Guida alla prevenzione dei guasti e al risparmio economico per giovani piloti.
Stamattina, nel leggere alcuni post su vari gruppi legati al mondo dei droni autocostruiti e del volo FPV, ho pensato che sarebbe stato utile, per i piloti alle prime armi, trovare un articolo in cui vengono riassunti alcuni dei possibili guasti che vi possono capitare quando vi approcciate nel realizzare le vostre prime build. Per i piloti più esperti leggere queste righe potrebbe apparire un modo carino e divertente per ripensare al proprio passato e raccontare le vostre esperienze di volo in modo che anche i più giovani, possano imparare e crescere in questo hobby.
Una piccola premessa. Questo articolo non descriverà nel dettaglio le procedure per risolvere le problematiche di configurazione più comuni. Per questo potrete consultare gli altri approfondimenti in particolare l’articolo sulla propedeutica al volo e l’articolo su Perchè il drone non vola. Vi citiamo le guide perchè, come un pò vuol far intuire il titolo e come più volte abbiamo ripetuto nei nostri articoli, pilotare un drone FPV non significa accendere il radiocomando, attaccare la batteria, infilarsi i goggles e volare. Sono necessarie all’inizio molte nozioni da imparare. Soprattutto per chi è alle prime armi il consiglio migliore che possiamo dare è di farsi prima una cultura leggendo qualche guida e non limitarsi, al primo problema, ad aprire un post sui social sperando che qualcuno con la bacchetta magica vi aiuti quando ormai è troppo tardi.
Questo articolo vuole appunto farvi capire quando “ormai è troppo tardi” andando a descrivere le principali problematiche che possono avere i componenti che formano il drone e che, inevitabilmente, ne comportano la sostituzione.
Partiamo quindi dai componenti elettronici che sono quelli più sensibili a rotture soprattutto in fase di montaggio e configurazione del drone.
Il cuore del drone, come tutti sappiamo, è il duo ESC, o regolatore di tensione del motore, e Flight Controller, abbreviato FC. Di questi componenti esistono prevalentemente tre versioni legate alle dimensioni delle schede e alle forometrie di fissaggio al frame: La versione standard 30x30mm; la versione mini 20x20mm e la versione AIO 25x25mm.
Le prime due normalmente sono composte da due moduli separati montati in configurazione Stack, cioè impilati, mentre la terza è una scheda unica che include tutti i componenti.
Per quanto riguarda la versione composta da ESC ed FC separate le sviste maggiori nelle quali potrete incappare, e che vi porteranno al danneggiamento dell’elettronica sono le seguenti:
1. SALDATURE DEL CAVO BATTERIA REALIZZATE MALE.
La saldatura del cavo AWG, di collegamento della batteria, sulle apposite piazzole dell’ESC, sono spesso complicate perché richiedono una temperatura elevata del saldatore e punte abbastanza larghe. L’inesperienza può portare alla realizzazione di saldature fredde, cioè saldature dove lo stagno non “bagna”correttamente le due giunzioni creando una pessima adesione tra refolo e piazzola, o saldature troppo calde che danneggiano la piazzola su cui si sta saldando. Questo difetto della saldatura porta spesso al distacco del cavo della batteria che, entrando successivamente in contatto con il frame o con la scheda FC, causa quasi sempre un corto circuito che, a sua volta, è spesso causa della rottura del BEC 5V di alimentazione dell’ESC o della FC che poi diventano inutilizzabili. A livello visivo vi accorgerete subito del guasto perchè sicuramente vedrete qualche scintilla, fumo e il cavo della batteria vi rimarrà tra le mani appena proverete a staccare il connettore XT30 o XT60 dalla batteria stessa.
2.POSIZIONAMENTO E SALDATURA DEL CONDENSATORE.
