{"id":9748,"date":"2025-12-20T01:24:03","date_gmt":"2025-12-20T00:24:03","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.etsii.urjc.es\/dseytr\/?p=9748"},"modified":"2025-12-20T01:24:05","modified_gmt":"2025-12-20T00:24:05","slug":"sistema-de-estabilizacion-autonoma-de-vuelo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.etsii.urjc.es\/dseytr\/sistema-de-estabilizacion-autonoma-de-vuelo\/","title":{"rendered":"SISTEMA DE ESTABILIZACI\u00d3N AUT\u00d3NOMA DE VUELO."},"content":{"rendered":"\n
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\"\"<\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

Introducci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n

En esta entrada se presenta el desarrollo de un prototipo de avi\u00f3n tipo ala volante<\/strong> con capacidad de estabilizaci\u00f3n lateral y frontal mediante flaps traseros, implementado como proyecto de sistemas empotrados. El objetivo principal fue dise\u00f1ar una soluci\u00f3n funcional, modular y de bajo coste que integrase hardware y software de forma coherente, tomando como referencia aeronaves reales no tripuladas.<\/p>\n\n\n\n

Para la realizaci\u00f3n de este proyecto se basaron en el dron ruso\/iran\u00ed Shahed-136\/131<\/em>, que cuenta con cuatro flaps traseros, y que para reducir los costes y simplificar el proyecto se redujeron a dos.<\/p>\n\n\n\n

Objetivo del proyecto.<\/h2>\n\n\n\n

La idea inicial del proyecto fue crear un dron o avi\u00f3n de peque\u00f1as dimensiones capaz de volar y estabilizarse utilizando flaps laterales o traseros, obteniendo la informaci\u00f3n de inclinaci\u00f3n mediante un giroscopio. Sin embargo, debido a las limitaciones asociadas al peso, la potencia de los componentes y la complejidad del vuelo, se decidi\u00f3 descartar la capacidad de vuelo y centrarse en el comportamiento de estabilizaci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

El resultado final es un prototipo de avi\u00f3n sin vuelo real que utiliza dos flaps traseros para corregir inclinaciones laterales (roll) y frontales (pitch). Como complemento visual, se a\u00f1adieron tres LEDs: dos en las alas para indicar la direcci\u00f3n de la inclinaci\u00f3n y uno en la punta que act\u00faa como luz de posici\u00f3n con parpadeo.<\/p>\n\n\n\n

El dise\u00f1o se inspira en el dron ruso\/iran\u00ed Shahed-136\/131<\/em>, que dispone de cuatro flaps traseros. Para simplificar el proyecto y reducir costes, se opt\u00f3 por una versi\u00f3n reducida con solo dos flaps.<\/p>\n\n\n\n

Estudio previo del comportamiento de estabilizaci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n

Las aeronaves tipo ala volante no disponen de estabilizadores de cola tradicionales, por lo que todo el control recae en las superficies traseras. En este tipo de configuraciones, los flaps act\u00faan como elevones, combinando funciones de control de pitch y roll.<\/p>\n\n\n\n

Pitch <\/strong>(cabeceo): ambos flaps se mueven en la misma direcci\u00f3n. Roll<\/strong> (inclinaci\u00f3n lateral): los flaps se mueven en direcciones opuestas.<\/p>\n\n\n\n

En este proyecto se ignoran factores reales como la velocidad del aire o las fuerzas aerodin\u00e1micas para simplificar la l\u00f3gica interna y centrarse exclusivamente en el comportamiento del sistema empotrado.<\/p>\n\n\n\n

Implementaci\u00f3n del hardware<\/h2>\n\n\n\n

El hardware del sistema se estructura en tres bloques principales, todos ellos controlados por una placa Arduino Uno.<\/p>\n\n\n\n

    \n
  1. Giroscopio MPU-6050: proporciona valores de inclinaci\u00f3n mediante el protocolo I2C, utilizando dos l\u00edneas de comunicaci\u00f3n (datos y reloj).<\/li>\n\n\n\n
  2. Servomotores (SG90): dos servos controlan los flaps traseros. Cada uno recibe alimentaci\u00f3n de 5V, conexi\u00f3n a tierra y una se\u00f1al PWM desde el Arduino.<\/li>\n\n\n\n
  3. Sistema LED: un led blanco que se pondr\u00e1 en la punta y otros dos de color rojo y azul que ir\u00e1n en las alas.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

