Raspberry Pi + nuevo dron híbrido

Razones de diseño de producto

Fui a diseñar un producto de Raspberry Pi + debido al reclutamiento y selección del campo de entrenamiento de creadores de la escuela el 7 de octubre, y el tema de la selección fue:
"Diseño creativo con Raspberry Pi o Arduino"
, por favor piense en un costo. Para productos electrónicos que no excedan los US $ 200, se debe utilizar al menos una Raspberry Pi o al menos una placa de desarrollo Arduino. El producto debe poder realizar funciones específicas, ayudar a personas específicas y resolver problemas específicos. El trabajo no debe ser similar a los productos existentes, como simples relojes despertadores de pulsera y lámparas de escritorio. El trabajo debe ajustarse a la competencia de innovación y emprendimiento de estudiantes universitarios.
Y mi diseño es el nuevo dron híbrido multifuncional a continuación.

diseño de producto

El papel de la
1. Raspberry Pi original
Como una pequeña computadora tipo tarjeta, la Raspberry Pi actúa como un centro central para recibir análisis de posprocesamiento de información y controlar otros originales. Es compatible principalmente con el lenguaje Python (porque no sé mucho sobre el lenguaje Python por el momento, Por lo tanto, el código fuente del sistema de control del nuevo tipo de dron no se da aquí, y lo mejoraré después de entender Python en el futuro)
2.
Un problema muy central en el vuelo automático no tripulado del receptor GPS es resolver dónde estoy. La cuestión de adónde ir. Entre ellos, el posicionamiento está involucrado, y aquí está el GPS a bordo mencionado por el Sr. Han en la sección 68 de la demanda colectiva sobre Jin.
3.
Bajo el control de la Raspberry Pi, el sensor ultrasónico puede identificar los obstáculos circundantes, mover el telémetro ultrasónico hacia adelante y hacia atrás y transmitir las señales recolectadas al centro de procesamiento de datos, y el centro de procesamiento de datos mostrará la distancia medida. Tenga en cuenta la función de evitación de obstáculos de la aeronave. (Lo mismo, el código fuenteaquí semejorará en el futuro)
4. Motor y sus palas
Aquí puede usar directamente cuatro palas de tipo 1045 con motor de 9600 rpm.
Baidu dio una fórmula de cálculo aproximada para la elevación de la hélice: (hélice)el cuadrado deldiámetro y lavelocidad de paso (rad / s) 1 coeficiente empírico de presión atmosférica (0.25) = fuerza de tracción (kg).
Calcule que los 4 motores pueden transportar 22.297 kg, pero debido a que solo hay dos motores al acelerar, la carga real debe ser solo Aproximadamente 10 kg (el límite de US $ 200 realmente limita la potencia del motor)
5. El
mecanismo de dirección El mecanismo de dirección se usa para ejecutar las instrucciones a la Raspberry Pi, y en esta aeronave, los motores delantero y trasero se apagan (el de cuatro rotores La aeronave se convierte en una aeronave de ala fija), ajuste el swing de cola vertical integrado para controlar la dirección de vuelo de la aeronave de ala fija, esto requiere 4 (dos colas de control, dos motores de control)
6. La batería se
utiliza para satisfacer las necesidades del motor y mejorar la resistencia.

(Este es un boceto dibujado a mano de un concepto de diseño simple) (Estado del rotor cuádruple)

Proceso de trabajo:

Cuando sea necesario (logística, extinción de incendios, monitoreo de patrullas, etc.), primero verifique la aeronave, luego diseñe una ruta con la computadora y luego encienda la aeronave. La aeronave primero se elevará desde el estado de cuadricóptero a la altura especificada de acuerdo con la ruta diseñada originalmente. La Raspberry Pi le indica al mecanismo de dirección que apague el motor de potencia de ala fija y lo transforme en una forma de ala fija, lo que puede lograr un vuelo de alta velocidad. Cuando llega al punto de destino, se transforma a la inversa en un estado de cuatro rotores y desciende a una altura específica para su funcionamiento.
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(Forma de ala fija)
(Nota: 1. Para mantener el equilibrio de tensión de la hélice, la dirección diagonal de la hélice es opuesta. Cuando se convierte a la forma de ala fija, el comando Raspberry Pi ajusta la rotación de los motores de potencia delanteros y traseros para que sean iguales
. 2. Debido al avión Asimetría delantera y trasera. Antes del vuelo de cuatro rotores, la velocidad de los cuatro motores no es necesariamente la misma y debe ajustarse después de un experimento de equilibrio.
3. La superficie fluida de la aeronave puede aumentar su sustentación y mejorar su capacidad de deslizamiento)

