Modelo radiocontrolado

Un modelo radiocontrolado (o modelo RC ) es un modelo que se puede dirigir mediante control remoto (RC). Todo tipo de vehículos a escala incorporan sistemas RC, incluyendo vehículos terrestres , barcos , aviones , helicópteros e incluso submarinos y locomotoras de ferrocarril a escala.

La Segunda Guerra Mundial impulsó el desarrollo de la tecnología de radiocontrol. La Luftwaffe utilizó bombas aladas controlables para atacar a los barcos aliados . Durante la década de 1930, los hermanos Bill y Walt Good fueron pioneros en el desarrollo de unidades de control basadas en tubos de vacío para el aeromodelismo. Su avión radiocontrolado "Guff" se exhibe en el Museo Nacional Aeroespacial. Ed Lorenze publicó un diseño en Model Airplane News que fue construido por muchos aficionados. Posteriormente, tras la Segunda Guerra Mundial, entre finales de la década de 1940 y mediados de la de 1950, surgieron muchos otros diseños de radiocontrol, algunos de los cuales se comercializaron; el Super Aerotrol de Berkeley fue un ejemplo de ello. Se utilizaron receptores superregenerativos para reducir el tamaño y el consumo de energía.

Originalmente simples sistemas de encendido/apagado, estos evolucionaron para utilizar complejos sistemas de relés que controlaban la velocidad y la dirección de un escape accionado por goma . En otra versión más sofisticada, desarrollada por los hermanos Good y denominada TTPW, la información se codificaba variando la relación marca/espacio de la señal (proporcional al pulso). Las versiones comerciales de estos sistemas no tardaron en estar disponibles. El sistema de lengüetas sintonizadas aportó una nueva sofisticación, utilizando lengüetas metálicas que resonaban con la señal transmitida y accionaban uno de varios relés diferentes. En la década de 1960, la disponibilidad de equipos basados ​​en transistores propició el rápido desarrollo de sistemas "digitales proporcionales" totalmente proporcionales basados ​​en servomotores , logrados inicialmente con componentes discretos, impulsados ​​en gran medida por aficionados, pero que dieron lugar a productos comerciales. En la década de 1970, los circuitos integrados hicieron que la electrónica fuera lo suficientemente pequeña, ligera y económica como para que los sistemas digitales proporcionales multicanal establecidos en la década de 1960 se volvieran mucho más accesibles.

En la década de 1990, los equipos miniaturizados se popularizaron, permitiendo el control por radio de los modelos más pequeños, y para la década de 2000, el control por radio era común incluso para el control de juguetes económicos. Al mismo tiempo, se ha mantenido el ingenio de los modelistas y los logros de los aficionados que utilizan nuevas tecnologías se han extendido a aplicaciones como aeronaves con turbinas de gas, helicópteros acrobáticos y submarinos.

Antes del control por radio, muchos modelos utilizaban mechas sencillas o mecanismos de relojería para controlar los tiempos de vuelo o navegación. En ocasiones, los mandos de relojería también regulaban y variaban la dirección o el comportamiento. Otros métodos incluían la sujeción a un punto central (popular en coches y hidroaviones a escala), el control por cable para aviones eléctricos y el control por cable (conocido como control U en EE. UU.) para aeronaves con motor de combustión interna .

El primer uso generalizado de sistemas de radiocontrol en maquetas comenzó a finales de la década de 1940 con equipos monocanal de fabricación casera; los equipos comerciales llegaron poco después. Inicialmente, los sistemas de control remoto utilizaban un mecanismo de escape (a menudo accionado por goma) para la actuación mecánica en la maqueta. Los equipos comerciales solían utilizar transmisores de pie, antenas largas con mástiles de tierra separados y receptores de un solo tubo de vacío. Los primeros kits tenían tubos dobles para una mayor selectividad. Estos primeros sistemas eran invariablemente circuitos superregenerativos , lo que significaba que dos controladores utilizados muy cerca interferían entre sí. La necesidad de baterías pesadas para alimentar los tubos también hizo que los sistemas de modelismo naval tuvieran más éxito que los de modelismo aéreo.