Una volta saldato il cavo di alimentazione dovrete posizionare anche il condensatore. Il condensatore è un elemento essenziale per qualsiasi Build con tensione di alimentazione superiore a 12V. Purtroppo il condensatore è anche un elemento abbastanza ingombrante e spesso i meno esperti tendono ad incastrarlo all’interno dello stack o tra lo stack e il frame. Il condensatore non è un elemento isolato quindi a contatto con la scheda FC o con l’ESC può causare corto circuiti con conseguente rottura dell’una o dell’altra componente. Quasi sempre vi accorgerete del danno perché, aprendo lo stack, troverete il condensatore deformato dallo schiacciamento. Il montaggio ideale è quello di collegare, con due spezzoni di cavetto AWG di 2 centimetri massimo di lunghezza, il condensatore all’ESC potendo così posizionare il componente fissandolo ad uno dei distanziatori del frame con una fascetta. Il consiglio è anche quello di bloccare, con la medesima fascetta, i cavi di alimentazione della batteria per evitare che il continuo movimento, per attaccare e staccare i connettori batteria ad ogni volo che fate, possa andare ad indebolire e far saltare le saldature sui pad di alimentazione dell’ESC. Nell’immagine sottostante potete vedere uno stack in cui il condensatore è stato posizionato bene ma allo stesso si notano saldature realizzate con poca precisione che potrebbero dar origine ai problemi di cui al punto 1.
3. MONTAGGIO DELLO STACK SENZA L’USO CORRETTO DI STANDOFF E AMMORTIZZATORI.
Quando montate lo stack sul frame dovrete sempre utilizzare appositi distanziatori per evitare che il serraggio delle viti possa portare l’ESC a toccare il frame stesso o l’ESC a toccare la FC. Nella maggior parte dei casi non troverete mai i distanziali nel kit di assemblaggio del frame mentre troverete gli ammortizzatori di gomma all’interno della scatola dello stack. Il mio consiglio è quello di comprarsi un kit di distanziali o standoff in nylon, acquistabile a questo LINK, che dovrete scegliere a seconda della forometria del vostro frame che sarà adatta o per viti M2 o per viti M3 e che userete per il montaggio dell’ESC al frame. Successivamente usate sempre i distanziali in gomma che vi vengono forniti per separare ESC da FC. Se non avete questi accessori non andate avanti con il montaggio. Se i componenti dovessero entrare in contatto tra loro o con il frame avverrebbe quasi sicuramente un cortocircuito che renderà l’elettronica inutilizzabile. La mancanza di spazio tra ESC e FC poi potrebbe causare un surriscaldamento eccessivo dei componenti che potrebbe portare al danneggiamento dell’elettronica dell’FC ed in particolare del microprocessore. Infine montare la FC senza ammortizzatori in gomma potrebbe generare dei malfunzionamenti dell’accelerometro, dovuti alle eccessive vibrazioni, con conseguente instabilità del drone in volo. Ricordatevi infine che, di norma, i gommini rosa sono più rigidi dei gommini azzurri quindi si utilizzano i primi per separare l’ESC dal frame e i secondi per separare l’ESC dalla FC.
Nell’immagine seguente notiamo sempre lo stack visto in precedenza dove volutamente l’ESC è stata distanziata dalle viti sottostanti anche grazie a piccoli standoff di nylon isolante. In precedenza, durante un incidente del drone, l’ESC ha toccato le viti sottostanti, a causa della vibrazione dell’impatto, danneggiandosi.
4. MONTAGGIO DEL CAVETTO DI COLLEGAMENTO TRA ESC E FC.
Il cavetto multifilare che collega l’ESC all’FC costituisce un elemento molto delicato così come sono abbastanza delicati i connettori a 8 pin. Per questo motivo è sempre meglio infilare i connettori ed effettuare il collegamento prima di aver montato lo stack sul frame. Questo perché riuscire ad infilare i connettori quando lo stack è già montato può essere difficoltoso e spesso capita che i pin si pieghino andando a causare un cortocircuito che, quasi certamente, vi andrà a bruciare il BEC 5V e il BEC 9V della vostra scheda FC. Tra l’altro è un tipo di guasto di cui difficilmente vi accorgerete subito in quanto, finché sarete a banco con la scheda FC collegata alla porta USB del PC per effettuare le configurazioni, ma, appena staccherete il cavetto lasciando il drone alimentato solo dalla batteria, vi accorgerete che il drone non funzionerà in quanto non avrete alimentazione alla ricevente, alla VTX e non avrete comunicazione con l’ESC.
