DESARROLLO DE PROTOTIPO DRON X4
CLASE 550 ASPERSOR PARA USO AGRICOLA
EL CAMPO GUERRERENSE
DEVELOPMENT OF PROTOTYPE DRONE X4 CLASS 550
SPRINKLER FOR AGRICULTURAL USE EL
CAMPO GUERRERENSE
Maritza Echeverria Santana
Investigador independiente
Angelino Feliciano Morales
Investigador independiente
Gustavo-Adolfo Alonso Silverio
Investigador independiente
Arnulfo Catalán Villegas
Investigador independiente
René-Edmundo CuevasValencia
Investigador independiente
pág. 6505
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v8i5.14065
Desarrollo de Prototipo Dron X4 Clase 550 Aspersor para uso Agricola
El Campo Guerrerense
Maritza Echeverria Santana1
22255122@uagro.mx
https://orcid.org/0009-0007-8725-4490
Investigador Independiente
Angelino Feliciano Morales
afmorales@uagro.mx
https://orcid.org/0000-0002-7707-7319
Investigador Independiente
Gustavo-Adolfo Alonso Silverio
gsilverio@uagro.mx
https://orcid.org/0000-0002-2699-140X
Investigador Independiente
Arnulfo Catalán Villegas
03180@uagro.mx
https://orcid.org/0009-0001-0391-7960
Investigador Independiente
René Edmundo Cuevas Valencia
reneecuevas@uagro.mx
https://orcid.org/0000-0001-9528-7603
Investigador Independiente
RESUMEN
Este artículo se centra en el desarrollo de un dron de configuración X4, clase 550, dedicado a la
aspersión para su aplicación agrícola o de invernaderos. El prototipo basa su funcionamiento en la placa
Pixhawk para la administración y control de sistemas de navegación, lo que su vuelve económico. El
control del sistema aspersor adicionado, utilizo una placa Arduino nano, que interpreta la señal PWM
(Modulación de posición de pulsos) proveniente de la placa de controladora y componentes
electrónicos, se desarrolla un un interruptor, permitiendo controlar de y manipular de manera remota el
sistema aspersor. El sistema propuesta incorpora dos boquillas con un abanico de aspersión de 134 cm,
para la fumigación de un litro plaguicidas, en un tiempo de drenado de 2 minutos y 35 segundos
determinados por la densidad de la sustancia química. Se analiza las características de selección de la
electrónica y los dispositivos utilizados, así como las configuraciones y codificaciones necesarias para
la implementación del prototipo. Este dispositivo de pruebas, servirá como base para el desarrollo de
proyectos de mayor envergadura y con aplicabilidad para diversos tipos de especies vegetales, así como
su modificación para la aplicación de granos o plaguicidas sólidos.
Palabras clave: configuración X4, controladora, dron, Pixhawk, PWM
1
Autor principal
Correspondencia: 22255122@uagro.mx
pág. 6506
Development of Prototype Drone X4 Class 550 Sprinkler for Agricultural
Use El Campo Guerrerense
ABSTRACT
This article focuses on the development of an X4 configuration drone, class 550, dedicated to spraying
for agricultural or greenhouse application. The prototype is based on the Pixhawk board for the
management and control of navigation systems, which makes it economical. The sprinkler control
system uses an Arduino nano board, which interprets the PWM (Pulse Position Modulation) signal
coming from the controller board and electronic components, and develops a switch, allowing remote
control and manipulation of the sprinkler system. The proposed system incorporates two nozzles with
a spray fan of 134 cm, for spraying one liter of pesticides, in a drain time of 2 minutes and 35 seconds
determined by the density of the chemical. The selection characteristics of the electronics and devices
used are analyzed, as well as the configurations and codifications necessary for the implementation of
the prototype. This test device will serve as a basis for the development of larger projects with
applicability for various types of plant species, as well as its modification for the application of grains
or solid pesticides.