    El circuito se mont\u00f3 principalmente en una protoboard para facilitar pruebas y modificaciones, lo que permiti\u00f3 depurar las diferentes versiones de nuestro prototipo y sus componentes de manera eficaz. Es por esto por lo que recomendamos a cualquiera que quiera imitar nuestro proyecto que empiece de esta manera para facilitar el resto de trabajo y mantenimiento. Posteriormente se integr\u00f3 todo sobre una base de cart\u00f3n con forma aproximada y reducida del dron de referencia.<\/p>\n\n\n\n

    En la siguiente imagen se puede apreciar con todo detalle el circuito completo de arduino. Fuente: Wokwi.com.<\/em><\/p>\n\n\n\n

    \"\"<\/figure>\n\n\n\n

    El Arduino va alimentado por una pila gen\u00e9rica de 9V con un adaptador de corriente para nuestra placa.<\/p>\n\n\n\n

    Desarrollo del software<\/h2>\n\n\n\n

    El software se desarroll\u00f3 en el entorno de Arduino, utilizando librer\u00edas espec\u00edficas para el control del MPU-6050 y de los servomotores. Las principales tareas del firmware son:<\/p>\n\n\n\n

      \n
    • Lectura continua de los valores de pitch y roll.<\/li>\n\n\n\n
    • Limitaci\u00f3n de los valores seg\u00fan una inclinaci\u00f3n m\u00e1xima configurable.<\/li>\n\n\n\n
    • Conversi\u00f3n de los valores de inclinaci\u00f3n en \u00e1ngulos de giro para los servos.<\/li>\n\n\n\n
    • Control de los LEDs en funci\u00f3n de la inclinaci\u00f3n detectada.<\/li>\n\n\n\n
    • Parpadeo peri\u00f3dico del LED de posici\u00f3n.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n

      La l\u00f3gica se dise\u00f1\u00f3 de forma modular, permitiendo modificar f\u00e1cilmente el comportamiento de los flaps o los l\u00edmites de inclinaci\u00f3n sin rehacer el c\u00f3digo completo.<\/p>\n\n\n\n

      A continuaci\u00f3n se muestran diferentes capturas del c\u00f3digo para aquellos que quieran implementarlo junto a un cuadro de texto para facilitar la copia del mismo.<\/p>\n\n\n\n