La llegada de los transistores redujo considerablemente los requisitos de batería, ya que disminuyó notablemente el consumo de corriente a bajo voltaje y se eliminó la batería de alto voltaje. Los sistemas de bajo costo empleaban un receptor de transistor superregenerativo sensible a una modulación de tono de audio específica, lo que redujo significativamente la interferencia de las comunicaciones de radio de banda ciudadana de  27 MHz en frecuencias cercanas. El uso de un transistor de salida aumentó aún más la fiabilidad al eliminar el relé de salida sensible , un dispositivo susceptible tanto a las vibraciones inducidas por el motor como a la contaminación por polvo.

Tanto en los modelos de válvulas como en los primeros de transistores, las superficies de control del modelo solían ser operadas por un escape electromagnético que controlaba la energía almacenada en un bucle de goma elástica, lo que permitía un control simple del timón (derecha, izquierda y neutro) y, a veces, otras funciones como la velocidad del motor y el elevador. ^{[ 1 ]}

A finales de la década de 1950, los aficionados al radiocontrol habían dominado trucos para gestionar el control proporcional de las superficies de control de vuelo, por ejemplo, activando y desactivando rápidamente los sistemas de láminas, una técnica llamada "golpecitos hábiles" o, de forma más humorística, "control proporcional nervioso". ^{[ 2 ]}

A principios de la década de 1960, los transistores habían reemplazado a las válvulas y los motores eléctricos que accionaban las superficies de control eran más comunes. Los primeros sistemas "proporcionales" de bajo costo no utilizaban servomotores, sino que empleaban un motor bidireccional con un tren de pulsos proporcional compuesto por dos tonos modulados por ancho de pulso (TTPW). Este sistema, y ​​otro conocido comúnmente como "Kicking Duck/Galloping Ghost", se accionaba con un tren de pulsos que hacía que el timón y el elevador oscilaran en un ángulo pequeño (sin afectar el vuelo debido a las pequeñas excursiones y la alta velocidad), y la posición promedio estaba determinada por las proporciones del tren de pulsos. Hershel Toomin, de la corporación Electrosolids, desarrolló un sistema proporcional más sofisticado y único llamado Space Control. Este sistema de referencia utilizaba dos tonos, modulados en ancho y frecuencia de pulso para controlar cuatro servos totalmente proporcionales. Fue fabricado y perfeccionado por Zel Ritchie, quien finalmente cedió la tecnología a los Dunham de Orbit en 1964. El sistema fue ampliamente imitado, y otros (Sampey, ACL, DeeBee) intentaron desarrollar lo que entonces se conocía como proporcional analógico. Sin embargo, estas primeras radios proporcionales analógicas eran muy caras, lo que las hacía inaccesibles para la mayoría de los modelistas. Con el tiempo, los sistemas monocanal dieron paso a dispositivos multicanal (a un coste significativamente mayor) con diversos tonos de audio que controlaban electroimanes que afectaban a lengüetas resonantes sintonizadas para la selección de canales.

Los receptores superheterodinos con oscilador de cristal , que ofrecían mayor selectividad y estabilidad, hicieron que los equipos de control fueran más capaces y económicos. La constante disminución del peso de los equipos fue crucial para las aplicaciones de modelado, cada vez más numerosas. Los circuitos superheterodinos se hicieron más comunes, lo que permitió que varios transmisores operaran muy cerca unos de otros y facilitó una mayor supresión de las interferencias de las bandas de radio de voz de banda ciudadana adyacentes.

Los sistemas multicanal resultaron especialmente útiles para las aeronaves, que requerían un mínimo de tres dimensiones de control (guiñada, cabeceo y velocidad del motor), a diferencia de las embarcaciones, que pueden controlarse con una o dos. Los canales de radiocontrol eran originalmente salidas de un conjunto de láminas, es decir, un simple interruptor de encendido/apagado. Para proporcionar una señal de control útil, una superficie de control debe moverse en dos direcciones, por lo que se necesitarían al menos dos canales, a menos que se pudiera crear un enlace mecánico complejo que proporcionara movimiento bidireccional desde un solo interruptor. Varios de estos enlaces complejos se comercializaron durante la década de 1960, incluidos los conjuntos de láminas simultáneas Graupner Kinematic Orbit, Bramco y Kraft.

A Doug Spreng se le atribuye el desarrollo del primer servomotor digital de retroalimentación por ancho de pulso y, junto con Don Mathis, desarrolló y vendió la primera radio digital proporcional llamada "Digicon", seguida por la Digimite de Bonner y la F&M Digital 5 de Hoover.

