, una empresa especializada en la aplicación de tecnología solar a la 
industria aeronáutica y espacial. 
Este sensor analógico permite calcular la posic
peso reducido hacía plausible embarcarlo en el aparato, siempre que realizáramos algunos cambios en la
estructura. A fin de cuentas, el s
esfuerzos trigonométricos, lo más paralelamente al smartphone y al plano mismo del dron que fuera posible.
La disposición física de los elementos puede verse en la sección “5.1.3 
memoria. 
Pudiendo leer las salidas del sensor directamente a través de las entradas analógicas de la placa Arduino, solo 
era necesario seguir las instrucciones que le fabricante incluye en la hoja de características para obtener los 
ángulos. 
Ahora sí, podemos presentar el esquema
requerimientos a los que nos enfrenta
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
cumplirse. Con este esquema de concepto el dron puede volar controlado por un piloto 
ier punto del mundo con una conexión a internet. 
La dirección del proyecto pidió que añadiéramos un sensor solar al montaje, con vistas a analizar su 
desempeño e investigar sus posibles usos y aplicaciones en este tipo de UAVs. 
ido y provisto por la dirección, era un modelo NANOISS
x de SolarMems Technologies, una empresa especializada en la aplicación de tecnología solar a la 
Este sensor analógico permite calcular la posición del Sol en el cielo con respecto a él mismo, su tamaño y 
peso reducido hacía plausible embarcarlo en el aparato, siempre que realizáramos algunos cambios en la
fin de cuentas, el sensor debe recibir luz solar directa y debía colocarse, pa
esfuerzos trigonométricos, lo más paralelamente al smartphone y al plano mismo del dron que fuera posible.
La disposición física de los elementos puede verse en la sección “5.1.3 – Planos y parámetros físicos” de esta 
as salidas del sensor directamente a través de las entradas analógicas de la placa Arduino, solo 
era necesario seguir las instrucciones que le fabricante incluye en la hoja de características para obtener los 
Ahora sí, podemos presentar el esquema completo del proyecto, aquel con el cual pueden cumplirse todos los 
mientos a los que nos enfrentamos. 
Figura4-5.Esquema funcional final 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
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cumplirse. Con este esquema de concepto el dron puede volar controlado por un piloto 
La dirección del proyecto pidió que añadiéramos un sensor solar al montaje, con vistas a analizar su 
ido y provisto por la dirección, era un modelo NANOISS--60 de la gama 
x de SolarMems Technologies, una empresa especializada en la aplicación de tecnología solar a la 
ión del Sol en el cielo con respecto a él mismo, su tamaño y 
peso reducido hacía plausible embarcarlo en el aparato, siempre que realizáramos algunos cambios en la 
directa y debía colocarse, para ahorrarnos 
esfuerzos trigonométricos, lo más paralelamente al smartphone y al plano mismo del dron que fuera posible. 
Planos y parámetros físicos” de esta 
as salidas del sensor directamente a través de las entradas analógicas de la placa Arduino, solo 
era necesario seguir las instrucciones que le fabricante incluye en la hoja de características para obtener los 
completo del proyecto, aquel con el cual pueden cumplirse todos los 
 
 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
 
5.1 Estructura 
 
En esta sección se desarrollará el proceso de diseño y la versión más
soporte al proyecto. 
Habiéndonos decidido por un modelo de referencia como se describe en el apartado “2 Antecedentes” de esta 
memoria, teníamos una primera aproximación del tamaño que debía tener nuestro dron. Suman
de las hélices y el espacio libre central que debíamos dejar libre para el resto de componentes obtenemos la 
dimensión más característica de un cuadricóptero: la distancia entre motores opuestos, que denominamos 
envergadura. Con este dato y la geometría concreta de los anclajes de los motores y el resto de componentes 
comenzamos un largo proceso de prueba, evaluación y mejora que ha implicado cambiar el diseño en 
bastantes ocasiones, tanto en forma como en material.
 