      \"\"<\/figure>\n\n\n\n
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      \"\"<\/figure>\n\n\n\n
      \n#include <Wire.h>\n#include <MPU6050_light.h>\n#include <Servo.h>\n\nMPU6050 mpu(Wire);\nServo miServo;   \/\/ Servo 1\nServo miServo2;  \/\/ Servo 2\n\nunsigned long timer = 0;\nunsigned long ledTimer = 0;\n\n\/\/ Pines de LEDs\nconst int ledPunta = 6;  \/\/ LED de la punta\nconst int ledIzq = 7;   \/\/ LED indica inclinaci\u00f3n hacia la izquierda\nconst int ledDer = 8;   \/\/ LED indica inclinaci\u00f3n hacia la derecha\n\n\/\/ Estado del LED de la punta\nbool ledPuntaState = false;\n\n\/\/ L\u00edmite m\u00e1ximo de inclinaci\u00f3n\nint maxInclinacion = 45; \/\/ grados\n\nvoid setup() {\n  Serial.begin(9600);\n  Wire.begin();\n  \n  \/\/ servos \n  miServo.attach(9);\n  miServo2.attach(10);\n  miServo.write(90);    \n  miServo2.write(90);\n\n  \/\/ leds\n  pinMode(ledPunta, OUTPUT);\n  pinMode(ledIzq, OUTPUT);\n  pinMode(ledDer, OUTPUT);\n\n  Serial.println(\"Inicializando...\");\n  if (mpu.begin() != 0) {\n    Serial.println(\"Error: mpu no encontrado\");\n    while (1);\n  }\n  Serial.println(\"Calibrando el mpu\");\n  delay(1000);\n  mpu.calcOffsets();\n  Serial.println(\"Listo\");\n}\n\n\nint obtenerAngulo(int izqOrDer) {\n  float pitch = mpu.getAngleX(); \/\/ Adelante\/atr\u00e1s\n  float roll  = mpu.getAngleY(); \/\/ Lateral izquierda\/derecha\n\n  \/\/ Limitar valores\n  pitch = constrain(pitch, -maxInclinacion, maxInclinacion);\n  roll  = constrain(roll, -maxInclinacion, maxInclinacion);\n\n  int x = 90; \/\/ Posici\u00f3n neutra\n\n  \/\/ Movimiento por pitch \n  int angPitch = map(pitch, -maxInclinacion, maxInclinacion, 45, -45);\n\n  \/\/ Movimiento por roll \n  int angRoll = map(roll, -maxInclinacion, maxInclinacion, -40, 40);\n\n  if (izqOrDer == 0) {\n    \/\/ flap derecho\n    x = 90 + angPitch + angRoll;  \/\/ pitch sube\/baja, roll opuesto\n  } else {\n    \/\/ flap izquierdo\n    x = 90 + angPitch - angRoll;  \/\/ pitch sube\/baja, roll normal\n  }\n\n  \/\/ Limitar el angulo entre 0 y 180\n  x = constrain(x, 0, 180);\n\n  return x;\n}\n\n\nvoid loop() {\n  mpu.update();\n\n  \/\/ Actualizaci\u00f3n de servos cada 50 ms\n  if ((millis() - timer) > 50) {\n    float pitch = mpu.getAngleX(); \/\/ Inclinaci\u00f3n izquierda\/derecha\n    pitch = constrain(pitch, -maxInclinacion, maxInclinacion);\n\n    \/\/Invertir la direcci\u00f3n de los servos\n    int anguloIzq = obtenerAngulo(1);\n    int anguloDer = obtenerAngulo(0);\n  \n\n    miServo.write(anguloDer);\n    miServo2.write(anguloIzq);\n\n    \/\/ Leds seg\u00fan la inclinaci\u00f3n del mpu\n    if (pitch > 5) { \/\/ Inclinaci\u00f3n hacia adelante\n      digitalWrite(ledDer, HIGH);\n      digitalWrite(ledIzq, LOW);\n    } else if (pitch < -5) { \/\/ Inclinaci\u00f3n hacia atr\u00e1s\n      digitalWrite(ledIzq, HIGH);\n      digitalWrite(ledDer, LOW);\n    } else { \/\/ Neutro\n      digitalWrite(ledIzq, LOW);\n      digitalWrite(ledDer, LOW);\n    }\n\n\n\n    timer = millis();\n  }\n\n  \/\/ Led de la punta intermitente\n  if (millis() - ledTimer > 500) {\n    ledPuntaState = !ledPuntaState;\n    digitalWrite(ledPunta, ledPuntaState ? HIGH : LOW);\n    ledTimer = millis();\n  }\n}<\/code><\/pre>\n\n\n\n
      Funcionamiento del sistema<\/h2>\n\n\n\n
      Al iniciar el sistema, el avi\u00f3n se considera en posici\u00f3n estable y los flaps se colocan en su posici\u00f3n neutra (90\u00b0). A partir de ese momento:<\/p>\n\n\n\n
      Si el avi\u00f3n se inclina lateralmente, los flaps se mueven en sentidos opuestos y se enciende el LED del ala correspondiente.<\/p>\n\n\n\n
      Si existe inclinaci\u00f3n frontal, ambos flaps se mueven en la misma direcci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
      Si el avi\u00f3n est\u00e1 estable, los LEDs de las alas permanecen apagados.<\/p>\n\n\n\n
      El LED blanco de la punta parpadea continuamente como luz de posici\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n
      Este comportamiento simula el funcionamiento b\u00e1sico de un sistema de estabilizaci\u00f3n real.<\/p>\n\n\n\n