Presupuesto de funciones y costes

Breve introducción de
la función : antes de presentar la función, enumeremos brevemente las ventajas y desventajas del ala
fijay del rotor múltiple.Ala fija:
ventajas (1) larga distancia de vuelo y gran área de crucero;
(2) velocidad de vuelo rápida;
(3) altura de vuelo alta;
(4) ) La ruta se puede configurar para volar automáticamente;
(5) Las coordenadas del punto de recuperación se pueden configurar para aterrizar automáticamente.
Desventajas (1) No se puede flotar para obtener imágenes continuas de un lugar determinado;
(2) Solo se puede volar de acuerdo con una ruta fija y no es lo suficientemente flexible;
(3) La operación es más difícil, lo que también conlleva altos riesgos;
Multi-rotor:
Ventajas (1) Tamaño pequeño, Ligero, silencioso, buen ocultamiento, adecuado para uso multiplataforma y multiespacio;
(2) Puede despegar y aterrizar verticalmente sin una catapulta o lanzador para el lanzamiento, y puede flotar, volar de lado y volar boca abajo;
(3) Volar Baja altitud, gran maniobrabilidad, gran capacidad para realizar tareas especiales;
Desventajas 1) Velocidad de vuelo lenta. No se puede lograr para la lente que requiere gran altitud y alta velocidad.
(2) La distancia de vuelo es corta. Debido a limitaciones técnicas (control remoto), si desea aumentar la distancia de disparo, puede dejar el control remoto sobre el automóvil, lo que puede aumentar el radio de disparo.
Por tanto, se puede ver que la combinación de ala fija y multirrotor se puede mejorar en términos de maniobrabilidad (que no está disponible en ala fija) y se puede mejorar en prestaciones como velocidad y grado de libertad (que no está disponible en multirrotor) y , El uso de Raspberry Pi para rastrear el vuelo automáticamente puede resolver los problemas de mano de obra limitada, limitación de la señal del receptor y operación de mano de obra. Para resolver los problemas que ocurrirán durante el vuelo automático, instalé un sensor ultrasónico. Este es el método que vi en la comunidad CDSN (Principalmente es mucho más barato que lidar). Esto se puede hacer programando la Raspberry Pi para construir un sistema de evitación de obstáculos UAV (este se compilará después de aprender Python), y se instala un GPS para realizar el vuelo automático Para el localizador, considerando el problema de la duración de la batería y el voltaje y la potencia requeridos por el motor, la batería de la Raspberry Pi no debería ser suficiente, por lo que se agregó una batería nueva.
Costo
Raspberry Pi (4B) 230 yuanes
Receptor GPS 50 yuanes
sensor ultrasónico 50 yuanes
motor 155 4 = 620 yuanes
hoja 11 4 = 44 yuanes
mecanismo de dirección 11 * 4 = 44 yuanes
batería 38 yuanes
otros materiales de construcción (incluidos materiales de carrocería, paletas, etc.) 50 yuanes
Total: 1088 yuanes <$ 200

Resumen y agradecimiento

En este proceso de diseño, verifiqué y aprendí muchos otros blogs excelentes en CSDN y aprendí algunos conocimientos en campos que no estaban cubiertos antes. En este diseño, también descubrí claramente que un diseño simple a menudo contiene una combinación de muchos conocimientos básicos detrás de él. En la actualidad, este diseño es solo un concepto. La programación interna de la Raspberry Pi y los algoritmos para su operación de función son todos Aún no lo he diseñado. Por supuesto, resolveré estos problemas técnicos uno por uno después de haber adquirido conocimientos profesionales en mis futuros estudios universitarios. Luego compartiré con ustedes todos los problemas relacionados y las ganancias encontradas en el proceso de resolución. compartir juntos.
PD: ¡Finalmente, pasé la selección del campo de entrenamiento de creadores!