Índice del libro "Hacking con Drones" de 0xWord
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Este documento proporciona una introducción general a los drones, incluyendo una breve historia, definiciones básicas, tipos de drones prominentes en la industria, conceptos clave como ejes de rotación y grados de autonomía, y componentes fundamentales como sensores, electrónica, motores, baterías y sistemas de telemetría y control. El documento también discute consideraciones legales y de seguridad actuales, así como aplicaciones emergentes para drones profesionales y de consumo.
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- 1. Índice 7 Índice Introducción................................................................................................13 1. A quién va dirigido este libro.....................................................................................13 Capítulo I Historia y conceptos básicos.......................................................................15 1. Definición de “dron”..................................................................................................15 El primer dron............................................................................................................................ 16 ¿Dron o misil de crucero?.......................................................................................................... 18 Las V-2....................................................................................................................................... 18 Reactores y cohetes, el cielo ya no es el límite.......................................................................... 19 Cohetes de combustible líquido y sólido................................................................................... 21 La carrera espacial, un despegue para los drones...................................................................... 22 2. Drones punteros en la industria................................................................................28 Capítulo II Conceptos básicos.......................................................................................35 1. Ejes de rotación..........................................................................................................35 2. Tecnologías implicadas...............................................................................................36 La robótica................................................................................................................................. 36 El radio-control.......................................................................................................................... 37 3. Grados de autonomía de una aeronave....................................................................37 4. Multicópteros..............................................................................................................38 5. El problema del giro de guiñada...............................................................................39 6. Tipos de n-cópteros.....................................................................................................39 Bicópteros.................................................................................................................................. 39 Tricópteros................................................................................................................................. 40 Cuadricópteros y superiores....................................................................................................... 40 Modo de vuelo en “+” y modo en “X”....................................................................................... 42
- 2. 8 Hacking con Drones: Love is in the air 7. Orientación de las hélices..........................................................................................42 8. El problema de la estabilización................................................................................43 El caso del Segway o el robot balancín...................................................................................... 43 9. Componentes fundamentales de un multicóptero...................................................45 Capítulo III Sensores........................................................................................................47 1. Giroscopios..................................................................................................................48 Efecto giroscópico...................................................................................................................... 48 Giroscopios MEMS.................................................................................................................... 49 Lectura del sensor, conversores ADC........................................................................................ 50 Calibrado.................................................................................................................................... 51 Estimación inicial de la posición de la aeronave....................................................................... 53 Deriva y temperatura.................................................................................................................. 53 Sobremuestreo............................................................................................................................ 53 Giroscopios en dispositivos de consumo................................................................................... 53 2. Acelerómetros.............................................................................................................54 Acelerómetros MEMS............................................................................................................... 56 El Eje Z no es la guiñada........................................................................................................... 57 Inclinómetro, siempre que sea inmóvil...................................................................................... 57 Suavizado de la señal................................................................................................................. 57 Calibrado.................................................................................................................................... 58 Acelerómetros en dispositivos de consumo............................................................................... 59 3. Magnetómetros...........................................................................................................60 El efecto Hall y la brújula electrónica........................................................................................ 61 Calibración: modo especial de lectura....................................................................................... 63 Calibración: distorsiones “Hard-Iron”....................................................................................... 64 Calibración: distorsiones “Soft-Iron”......................................................................................... 65 Declinación e inclinación magnética......................................................................................... 71 Compensación por inclinación................................................................................................... 73 Ubicación del magnetómetro..................................................................................................... 73 Conclusiones del magnetómetro................................................................................................ 74 4. Sensores infrarrojos y de ultrasonidos.....................................................................75 Infrarrojos................................................................................................................................... 75 Ultrasonidos............................................................................................................................... 76 Conclusiones.............................................................................................................................. 78 5. Barómetros..................................................................................................................78 6. Sensores de flujo de aire.............................................................................................79
- 3. Índice 9 7. Geoposicionamiento global. GPS, GLONASS, GALILEO....................................80 Latitud/longitud.......................................................................................................................... 81 Modo ECEF............................................................................................................................... 82 8. Otros sensores.............................................................................................................83 9. Resumen de roles........................................................................................................84 10. Más allá del ADC, buses de comunicaciones en sensores.....................................85 Modulación por ancho de pulso o PWM................................................................................... 86 Bus I2 C / TWI............................................................................................................................. 87 Interfaz Serie RS232.................................................................................................................. 91 Conclusiones.............................................................................................................................. 92 Capítulo IV Electrónica y algoritmos de control...........................................................93 1. Concepto de “tiempo real” en los sistemas operativos............................................93 Tiempo Real “Hard”................................................................................................................... 94 Soft Real Time y los Sistemas Operativos................................................................................. 94 “Preemption” y “Time Slice”..................................................................................................... 95 Espacios de Kernel y Usuario.................................................................................................... 95 Aplicaciones prácticas................................................................................................................ 96 2. Microcontroladores....................................................................................................97 Ejemplo de un generador PWM en un PIC16F876.................................................................... 99 Ejemplo de un controlador de periféricos con Arduino........................................................... 106 Integración de sistemas Soft y Hard RT....................................................................................111 3. Rendimiento y coma flotante................................................................................... 111 4. Tiempo Delta.............................................................................................................112 Rendimiento y el “Efecto printf”............................................................................................. 113 5. Estimación de los ángulos de giro...........................................................................113 Primeras aproximaciones......................................................................................................... 114 Efecto “bloqueo de cardán”..................................................................................................... 117 Marcos de referencia................................................................................................................ 118 Matriz de Cosenos Directores.................................................................................................. 119 6. Introducción al Filtro de Kalman...........................................................................128 Funcionamiento general........................................................................................................... 129 Estado inicial y estimación del siguiente estado...................................................................... 130 Medición de estado.................................................................................................................. 133 Actualización de estado........................................................................................................... 136 Recopilación de ecuaciones..................................................................................................... 138 7. Kalman Extendido....................................................................................................138