5. SALDATURE DEI CAVI MOTORI ALL’ESC E SALDATURE DEI COMPONENTI ESTERNI ALLA FC.
A differenza delle saldature dei cavi di alimentazione, le saldature dei cavi motori all’ESC o le altre saldature dei componenti alle piazzole delle porte UART della FC portano altre problematiche soprattutto legate all’estrema vicinanza tra i pad. Se siete inesperti e alle prime armi, non ci stancheremo mai di ripeterlo, fate prima delle prove di saldatura utilizzando le apposite schede che vengono vendute per pochi EURO anche sui principali siti di e-commerce. Purtroppo si possono commettere vari errori quando si effettuano le saldature di precisione soprattutto se si è agli inizi. Il primo errore che spesso si compie è quello legato all’utilizzo di una temperatura troppo elevata del saldatore. La temperatura elevata porta a rovinare le piste di collegamento elettrico della scheda o la componentistica della scheda stessa rendendola inutilizzabile. D’altro canto utilizzare una temperatura troppo bassa renderà complicato fondere lo stagno col rischio di creare saldature fredde, già menzionate in precedenza, e di ottenere quindi dei falsi contatti. Un altro errore comune è quello di usare punte non adeguate per cui vi potrebbe finire dello stagno su più pad di collegamento o tra un pad e i piedini di qualche componente andando a rovinarli. Soprattutto quando saldate i cavi dei motori all’ESC state attenti a non toccare i mosfet con la punta del saldatore o gli andrete a rovinare causando un malfunzionamento dell’alimentazione ai motori.
Questo è il classico caso in cui vi troverete con un motore che non gira o che non gira bene oppure vi potrete ritrovare con l’ESC che, una volta alimentata, non si accende non andando ad emettere i classici suoni di avvio. La prova di avere danneggiato l’ESC la si può avere collegando la FC al computer e avviando un configuratore, come ESC CONFIGURATOR, per tentare di leggere le impostazioni dell’ESC stessa.
Quando saldate i componenti verificate sempre di avere gli schemi di collegamento corretti per il modello di FC o ESC che state usando, non andate a caso e non affidatevi alla consulenza di internet. Se avete perso gli schemi fermatevi e cercate sul sito del produttore le informazioni che vi occorrono.
Quando avrete fatto le saldature dei componenti, ricordatevi di utilizzare sempre un tester per la continuità elettrica per vedere se non avete causato un cortocircuito durante l’esecuzione delle saldature stesse ed altresì usate uno smoke stopper quando alimentate lo stack saldato per la prima volta. Lo smoke stopper è un componente che previene i corto circuiti andando ad interrompere istantaneamente l’alimentazione all’ESC in caso di picchi elevati di assorbimento di corrente.
Tutti questi strumenti vi ricordiamo possono essere acquistati facilmente sul NOSTRO SITO di RHOBBY FPV.
Usate lo smoke stopper solo per verificare l’alimentazione corretta. Ricordate di scollegarlo se vorrete provare i motori o vorrete aumentare il wattaggio della VTX per verificare il segnale perché l’eccessivo assorbimento di corrente elettrica dalla batteria farà scattare la protezione del dispositivo.
Se avrete verificato l’assenza di possibili cortocircuiti tramite l’impiego del tester con funzione di continuità e, nell’effettuare il collegamento della FC al computer, vedete che i led della FC stessa si accendono ma vi trovate dei problemi di riconoscimento della periferica allora, per risolvere il malfunzionamento, dovrete lavorare correttamente sull’installazione dei Driver del PC e sulle configurazioni di Betaflight. Se invece, collegando la scheda, vi rendete conto che i led non si accendono, che la scheda viene riconosciuta da Betaflight ma quando è collegata non vi mostra il giroscopio o l’accelerometro, che i componenti esterni come la ricevete o la VTX non funzionano anche se avete configurato bene le porte UART, allora tutto questo può essere collegato a saldature fatte male ed a un possibile danneggiamento della FC per cortocircuito. Stesso concetto vale per l’ESC. Se, una volta alimentato il regolatore, non vengono emessi i suoni classici di BOOT oppure quando provate a rilevare le impostazioni dal configuratore quest’ultimo non è in grado di leggere tutte e 4 le ESC allora vuol dire che qualche componente della scheda, in particolar modo i Mosfet, si sono danneggiati e la scheda stessa è inutilizzabile.
Anche le periferiche esterne come la VTX e la ricevente radio o il GPS hanno quasi sempre dei led che segnalano se il componente è alimentato e funzionante. Se avete problemi nel rilevare le periferiche in Betaflight controllate sempre i collegamenti e le saldature seguendo gli schemi forniti dai produttori. Vi ricordiamo che anche invertire l’alimentazione su una periferica causa l’inevitabile danneggiamento di quest’ultima e il possibile danneggiamento del Flight Controller. Altresì ricordatevi che RX e TX devono essere sempre invertite o la scheda non sarà rilevata.