Con la revolución electrónica , el diseño de circuitos de un solo canal de señal se volvió obsoleto y, en su lugar, las radios proporcionaban flujos de señal codificados que un servomecanismo podía interpretar. Cada uno de estos flujos reemplazó a dos de los "canales" originales y, de forma confusa, los flujos de señal comenzaron a llamarse "canales". Así, un antiguo transmisor de 6 canales de encendido/apagado que podía controlar el timón, el elevador y el acelerador de una aeronave fue reemplazado por un nuevo transmisor proporcional de 3 canales que realizaba la misma función. El control de todos los mandos principales de una aeronave motorizada (timón, elevador, alerones y acelerador) se conocía como control "completo". Un planeador podía tener control "completo" con solo tres canales.

Pronto surgió un mercado competitivo que impulsó un rápido desarrollo. En la década de 1970, la tendencia del control por radio proporcional integral ya estaba plenamente establecida. Los sistemas típicos de control por radio para modelos radiocontrolados emplean modulación por ancho de pulso (PWM), modulación por posición de pulso (PPM) y, más recientemente, tecnología de espectro ensanchado , y accionan las distintas superficies de control mediante servomecanismos. Estos sistemas hicieron posible el control proporcional, donde la posición de la superficie de control en el modelo es proporcional a la posición de la palanca de control en el transmisor.

La modulación por ancho de pulsos (PWM) se utiliza comúnmente en equipos de radiocontrol actuales, donde los controles del transmisor cambian el ancho (duración) del pulso para ese canal entre 920 μs y 2120 μs, siendo 1520 μs la posición central (neutral). El pulso se repite en un intervalo de entre 10 y 30 milisegundos . Los servos comerciales responden directamente a trenes de pulsos de control de servo de este tipo mediante circuitos decodificadores integrados, y en respuesta, accionan un brazo o palanca giratoria en la parte superior del servo. Se utiliza un motor eléctrico y una caja reductora para accionar el brazo de salida y un componente variable como una resistencia ( potenciómetro ) o un condensador de ajuste. El condensador o la resistencia variable produce una tensión de señal de error proporcional a la posición de salida, que luego se compara con la posición ordenada por el pulso de entrada, y el motor se acciona hasta que se obtiene una coincidencia. Los trenes de pulsos que representan el conjunto completo de canales se decodifican fácilmente en canales separados en el receptor utilizando circuitos muy simples como un contador Johnson . La relativa simplicidad de este sistema permite que los receptores sean pequeños y ligeros, y se ha utilizado ampliamente desde principios de la década de 1970. Normalmente, se utiliza un contador de décadas 4017 de un solo chip dentro del receptor para decodificar la señal PPM multiplexada transmitida a las señales "RC PWM" individuales enviadas a cada servo RC . ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} A menudo, se utiliza un circuito integrado Signetics NE544 o un chip funcionalmente equivalente dentro de la carcasa de los servos RC de bajo costo como controlador del motor : decodifica ese tren de pulsos de control del servo a una posición y acciona el motor a esa posición. ^{[ 6 ]}

Más recientemente, han aparecido en el mercado sistemas de modelismo de alta gama que utilizan modulación por impulsos codificados ( PCM ), los cuales proporcionan una señal digital de flujo de bits al dispositivo receptor en lugar de la modulación analógica por impulsos. Entre sus ventajas se incluyen la capacidad de detectar errores de bits en el flujo de datos (útil para verificar la integridad de la señal) y opciones de seguridad, como la reducción de la velocidad del motor (si el modelo lo tiene) y otras acciones automáticas similares en caso de pérdida de señal. Sin embargo, estos sistemas que utilizan modulación por impulsos codificados generalmente generan mayor latencia debido a la menor cantidad de tramas enviadas por segundo, ya que se requiere ancho de banda para la detección de errores. Los dispositivos PCM solo pueden detectar errores y, por lo tanto, mantener la última posición verificada o entrar en modo de seguridad . No pueden corregir errores de transmisión.