Keywords: X4 configuration, controller, drone, Pixhawk, PWM
Artículo recibido 08 agosto 2024
Aceptado para publicación: 10 septiembre 2024
pág. 6507
INTRODUCCIÓN
Datos de INEGI (2020), indican que el estado de Guerrero cuenta con una extensión del 3.2% del
territorio Nacional y donde el 40% de este territorio pertenece a la población rural, que aportan el 5.6%
del PIB correspondientes al sector primario. En el Estado, el 50% de su territorio se dedica a la
producción de maíz, que consta de maíz grano blanco de 1,061,881.83 toneladas, el maíz forrajero con
541,218.21 toneladas (Gobierno del Estado de Guerrero, 2023). A nivel nacional, ocupa el primer lugar
en producción de coco y mango, el segundo en ajonjolí, y el tercero en melón y cacao.
Según datos del censo agropecuario 2022 presentado por el Gobierno del Estado de Guerrero (2023),
confirman los datos del censo realizado por el INEGI (2020), y agregan que el 21.2% de los productores
agrícolas son personas mayores de 65 años, así mismo, que la tecnificación del campo atreves de
tractores ha visto un aumento del 142.9% a una tasa de crecimiento anual del 6.1%. Sin embargo,
advierte que la agricultura del Estado enfrenta una crisis, provocada por el abandono del campo debido
a los altos precios de los insumos y servicios agrícolas, que impiden o disminuyen la producción
agrícola del campo.
En su Boletín del 06 de octubre del 2022, del Congreso del Estado, Diputados exhortan a desarrollar
estrategias para el incremento y transformación de la producción del Estado, se destaca el hecho de que
a pesar de tener los primeros lugares como productores existe falta de tecnificación que aseguren una
producción comercial (Boletín, 2022). En este contexto aparece la agricultura de precisión la cual
consiste en utilizar la innovación tecnológica, que hace uso de sensores, algoritmos de análisis de datos,
Inteligencia Artificial (IA), GPS, robots y drones, teniendo como ventajas aplicaciones precisas,
amigables con el ambiente y con mayor producción (Communications, 2023).
Este tipo de agricultura se ha visto ampliamente beneficiada por la utilización de drones (nombre
popular para referirse a los vehículos aéreos no tripulados o VANT del tipo multirrotor), desde los
equipados con sensores para detectar la salud de las plantas hasta los utilizados para la aplicación de
productos químicos de manera focalizada. Estas aeronaves de apariencia simple, comparten muchas de
las características de los aviones tripulados, como la aerodinámica, movimientos de ejes, movimientos
de motores, diferenciándose del control de comando, es decir, utilizan diferentes tipos de
microcontroladores y microprocesadores para navegación autónoma o semi autónoma.
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En su artículo Barría & Villarroel (2021), presentan la aplicabilidad de drones equipado con cámara
multiespectral, que les ayuda a conocer el traslape y la uniformidad del riego en campos del Sur de
Chile, para estudiar la consistencia en el riego, la salud de la pradera, la identificación de equipos de
riego con dificultades, posibles razones detrás de una uniformidad deficiente, entre otros datos.
Los drones en el ámbito de aspersión de pesticidas son altamente beneficiosos, debido a que pueden
ingresar en terrenos accidentados o difícil acceso para las fumigaciones tradicionales, su renta o
adquisición resulta más económica que los helicópteros aspersores o tractores, su fumigación es
eficiente en campos pequeños e irregulares, y reducen la contaminación del producto, así como
intoxicación del aplicador. Los VANT son sumamente utilizados en muchos países, el 30% de la
producción agrícola de Corea del Sur los utilizan para actividades de aspersión, al igual que en Japón
donde representa el 40% (Ozkan, 2024). Además Hanif (2022) de Phang et al. (2014), argumenta que
su aplicación es 40 veces más veloz que la mochila bomba, más practico que los tractores en cuanto a
movilidad, se obtienen rendimientos superiores en cuanto a productividad y reducción de costos de
aplicación.