- 4. 10 Hacking con Drones: Love is in the air 8. Conclusiones al filtro de Kalman............................................................................146 Otros filtros, el filtro de partículas........................................................................................... 147 9. Controlador Proporcional Integral Derivativo......................................................148 Factor Proporcional.................................................................................................................. 149 Factor Integral.......................................................................................................................... 150 Factor derivativo...................................................................................................................... 151 Controlador completo.............................................................................................................. 152 Sintonización de un controlador P.I.D..................................................................................... 153 Anidando controladores........................................................................................................... 155 10. Control automático en la industria.......................................................................156 11. Otras consideraciones acerca de los algoritmos...................................................165 Capítulo V Planta de potencia.....................................................................................167 1. El par motor y la potencia.......................................................................................167 2. Hélices........................................................................................................................168 Por tipo de material.................................................................................................................. 168 Por sentido de giro................................................................................................................... 170 Por geometría........................................................................................................................... 170 Por número de palas................................................................................................................. 172 Por su disposición en el fuselaje.............................................................................................. 174 Por RPMs máximas.................................................................................................................. 176 Balance de una hélice............................................................................................................... 177 Otras consideraciones.............................................................................................................. 177 3. Motores......................................................................................................................178 Valores técnicos de interés....................................................................................................... 180 Motores sin núcleo o coreless.................................................................................................. 180 Motores sin escobillas o brushless........................................................................................... 184 Servomotores de control.......................................................................................................... 186 Variadores de velocidad o ESC................................................................................................ 186 Distribuidores de potencia....................................................................................................... 199 Capítulo VI Baterías......................................................................................................203 1. Pilas............................................................................................................................203 2. Pilas recargables, o baterías....................................................................................204 Celdas....................................................................................................................................... 205 Ciclos de carga......................................................................................................................... 205
- 5. Índice 11 3. Polímero de iones de litio.........................................................................................205 Voltaje y celdas........................................................................................................................ 206 Capacidad................................................................................................................................. 207 Velocidad de descarga.............................................................................................................. 207 Resistencia interna................................................................................................................... 208 Pautas de carga y cargadores.................................................................................................... 209 Seguridad................................................................................................................................. 213 Diagnóstico.............................................................................................................................. 214 Conectores................................................................................................................................ 214 Batería de Litio ferrofosfato..................................................................................................... 216 4. Alternativas a las baterías........................................................................................216 Sistemas de gasolina................................................................................................................ 217 Sistemas híbridos..................................................................................................................... 217 Capítulo VII Telemetría y dirección...............................................................................219 1. Emisoras de radio-control.......................................................................................219 Palancas de giros y gas............................................................................................................. 219 Ajustes fijos o “trim”................................................................................................................ 220 Configuración de curvas y otros parámetros............................................................................ 221 Señales de radio empleadas...................................................................................................... 222 2. WiFi como control y telemetría...............................................................................225 Implicaciones sobre la seguridad WiFi en drones.................................................................... 227 El UAV “Atropos” en la seguridad WiFi en drones................................................................. 228 3. Interfaces de telemetría...........................................................................................232 4. Puesta en marcha......................................................................................................236 Directrices de vuelo generales................................................................................................. 237 Simuladores.............................................................................................................................. 238 Capítulo VIII Un vistazo al panorama actual................................................................241 1. Ámbito legal..............................................................................................................241 Marco regulatorio..................................................................................................................... 241 ¿Dron o aeromodelo?............................................................................................................... 243 Actividades recreativas............................................................................................................ 243 Actividades profesionales........................................................................................................ 244 Temario de los cursos oficiales................................................................................................ 247 Protección de datos.................................................................................................................. 252
- 6. 12 Hacking con Drones: Love is in the air 2. Perspectivas profesionales.......................................................................................252 3. Nuevo sector, nuevo espacio para la cancamusa....................................................253 Drones terrestres y el coche autónomo.................................................................................... 253 “No hagas con un dron, lo que puedas hacer igual de bien con un palo”................................ 254 Drones y la salud...................................................................................................................... 254 4. Carreras de drones...................................................................................................255 5. Drones acuáticos.......................................................................................................255 6. El mundo maker y drones terrestres......................................................................256 Capítulo IX Epílogo.......................................................................................................259 Índice alfabético........................................................................................261