A principios del siglo XXI, las transmisiones de 2,4 gigahercios (GHz) se han utilizado cada vez más en el control avanzado de vehículos y aeronaves a escala. Este rango de frecuencias ofrece numerosas ventajas. Debido a la  corta longitud de onda de 2,4 GHz (alrededor de 10 centímetros), las antenas de los receptores no necesitan superar los 3 a 5  cm. El ruido electromagnético, por ejemplo, el de los motores eléctricos, no es detectado por  los receptores de 2,4 GHz debido a su frecuencia (que suele estar entre 10 y 150  MHz). La antena transmisora ​​solo necesita tener entre 10 y 20  cm de longitud, y el consumo de energía del receptor es mucho menor; por lo tanto, las baterías duran más. Además, no se requieren cristales ni selección de frecuencia, ya que esta última se realiza automáticamente por el transmisor. Sin embargo, las longitudes de onda cortas no se difractan con la misma facilidad que las longitudes de onda más largas de PCM/PPM, por lo que se requiere una línea de visión directa entre la antena transmisora ​​y el receptor. Además, si el receptor pierde potencia, aunque sea durante unos milisegundos, o se ve saturado por  interferencias de 2,4 GHz, puede tardar unos segundos en  volver a sincronizarse (el receptor, que en el caso de 2,4 GHz es casi siempre un dispositivo digital).

Los sistemas electrónicos de radiocontrol constan de tres elementos esenciales. El transmisor es el controlador. Los transmisores cuentan con palancas de control, gatillos, interruptores y diales al alcance de la mano. El receptor está montado en el modelo. Recibe y procesa la señal del transmisor, transformándola en señales que se envían a los servos y controladores de velocidad . El número de servos en un modelo determina el número de canales que debe proporcionar la radio.

Normalmente, el transmisor multiplexa y modula la señal en modulación por posición de pulso . El receptor demodula y demultiplexa la señal y la convierte en el tipo especial de modulación por ancho de pulso que utilizan los servos y controladores RC estándar .

En la década de 1980, la empresa japonesa de electrónica Futaba copió el sistema de dirección con volante para coches de radiocontrol. Originalmente desarrollado por Orbit para un transmisor diseñado específicamente para coches Associated, se popularizó junto con un gatillo para el acelerador . El transmisor, generalmente configurado para usuarios diestros, tiene la apariencia de una pistola con un volante en el lado derecho. Al apretar el gatillo, el coche avanza, mientras que al presionarlo se detiene o retrocede. Algunos modelos están disponibles en versiones para zurdos.

Existen miles de vehículos RC disponibles. La mayoría son juguetes para niños. Lo que distingue a los vehículos RC de juguete de los de gama profesional es la modularidad de sus componentes estándar. Los juguetes RC suelen tener circuitos simplificados, a menudo con el receptor y los servos integrados en un solo circuito. Es prácticamente imposible adaptar ese circuito a otros vehículos RC.

RC de nivel aficionado

Los sistemas de radiocontrol para aficionados tienen diseños modulares. Muchos coches, barcos y aviones pueden aceptar componentes de diferentes fabricantes, por lo que es posible, por ejemplo, instalar componentes de radiocontrol de un coche en un barco.

Sin embargo, en la mayoría de los países es ilegal trasladar el componente receptor entre aeronaves y vehículos terrestres, ya que las leyes de radiofrecuencia asignan bandas separadas para aeronaves y vehículos terrestres. Esto se hace por motivos de seguridad.

Actualmente, la mayoría de los fabricantes ofrecen módulos de frecuencia (conocidos como cristales) que se conectan fácilmente a la parte posterior de sus transmisores, permitiendo cambiar de frecuencia e incluso de banda a voluntad. Algunos de estos módulos son capaces de sintetizar múltiples canales dentro de su banda asignada.

Los modelos de gama profesional permiten una puesta a punto precisa, a diferencia de la mayoría de los modelos de juguete. Por ejemplo, los coches suelen permitir ajustes de convergencia , caída y ángulo de avance , al igual que sus homólogos reales. Todas las radios modernas con control por ordenador permiten ajustar cada función mediante diversos parámetros para facilitar la configuración y el ajuste del modelo. Muchos de estos transmisores son capaces de combinar varias funciones simultáneamente, lo cual es necesario para algunos modelos.

Muchas de las radios para aficionados más populares fueron desarrolladas y producidas en masa en el sur de California por Orbit, Bonner, Kraft, Babcock, Deans, Larson, RS, S&O y Milcott. Posteriormente, empresas japonesas como Futaba, Sanwa y JR se hicieron con el mercado.

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