En el municipio de Iguala de la Independencia el gobierno municipal con el Programa “Unidos
Ganamos” en convenio con el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), con
el objetivo de impulsar la tecnificación en la aplicación de pesticidas para el control de plagas y malezas,
llevaron a cabo fumigaciones de feromonas de confusión sexual y otros químicos no nocivos, en las
localidades de Metlapa, Santa Teresa, El Naranjo, Tuxpan y Zacacoyuca; estas aplicaciones
demostrativas tienen como objetivo incentivar el uso de drones fumigadores (CIMMYT, 2023).
A pesar de los avances, en el Estado de Guerrero, este tipo de tecnificación aún está en su etapa inicial,
derivado de costumbres, desconocimiento y, principalmente, el alto costo que implica para los
campesinos adquirir un dron aspersor (ya que sus costos en México superan los $10,000.00 dólares).
Por lo anterior este proyecto tiene por objetivo desarrollar un prototipo de vehículo multirrotor del tipo
cuadricóptero, de tamaño compacto, especializado en la aspersión de plaguicidas, con capacidad de
carga útil de un litro y una autonomía de 8 minutos, de bajo costo, que beneficie e impulse a los sectores
de horticultura ornamental y producciones agrícolas de subsistencia del estado de Guerrero.
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MATERIALES
El prototipo consta de 5 sistemas vinculados para formar el dron aspersor, en la figura 1, se aprecian
cada uno de ellos clasificados según su función. El sistema de control conforma la parte neurálgica de
todos los sistemas, en él, se procesan las lecturas de los sensores que lo integran, se gestionan el control
del sistema de sustentación, se envían y reciben señales desde estaciones en tierra atreves del sistema
de comunicación, por medio del sistema de alimentación se regula la trasferencia de energía a todos los
dispositivos. También es responsable de enviar las peticiones de control para la gestión del sistema de
pulverización.
Figura 1. Diagrama interno de sistemas que integran el prototipo VANT.
Fuente: Construcción propia
Todos los VANT´s multirrotor cuentan con la misma arquitectura de componentes internos (variando
por la cantidad de motores utilizados), exceptuando la adición del sistema pulverizador. Para el
desarrollo del prototipo propuesto, se establecen los lineamientos teóricos que promovieron la
adquisición de los componentes que lo integran, sin embargo, se omiten las imágenes de referencia y
solo se adiciona el concentrado en la tabla 1.
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Es fundamental destacar que el peso total de todos los componentes involucrados impacta directamente
sobre los rendimientos, el despliegue y tamaño del vehículo. En el prototipo desarrollado, los
requerimientos están determinados en un peso inferior a los 3 kilogramos, la capacidad de adicionar un
litro de líquido, tener una autonomía de 8 minutos y un costo económico. Con respecto a la información
de la tabla 1, el costo de los elementos necesarios es inferior a los $700.00 dólares, lo que convierte en
una opción económica en comparación con drones comerciales. Además, el peso total de los
componentes más significativos es inferior a los 2.300 kilogramos.
Tabla 1. Definición de componentes del prototipo.
Componente
Especificación
Tipo de
sistema
Precio US
Estructura
Marco de cuadricóptero de fibra de
carbono ZD550 clase 550
Mecánico
$54.33
Controladora de vuelo
(FC)
Pixhawk PX4 Autopilot PIX 2.4.8
Electrónico
$152.83
Fuente de alimentación
energética
Bacteria Lipo 5000mah 11.1v 3s 50c
Tindlineg
Potencia
$84.34
Placa de distribución
Placa de distribución de energía PDB
Electrónico
$9.67
Motores (4)
Brushless 5010 750KV
Mecánico
$50.98
Hélices (4)
Hélice bipala 12x4.5
Mecánico
$4.24
4 Electronic Speed
Control (ESC)
ESC 40ª Readytosky
Electrónico
$23.50
Emisora de radio control
– emisor
Control Remoto Con Fs-i6 Flysky De
6 Canales Con Planeador D
Electrónico
$100.12
Telemetría
Telemetría de radio de 500 MW, 915
Mhz
Electrónico
$65.44
Placa
Placa Arduino nano
Electrónico
$5.40
Contenedor de agua
Depósito de agua universal para 1.2 Lt
Mecánico
$13.84
Boquillas (2)
Teejet Boquilla, Filtro Tipo L
Antigoteo
Mecánico
$50.81
Bomba de agua
Bomba De Agua De Diafragma 1/2
Interfaz 60w 5 L/min Dc 12 V
Mecánico
$24.76
Relevador
Módulo relevador 5V DC
Electrónico
$2.53
Cargador - balanceador
Cargador Baterías Lipo Imax B6 80w.