5.1.1 Versiones previas 
 
5.1.1.1 Aluminioy policarbonato
 
El primer diseño lo realizamos con dos perfiles en U 
cruzados de aluminio formando los brazos, en cuyos 
extremos se realizaron taladros para poder sujetar los 
motores. La bandeja para la electrónica la formaba 
un panel doble de policarbonato transparente de 2 
mm de espesor, que nos servía además para aportar 
mayor rigidez a la cruceta. El peso total que suponía 
esta estructura era de unos 350 gramos, sin incluir 
ningún componente y sin patas. 
 
 
 
 
Aunque con las sucesivas mejoras bajamos este peso, no fue ese el motivo del cambio. Las vibraciones que los 
motores transmitían a los brazos, y muy posibleme
intentos de vuelo, provocaron la deformación plástica de los perfiles de aluminio, torsionándolos y provocando 
así que las hélices dejaran de ser coplanarias.
Esto nos obligaba a aumentar la secció
Empezamos a plantearnos otras opciones que sustituyeran el aluminio por otro material. 
En este primer diseño nos excedimos en el espacio central libre, siendo la envergadura de 60 cm bastant
superior a los 40 cm que rondaron el resto de diseños.
Sistema de navegación de un cuadricóptero
5 DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE
En esta sección se desarrollará el proceso de diseño y la versión más reciente de la estructura que sirve de 
Habiéndonos decidido por un modelo de referencia como se describe en el apartado “2 Antecedentes” de esta 
memoria, teníamos una primera aproximación del tamaño que debía tener nuestro dron. Suman
de las hélices y el espacio libre central que debíamos dejar libre para el resto de componentes obtenemos la 
dimensión más característica de un cuadricóptero: la distancia entre motores opuestos, que denominamos 
la geometría concreta de los anclajes de los motores y el resto de componentes 
comenzamos un largo proceso de prueba, evaluación y mejora que ha implicado cambiar el diseño en 
bastantes ocasiones, tanto en forma como en material. 
policarbonato 
El primer diseño lo realizamos con dos perfiles en U 
cruzados de aluminio formando los brazos, en cuyos 
extremos se realizaron taladros para poder sujetar los 
motores. La bandeja para la electrónica la formaba 
bonato transparente de 2 
mm de espesor, que nos servía además para aportar 
mayor rigidez a la cruceta. El peso total que suponía 
esta estructura era de unos 350 gramos, sin incluir 
 Figura5-1. Versión en aluminio y policarbonato
Aunque con las sucesivas mejoras bajamos este peso, no fue ese el motivo del cambio. Las vibraciones que los 
motores transmitían a los brazos, y muy posiblemente los múltiples impactos que sufrió durante los primeros 
intentos de vuelo, provocaron la deformación plástica de los perfiles de aluminio, torsionándolos y provocando 
así que las hélices dejaran de ser coplanarias. 
Esto nos obligaba a aumentar la sección de dichos perfiles, lo que habría aumentado demasiado el peso. 
Empezamos a plantearnos otras opciones que sustituyeran el aluminio por otro material. 
En este primer diseño nos excedimos en el espacio central libre, siendo la envergadura de 60 cm bastant
superior a los 40 cm que rondaron el resto de diseños. 
Sistema de navegación de un cuadricóptero 2017 
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DEL HARDWARE 
reciente de la estructura que sirve de 
Habiéndonos decidido por un modelo de referencia como se describe en el apartado “2 Antecedentes” de esta 
memoria, teníamos una primera aproximación del tamaño que debía tener nuestro dron. Sumando el diámetro 
de las hélices y el espacio libre central que debíamos dejar libre para el resto de componentes obtenemos la 
dimensión más característica de un cuadricóptero: la distancia entre motores opuestos, que denominamos 
la geometría concreta de los anclajes de los motores y el resto de componentes 
comenzamos un largo proceso de prueba, evaluación y mejora que ha implicado cambiar el diseño en 
Versión en aluminio y policarbonato 
Aunque con las sucesivas mejoras bajamos este peso, no fue ese el motivo del cambio. Las vibraciones que los 
nte los múltiples impactos que sufrió durante los primeros 
intentos de vuelo, provocaron la deformación plástica de los perfiles de aluminio, torsionándolos y provocando 
n de dichos perfiles, lo que habría aumentado demasiado el peso. 
Empezamos a plantearnos otras opciones que sustituyeran el aluminio por otro material. 
En este primer diseño nos excedimos en el espacio central libre, siendo la envergadura de 60 cm bastante 
Sistema de navegación de un cuadricóptero
 