6. CORRETTO MONTAGGIO E POSIZIONAMENTO DELLA VTX.
Sia che il trasmettitore del segnale video sia analogico o sia digitale, la VTX rimane il secondo componente più sensibile a rotture e a problemi dovuti ad un cattivo montaggio e posizionamento.
La VTX è un componente che tende a surriscaldarsi molto ed inoltre non deve essere messa a contatto col frame in carbonio in quanto si potrebbero verificare problemi di malfunzionamento legati alle correnti parassite che vengono generate dal campo elettromagnetico del trasmettitore stesso. Sempre per lo stesso motivo dovrete ricordarvi sempre di alimentare la VTX solo con l’antenna collegata.
Ricordatevi di verificare con attenzione il tipo di collegamento e il tipo di alimentazione elettrica di cui necessita il trasmettitore. Alcune VTX vengono alimentate a 5Vdc mentre, spesso, la porta di alimentazione dedicata sulla scheda FC eroga un’alimentazione a 9Vdc. Sulle VTX analogiche prestate attenzione anche al collegamento dei cavi del segnale video entrante e uscente, in questo caso un collegamento sbagliato potrebbe portare ad un guasto della Camera FPV. Per quanto concerne i trasmettitori digitali state attenti quando collegate i flat cable a non danneggiarli. Stesso ragionamento vale per i cavetti già predisposti con i connettori che vanno collegati alla scheda FC e alla VTX. Quando inserite i connettori nelle apposite prese state attenti a non esercitare troppa forza altrimenti andrete a piegare i piedini. Valutate sempre con accuratezza il posizionamento delle air unit dei sistemi digitali poiché sono componenti che si surriscaldano facilmente e il calore eccessivo può portare al malfunzionamento di queste ultime e di altri componenti posti erroneamente a contatto con il trasmettitore video, come per esempio può capitare quando montate la VTX sopra o sotto lo stack FC+ESC o se montate la RX radio attaccata alla VTX stessa.
In questa immagine vedete un montaggio della VTX allontanata appositamente dal frame grazie all’impiego di Standoff in nylon isolante. La distanza, all’apparenza eccessiva, è giustificabile per il fatto che la VTX stessa ha una potenza di trasmissione del segnale pari a 1 W ed è quindi soggetta a forte surriscaldamento.
Infine ricordatevi che, quando procedete alla configurazione della scheda VTX su Betaflight e quando impostate la OSD sugli occhiali, è sempre bene tenere impostato il livello minimo di potenza di trasmissione del segnale video ed eventualmente usare una ventola di raffreddamento per evitare che la VTX stessa possa surriscaldarsi eccessivamente rischiando di danneggiare l’elettronica. Stesso discorso vale quando siete fuori per volare. Non tenete mai il drone alimentato a batteria fermo a terra per troppo tempo altrimenti i componenti tenderanno a surriscaldarsi fino al raggiungimento di livelli critici di temperatura con conseguente rottura dei componenti elettronici. Tenete presente che un segnale video trasmesso in digitale o in analogico ad una potenza di 25 e fino a 200mW è un segnale che vi darà una buona immagine video sul visore anche a distanze pari a diverse centinaia di metri. Se non volete fare long range o avete bisogno di molta penetrazione del segnale, perchè state volando all’interno di un bando racchiuso da grosse pareti in cemento armato, non avete bisogno di impostare la VTX ad alti livelli di trasmissione di potenza del segnale. Se a 200mW a qualche centinaio di metri da voi il segnale degrada e non riuscite a volare vuol dire che sicuramente avrete montato male la VTX, magari troppo vicino ai cavi di alimentazione della batteria oppure a contatto col frame. In altri casi controllate sempre che il connettore dell’antenna sia inserito bene nell’apposita presa soprattutto se sono antenne con attacchi MMCX o UFL. In caso di antenne con attacchi SMA controllate sempre di aver stretto adeguatamente le ghiere dei connettori stando attenti a non esagerare perché potreste danneggiare il cavo coassiale. Ricordate infine che anche le antenne devono essere distanziate l’una dall’altra in quanto possono interferire nella trasmissione e ricezione del segnale.