Electrónico
$42.14
Totales
$684.93
La estructura es la parte central del multirrotor, da forma al vehículo, recubre sus partes y es la
responsable de tener montados todos los dispositivos y la electrónica relacionada con el funcionamiento
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de los cuadricópteros (Kilby & Kilby, 2015). El fuselaje, chasis, estructura, marco o frame; se encuentra
determinado por el tipo de configuración seleccionada, es decir, la cantidad y ubicación de sus motores
(tricopteros, cuadcoptero X, H o +; hexacoptero Y, IY, X, I, H; octacoptero I8, V8, X6). Es importante
al seleccionar materiales de fabricación que ofrezcan flexibilidad, resistencia y ligereza.
El sistema de control está determinado por la FC y los sensores que interactúan con ella. Los sensores
son los dispositivos utilizados por la controladora para conocer su ubicación y registrar sus
movimientos, los más importantes son los acelerómetros, giroscopios, que generalmente integran la
IMU (Unidad de Medición Inercial), así como los sensores de posicionamiento global, entre otros
(Meléndez, 2017).
La Flight Controller (FC) o controladora de vuelo, integrado por un procesador, que incorpora software
de control conocido como firmware es responsable del procesamiento de las lecturas de sensores y
comunicaciones con el piloto, que da como respuesta el manejo de motores y otros elementos como
cámaras o dispositivos adicionales (Meléndez, 2017).
La FC, puede utilizar cualquier tipo de microcontrolador o microprocesador capaz de procesar todas las
entradas y salidas solicitadas a altas frecuencias, lo que reduce significativamente el costo de
construcción, sin embargo, el tiempo se aumenta de desarrollo. Existen en el mercado, gran variedad
de FC, tanto de software propietario como de código abierto, siendo el primero más caras y con
restricciones de mejora, mientras el segundo abarata el precio del dispositivo y permite contribuir en el
desarrollo y mejora del mismo. Esta investigación se centra en una FC que incorpore un software de
control código abierto. Se ha elegido la FC pixhawk 2.4.8, que utiliza el firmware Ardupilot y como
software de configuración Mission Planner, los cuales son software open source (Ardupilot, 2024).
El sistema de sustentación se encuentra conformado por los motores, variadores y hélices. En cuanto a
los motores proporcionan la potencia al vehículo. Entre los utilizados para el uso en multirrores, están
los de tipo brushless o sin escobillas, que se caracterizan por sus altos rendimientos en comparación
con su peso, así como sufrir menos desgastes, gracias a que el estator se encuentra fijo mientras el rotor
se encargar del movimiento rotacional (Martínez, 2019).
Las características técnicas al tener en cuenta son, la constante de rotación Kv, que señala la cantidad
de revoluciones por minuto (RPM) que proporciona el motor respecto a la cantidad de voltaje
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proporcionado, es decir, por cada voltio a un motor de 1000Kv, se obtendrán 1000 rotaciones por minuto
(Meléndez, 2017).
Otra variable es el empuje proporcionado por el motor, respecto al voltaje, lo cual señala el peso que es
capaz de sustentar a partir de la ecuación 1, Espitia & Santiago (2022). Donde la E, es el empuje
proporcionado por el motor. La variable Et, es la estimación del peso total del vehículo. La M, indica
la cantidad de motores utilizados. La R, refiere la relación empuje/ peso (Espitia & Santiago, 2022).
Muchos autores por norma de seguridad recomiendan relaciones de: 8:1, 5:1, 2:1, entre otras (López,
2021).

Ec. 1.