 
5.1.1.2 Madera de balsa y policarbonato
 
El cambio que buscábamos en la estructura creímos encontrarlo en 
la madera de balsa, la madera más ligera que se conoce con una 
densidad entre 100 y 150 Kg/m3. Está 
gran rigidez, han convertido la madera de balsa en un material muy 
utilizado en aeromodelismo. 
Sustituyendo los perfiles de aluminio por listones de 10x20x470 
mm conseguimos disminuir el peso de la estructura hasta los 300 
gramos, y además desaparecía el problema de las deformaciones 
plásticas. A pesar de la mejora, el diseño tampoco funcionaba tal 
como queríamos. Esto se debió a fallos cometidos durante su 
fabricación, un proceso tremendamente casero para el que nos 
faltaban las herramientas adecuadas.
 
 
Dos fueron los errores principales:
• La cruz formada por los dos listones la fijamos con pasadores y cola de carpintería, pero desviaciones 
en los taladros y la corrección po
solucionar; las hélices volvían a no ser coplanarias
• En lugar de realizar taladros pasantes para el anclaje de los motores decidimos atornillarlos la madera. 
La madera de balsa, si bien muy re
fácil que se astille. Esta condición, junto con las vibraciones transmitidas por los motores a través de 
los tornillos, provocaron que los anclajes fueran perdiendo apriete paulatinamen
estropear el listón. 
 
 
5.1.2 Versión actual 
 
Estando con la idea de reconstruir la estructura de 
madera de balsa prestando mayor atención al 
proceso de fabricación, llegó el Black Friday, 
él, una impresora 3d, la Anet A8. 
El acceso a una impresora 3d a discreción nos abrió 
la posibilidad de repensar todo el diseño, los brazos 
de la cruz, los soportes del smartphone y la placa 
Arduino, todo. Tras un proceso de aprendizaje de la 
tecnología 3d, conseguimos fabricar una estructura 
que mejoraba a las anteriores en todos los aspectos y 
que se mantiene en la actualidad. 
 
 
El material de impresión es ABS de color amarillo. Entre los do
PLA y ABS, el ABS tiene menor densidad, mayor resistencia a los impactos y mejor acabado superficial. Por 
contra, su rigidez es menor y su impresión es más difícil.
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Madera de balsa y policarbonato 
El cambio que buscábamos en la estructura creímos encontrarlo en 
la madera de balsa, la madera más ligera que se conoce con una 
. Está bajísima densidad, junto a su 
gran rigidez, han convertido la madera de balsa en un material muy 
Sustituyendo los perfiles de aluminio por listones de 10x20x470 
mm conseguimos disminuir el peso de la estructura hasta los 300 
mos, y además desaparecía el problema de las deformaciones 
plásticas. A pesar de la mejora, el diseño tampoco funcionaba tal 
como queríamos. Esto se debió a fallos cometidos durante su 
fabricación, un proceso tremendamente casero para el que nos 
as herramientas adecuadas. 
Figura5-2. Versión en madera de balsa y policarbonato
Dos fueron los errores principales: 
La cruz formada por los dos listones la fijamos con pasadores y cola de carpintería, pero desviaciones 
en los taladros y la corrección posterior a simple vista provocaron precisamente lo que queríamos 
solucionar; las hélices volvían a no ser coplanarias 
En lugar de realizar taladros pasantes para el anclaje de los motores decidimos atornillarlos la madera. 
La madera de balsa, si bien muy resistente a flexiones y