Riassumendo, se quando avviate i vostri goggles analogici e alimentate il drone, certi di aver collegato e configurato correttamente la vostra VTX e la vostra CAM e certi di aver correttamente impostato il canale giusto, ma vedete il classico effetto nebbia tipico dei televisori non sintonizzati allora vuol dire che la VTX non sta lavorando correttamente. Se la VTX è alimentata e vedete i led di stato accesi allora potrebbe esserci un problema di configurazione su Betaflight ma se non vedete segni di vita e il componente scalda molto vuol dire che, quasi sicuramente, avete bruciato la scheda VTX o la scheda FC o entrambe. Se invece vi appare lo sfondo nero e vedete in sovraimpressione la videata della OSD vuol dire che la VTX sta lavorando bene ma è la CAM che può essere non collegata o, peggio, danneggiata.
6. CORRETTO SERRAGGIO DELLE VITI ED ALTRI COMPONENTI FISICI DEL FRAME.
A conclusione di questo articolo è giusto spendere due parole anche sui componenti che tengono assieme il nostro frame e l’elettronica. Il controllo del corretto serraggio di tutta la viteria, del corretto montaggio dei distanziali del frame, del corretto posizionamento dei supporti in TPU per le antenne o altri componenti è un processo che, presi dall’entusiasmo di aver terminato una Build dove tutta l’elettronica è funzionante e ben configurata, viene spesso ignorato ma può portare gravi conseguenze.
Partiamo quindi dal fissaggio dei motori e delle eliche. Verificate sempre che i motori siano fissati con il numero di viti richieste e che le viti siano della misura corretta. Se le viti sono troppo corte o strette poco il rischio è che l’elevata vibrazione e la forza generata dal momento torcente del motore quando spinge l’elica possano portare a un distacco del motore stesso dal braccetto del frame. Al contrario viti troppo lunghe che vadano a toccare il rotore del motore o il filamento dell’avvolgimento possono compromettere la rotazione e originare un assorbimento anomalo di corrente da parte del motore stesso che può portare alla rottura del regolatore ESC.
Stessa cosa vale per le eliche. Le eliche bloccate sul mozzo del motore dal singolo dado M5, se il dado non è abbastanza stretto, possono sganciarsi e schizzare via come Shuriken. Nei droni da 2” o 3” dove le eliche sono piccole e bloccate con due viti verificate sempre che le viti siano strette ma non vadano a toccare i magneti dello statore. Anche in questo caso se salta una vite, perché stretta poco, l’elica andrà in cavitazione spezzandosi in due o più parti.
Per quanto riguarda le viti di unione dei componenti del frame, come i braccetti o i distanziali tra parte superiore e parte inferiore del drone (standoff), occorre sempre verificare che siano correttamente avvitate principalmente per evitare che si verifichino troppe vibrazioni del telaio in volo, che vanno ad influenzare i dati di registrazione dell’accelerometro e del giroscopio della scheda FC andando quindi a rendere il volo del drone turbolento. Alcune viti bloccano anche il comparto della camera FPV e vanno controllate soprattutto per evitare che, con le vibrazioni e il flusso d’aria che colpisce frontalmente il drone in volo, possa cambiare inclinazione rendendo poi difficile controllare il drone.
Infine abbiamo le viti oppure le fascette che bloccano le antenne o i componenti elettronici montati sul frame. Per quanto riguarda le antenne va sempre controllato che non siano troppo vicino alle eliche, soprattutto l’antenna della ricevente radio, per evitare che, oscillando durante il volo o in caso di impatto al suolo o con altri oggetti, possano finire a contatto con le eliche stesse ed essere quindi fatte a pezzi.
Le viti e i dadi che bloccano i componenti elettronici vanno sempre controllati, invece, onde evitare che possano toccare i componenti alimentati da batteria, creando un corto circuito con la massa del telaio e andando di fatto a bruciare il componente.
Nella foto a seguire vi lasciamo l’immagine di un drone completato dove i componenti sono tutti posizionati correttamente e dove si possono notare saldature di buona qualità.
Come spiegato in premessa con il presente articolo abbiamo voluto creare una check list dei guasti più comuni che va a completare la serie di articoli sulle conoscenze di base necessarie per affrontare la sfida della costruzione del primo drone e per arrivare in autonomia alla risoluzione dei problemi più comuni legati alla gestione dei droni autocostruiti. Sperando a tutti di incappare il meno possibile nei problemi qui evidenziati vi auguriamo un buon volo & stay tuned.