Estos motores requieren de un circuito electrónico, conocido como ESC (Electronic Speed Controller),
responsable de regular su velocidad y sentido de giro (Fernández, 2017). Drones pequeños utilizados
para uso recreativo, suelen utilizar placas programas para realizar la conmutación de los ESC. Para
seleccionar un ESC es necesario elegir uno que soporte una corriente mayor que la requerida por los
motores y cuya configuración sea compatible con la FC seleccionada.
Las hélices son las responsables del desplzamiento del VANT, logrando este movimiento al empujar el
aire en trayectoria inversa a su avance, permitiendo su impulso. El material utilizado puede ser fibras
de carbono y naylon, plástico y otros materiales reciclados. Sin embargo, su elección es una proporción
entre resistencia, peso y precio. Otro factor de elección, determina el sentido de giro de las hélices, en
configuraciones mayores o iguales a cuatro motores, la mitad de las hélices debe girar en sentido horario
(CW o clockwise) y la otra mitad en CWW, es decir, sentido antihorario o counterclockwise (Meléndez,
2017).
Las hélices vienen denotadas por una nomenclatura, el primer digito indica su longitud (distancia entre
las puntas) en pulgadas. El segundo digito estable el paso de la hélice (pitch), que indica el avance
teórico que la hélice producirá en cada revolución completa (Fernández, 2016). Otro punto a considerar
es el material utilizado para su construcción, con características similares que el utilizado para el frame.
Para la operación del VANT con el operador es necesario utilizar un mando de control remoto, este
dispositivo es responsable de transferir las órdenes a la FC desde la estación en tierra, dicha señal es
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recibida por el módulo receptor que se encuentra abordo (Inglés, 2021). El mando necesita al menos 4
canales, para los movimientos manuales del VANT, además, se recomienda que el emisor y receptor,
pertenezcan al mismo fabricante, para evitar problemas de vinculación. Existen varios protocolos de
comunicación entre la receptora y la FC, PPM (Modulación de posición de pulsos). PWM (modulación
por ancho de pulso) o S-BUS, lo que determina la cantidad de canales que se deben de conectar a la FC
para la transmisión de información.
Las antenas de telemetría son utilizadas por los drones para la transferencia o lectura de información en
tiempo real así como contenido multimedia. Al igual que el control remoto, se requiere de un mando
(emisor) y un receptor, además de que la FC cuente con puertos para la adaptación y vinculación de la
antena receptora.
El sistema de alimentación se conforma, por la placa de distribución de corriente y voltaje y baterías.
La placa de distribución consiste en un circuito permite conectar todos los ESC, así como otros
dispositivos que requieran de 5 u 12 V. La mayoría de los multicópteros, utilizan baterías a bordo para
el suministro energético. Las más utilizadas son el tipo Li-Po (polímero de litio) que cuentan con gran
capacidad de almacenamiento, alta tensión, volumen y peso reducido, lo que las hace la opción actual
más ideal y altas descargas (Fernández, 2017).
Los detalles técnicos de selección número de celdas, voltaje nominal y potencia, capacidad e índice
máximo (C) o Índice de descarga. La ecuación 2, determina capacidad de carga de la batería adecuada
para las necesidades del multicópteros, a partir del consumo solicitado por los motores y el tiempo
requerido de funcionamiento del VANT (Espitia & Santiago, 2022). Donde Capacidad: Capacidad de
la batería (Ah), T: tiempo de vuelo requerido (minutos) y Corriente: Corriente solicitada de los motores
(A).
 
  Ec. 2.
Adicionar el sistema aspersor implica incorporar otros componentes que realicen la función de
asperjase. Como boquillas, mangueras, tanque de almacenamiento, bomba y microcontrolador,
requeridos para este sistema. Teejet (2004), advierte que la eficiencia de un plaguicida es proporcional
con la boquilla seleccionada. Él recomienda una distancia máxima 75 cm entre boquillas, en una
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relación de 1:1, considerando que la boquilla seleccionada cuenta con un ángulo de 80 ˚C, para
establecer la altura máxima en la que debe encontrarse la boquilla del objeto asperjado, la cual no debe
ser mayor de 80 cm, obteniendo una cobertura de 130 cm.
Otros componentes utilizados esenciales son la bomba de agua, esta determina la presión del líquido
expulsado a través de la boquilla, las características técnicas consideradas son consumo de corriente,
peso, tamaño y fuerza de presión. El contenedor de líquido necesario para el transporte del componente
a dispersar. Su elección radica en la capacidad de almacenamiento, forma y tamaño del mismo. Además
adiciona el modulo relevador, determinado por el voltaje de operación y el voltaje de conmutación. Para
el procesamiento de los PWM y control del relevador, se utilizará la placa Arduino nano, ya que por su
tamaño, cantidad de pines de entradas y salidas, así como procesamiento, es ideal para adicionar al
prototipo.
MÉTODOS
Ríos et al. (2020), proponen la metodología Scrum, para el desarrollo de drones. La flexibilidad de este
método, consiste en trabajar por etapas que no se ven perjudicadas por avances o retrocesos en el
cumplimiento de ellas. Estas etapas consisten en recaudación de requerimientos del proyecto, análisis
de las tecnologías disponibles, desarrollo del diseño, configuración de los sistemas y pruebas aplicadas,
dando como resultado la entrega del producto final.
Atreves del esquema de la figura 2, se detalla el diseño de vinculación adoptado para el proyecto. En
él, se muestra cada configuración de cableado entre dispositivos de cada sistema. El detalle del esquema
permite identificar las conexiones de alimentación y transmisión de datos, facilitando el desarrollo de
las vinculaciones al realizar el ensamble. Las líneas de color amarillo indican trasmisión de señales o
datos, las rojas representan alimentación y negras la conexión a tierra (común).
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Figura 2. Diagrama esquemático de prototipo.
A partir del diseño desarrollo fue posible el ensamble de prototipo mostrado en la figura 3, donde se
puede observar el producto final. Con los siguientes datos técnicos: frame fibra de carbono de 550 mm,
autonomía de 8 min, 1 litro de capacidad de carga útil, dando el peso total de 3.6 Kg, equipado con 2
boquillas, con una barra de 75cm de distancia entre boquillas, lo que consigue una cobertura de 134 cm.
Figura 3. Prototipo final.
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La configuración comienza con la instalación de la aplicación en versión de escritorio, la cual puede
obtenerse directamente desde la página oficial de Mission Planner. Posterior instalar la última versión
de Firmware en la FC. La forma de corroborar la correcta instalación, se podrá observar en la interfaz
de Misión Planner los movimientos de la FC.
Las configuraciones globales y requeridas, comienzan con la calibración del acelerómetro responsable
de detectar las vibración y cambio de movimiento, por lo cual es crucial antes de comenzar cualquier
otra configuración. Para este punto, se accede al Mission Planner y se selecciona la opción “Accel
Configuration” (calibración del acelerómetro). En esta sección, se proporcionan instrucciones para
detectar los movimientos de los ejes rotacionales del vehículo mediante giros en diferentes
orientaciones, como izquierda, derecha, mirando hacia arriba, boca bajo, entre otras.
Después de configuración del acelerómetro, debería de configurarse la brújula, este punto es importante
para establecer la ubicación del vehículo en el espacio. Al igual que la configuración anterior el sistema
pidió que se rotara el conjunto de brújula y GPS, una vez realizado esta solicitud el sistema envía un
mensaje de desconectar la FC. Al volver a conectar el Pixhawk, en la interfaz de Mission Planner se
muestra la ubicación exacta de donde se encuentra el vehículo.
Para la configuración del control del control remoto, es atreves de la opción radio calibration
(calibración del radio), al dar clic en el botón calibrate radio, se desplazaron las perillas del mando radio
control, en el movimiento roll, pich, yaw y throtte. Una vez ubicados los movimientos, así como los
valores mínimos y máximos, nos envió un resumen de los valores actualizados ya registrados. Las
configuraciones adicionales, programar los modos de vuelo, que pueden ser estabilizados, Loiter, RTL
(Return-to-Launch), Alt Hold, Auto, entre otros.
El sistema de aspersión representa la adicción al prototipo. Por medio del control realizado por el
operador atreves del canal 5, ingresa la petición a la controlado en el SERVO10_FUNCTION (se activa
para interpretar HIGH o LOW) para el se procesa la salida en señal PWM, que es trasmitida atreves del
pin de señal aux 2 a la placa Arduino nano.
La señal PWM se recibe en la constante pwmPin en el puerto PWM D9 del Arduino nano, esta señal se
inicializa como entrada, mientras que el relevador utiliza el pin D8 y el LED el pin D7 como señal de
salida. En el cuerpo del programa se lee el valor recibido desde la FC al Arduino y se imprime el valor.
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En función condicional (if), se evalúa si el valor recibido es menor a 1500 pone en bajo el relevador y
el LED, en caso contrario activa el relevador y el LED, después de una pausa de 100 milisegundos, el
sistema vuelve a continuar el bucle.
RESULTADOS
Durante la etapa de pruebas se realizaron diversos vuelos para evaluar el comportamiento del prototipo.
La tabla 2, concentra las pruebas del prototipo, estas evidencias permitieron conocer y evaluar las
variables de consumo de energético, respuesta de sensores y del sistema aspersor. Los resultados
muestran los valores promedios obtenidos de las pruebas de vuelos, en las diversas fechas, se observa
que las primeras etapas, los vuelo eran de corto alcance, el consumo energético no presentaba
alteraciones drásticas y los avances eran inestables provocaron desplomes o aterrizajes accidentados.
En la columna de las observaciones se presentan los errores que conllevaron a las modificaciones y
mejoras del prototipo, sin embargo, debido a los problemas mencionados, fue necesario remplazar
diversos componentes a lo largo del proceso de pruebas, lo que impactaba en los lapsos de ensayos.
Tabla 2. Evaluación de pruebas.
Fecha
Número
de
pruebas
Tiempo
promedio
Consumo
energético
promedio
Altura
promedio
Avance
promedio
(m)
Observación
17/08/2023
7
1 min 30 s
Voltaje 11.49 V
Corriente 3.08 A
1 m 50 cm
3
Problemas de control
y calibración
21/11/2023
8
2 min
Voltaje 11.55 V
Corriente 1.34 A
2 m
4
Problemas de ajuste
de sensores.
29/11/2023
4
2 min
Voltaje 11.42 V
Corriente 3.25 A
2 m
4
Problemas con
vinculación de
emisora y trasmisora
de mando de control.
19/02/2024
8
2 min
Voltaje 10.65 V
Corriente 12.53 A
2 m
2
Se adiciono el sistema
de aspersor dando un
peso total de 2.7 k.
La gráfica de la figura 4, muestra el desempeño del prototipo durante la etapa de pruebas con la fecha
19/02/2024. Después de aplicar pruebas control, se adiciono el sistema aspersor al prototipo, teniendo
como respuesta 3 vuelos con promedio de altura 2 metros, avance en trayectoria recta de 2 metros en
promedio. La corriente solicitada en las etapas de mayor elevación oscilaron entre 12.53 A, y una caída
de tensión promedio de 10.65 V, estos análisis permitieron conocer las demandas sustanciales al
adicionar todos los compontes del sistema espesor. En cuanto a la respuesta de dicho sistema estando
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en piso, vacío el líquido del contenedor en 1 min 30 s, sin embargo, el prototipo con la adición de
líquido, perdió empuje impidiendo el vuelo. Después del análisis en pruebas de laboratorio se concluyó
en la adquisición de una batería que suministrara mayor voltaje solicitado por los motores.
Figura 4. Gráfico de prueba de vuelo con carga útil.
En la figura 5, se muestra el avance dron con el sistema aspersor. El peso total del prototipo fue de 2
kilos 700 g. Se observó una elevación de 5 metros de altura y se obtuvo un avance de 2 metros. El
recorrido se realizó en un tiempo de vuelo 1 minuto y 30 segundos en un vuelo estabilizado.
En la gráfica del lado izquierdo, se percibe la relación del consumo con el voltaje y tiempo del prototipo
durante esta etapa de pruebas. Se aprecia que el voltaje se mantiene constante toda la etapa de vuelo,
con ligeras caídas de tensión en la etapa más crítica de consumo de corriente, que corresponden entre
la hora 13:29:59 a 13:40:29, que asociados a los momentos de elevación y desplazamientos de la
aeronave. En el mismo periodo se observa un incremento del consumo de corriente alcanzando en su
pico más alto 34.3 A, esto ocurre durante el cambio de modo de vuelo. En la figura 6, se aprecia el
vuelo realizado por el prototipo en su fase de pruebas.
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Figura 5. Comportamiento del prototipo en prueba de vuelo con sistema aspersor.
Figura 6. Prueba de vuelo.
La gráfica de la figura 7, de la prueba de vuelo adicionando una carga de 200 mililitros de sustancia,
e aprecia el comportamiento del dron con carga útil. Durante el vuelo que tuvo una duración de 49
segundos, con avance, maniobras y aterrizaje estabilizado. Se puede observar que al igual que el
vuelo sin carga adicional, se observa una disminución de voltaje en los momentos que el prototipo
cambia al modo de vuelo loiter, mientras que en ese mismo modo el consumo de corriente se
incrementa. En la figura también se aprecia el mapa del recorrido realizado, con una altura de 3
metros, 3 metros de avance, dos acrobacias de giros. Aunque los tiempos de pruebas fueron cortos
el comportamiento es similar al vuelo sin carga adicional.
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En esta prueba se activó el sistema de aspersión, ambas boquillas, drenaron el líquido a los 10
segundos, cubriendo un espacio de 1 metro y 25 cm en línea recta.
Figura 7 Comportamiento del prototipo en prueba de vuelo con carga útil.
CONCLUSIONES
Este trabajo se realizó con la finalidad de diseñar y ensamblar un prototipo de VANT multirrotor del
tipo cuadricóptero para las tareas de aspersión liquida de productos químicos y ser accesible para los
campesinos guerrerenses. Este proyecto tomo como referencia VANT comerciales orientados para
grandes producciones agrícolas, buscando replicarlo en una versión más reducida para disminuir precios
y permitir su aplicación en jardines decorativos de casas, en producciones de invernadero o
producciones de subsistencia.
Para este proyecto se tomó como referencia la metodología scrum, ya que facilito cambios durante el
proceso de construcción sin afectar el avance entre faces. El desarrollo del prototipo VANT tipo
cuadricóptero, baso su diseño y ensamble en las configuraciones de tipo X4, se realizó una investigación
de los componentes básicos necesarios para el funcionamiento de este tipo de vehículos.
El sistema aspersor baso su funcionamiento en señales PWM, generadas por la controladora pero
manipuladas por el operador del control remoto. Esto representa una alternativa de desarrollo
económica y diferente de las realizadas por controladoras de vuelos comerciales. La utilización y lectura
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del PWM para el control de una bomba, proporciona la alternativa económica de desarrollo de drones
que convienen diferentes tipos de microcontroladores económicos.
En conclusión las pruebas de vuelo permitieron comprobar que el prototipo desarrollado presenta la
capacidad para transportar una carga de más de 800 g correspondiente al sistema aspersor, más los 200
mm de agua incorporado, realizar la ejecución de asperjase en menos un minuto y presentar estabilidad,
así como resistencia. No obstante, es importante mencionar que la combinación de tecnologías
económicas permitió desarrollar un prototipo que se puede aplicar no solo al sector agrícola y
horticultura por su tamaño compacto. A pesar de su tamaño es capaz de transportar una carga adicional,
lo que conlleva a posibilitar adaptaciones para su aplicabilidad en aplicaciones de semillas o químicos
sólidos.
Agradecimientos
Quiero expresar mi agradecimiento al CONAHCYT por el apoyo brindado para poder realizar esta
investigación. También a la Universidad Autónoma de Guerrero, por esta oportunidad de llevar a cabo
la Maestría para la Ingeniería en Innovación y Desarrollo Tecnológico. Así mismo a todos los
implicados.
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