樹莓派+新型混合無人機
- 產品設計緣由
- 產品設計
- 作業程序：
- 功能及成本預算
- 總結與鳴謝
產品設計緣由
我去設計這個樹莓派+的一個產品，是因為10月7日學校的創客訓練營的招新選拔，而選拔的題目是：
《使用樹莓派或Arduino進行創意設計》
請構思一個成本不超過200美元的電子產品，其中必須使用至少一個樹莓派或至少一個Arduino開發板，該產品應能發揮特定的功能，幫助特定的人群，解決特定的問題，作品應不與已有產品雷同，例如簡單的手環鬧鐘和臺燈，作品應具符合大學生創新創業比賽，
而我的設計也就是下面的這個新型多功能混合無人機
產品設計
原件作用
1.樹莓派
樹莓派作為小型卡式電腦起到接受資訊后處理分析，并對其他原件起到控制作用的核心中樞，主要支持Python語言（因為我對Python語言暫時不甚了解，所以這里就不給出新型無人機的控制系統的原始碼了，等日后了解Python后再經行完善）
2.GPS接收器
無人自動飛行里一個很核心的問題是要解決我在哪里，我要去哪里的問題，其中就涉及到定位，這里就采用韓老師在金課行動68節提到的車載GPS，
3.超聲波傳感器
在樹莓派的控制下可以識別放在周圍的障礙物，前后移動超聲波測距儀，將收集的信號傳輸回到資料處理中心，資料處理中心會顯示測得的距離，就可以實作飛行器的避障的功能，(同一，此處原始碼日后完善)
4.電機及其槳葉
這里可以直接使用四個9600轉每分鐘的電機1045型槳葉
百度了一下螺旋槳提供升力粗算公式：（槳)直徑螺距轉速的平方(rad/s)1個大氣壓力經驗系數（0.25）=拉力（公斤）
計算了一下4個電機可載重22.297公斤，但因為加速飛行時僅有兩個電機載重再算上機重實際載重應該只有10公斤左右(200美元的限制真的對電機功率方面限制很大)
5.舵機
舵機是用來執行對樹莓派指令的，而在這個飛行器里面起到放下前后兩電機(將四旋翼飛行器轉變為固定翼飛行器)，調節嵌入垂直尾翼擺動以控制固定翼飛行器飛行方向，這個需要4個（有兩個控制尾翼，兩個控制電機）
6.電池
用以滿足電機需求與增強續航能力
（這個是手繪的一個簡易設計構想圖）
（四旋翼狀態）
作業程序：
當有所需求(物流、消防、巡邏監控等)時，先檢查飛行器，然后與計算機上設計好路線，再啟動飛行器，飛行器先會根據原先設計路線由四旋翼狀態上升到規定高度，在由樹莓派指令舵機放下固定翼式動力電機，轉化為固定翼形態，可實作高速飛行，而到達目的地點再逆向轉變為四旋翼狀態下降到指定高度經行作業，
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(固定翼形態)
（注意：1.為保持槳產生拉力平衡，對角槳轉向相反在轉換為固定翼形態時，由樹莓派指令調整前后兩動力電機轉向一致
2.由于機面的前后不對稱性，在四旋翼式飛行前四電機轉速不一定相同需經行平衡實驗后微調
3.機面做成流體面可以提升其升力，增強滑行能力）
功能及成本預算
功能簡紹：
介紹功能前先簡單羅列一下固定翼與多旋翼的優缺點
固定翼：
優點（1）飛行距離長，巡航面積大；
（2）飛行速度快；
（3）飛行高度高；
（4）可設定航線自動飛行；
（5）可設定回收點坐標自動降落，
缺點（1）不能懸停獲取連續某處影像；
（2）只能按照固定航線飛行不夠靈活；
（3）操作難度較大，這也導致了高風險；
多旋翼:
優點（1）體積小、重量輕、噪音小、隱蔽性好，適合多平臺，多空間使用；
（2）可以垂直起降，不需要彈射器、發射架進行發射，可懸停、側飛、倒飛；
（3）飛行高度低，具有很強的機動性，執行特種任務能力強；
缺點1）飛行速度慢，對于要求高空高速度的鏡頭無法實作，
（2）飛行距離較短，由于技術條件的限制(遙控)，如果為了增大拍攝距離，可以讓遙控者站在車上，這樣可以提高拍攝半徑，
所以可以看出固定翼與多旋翼的結合可以在機動性能方面得到提升（這是固定翼所不具備的）可以在速度，自由度等性能方面得到提升(這是多旋翼所不具備的)并且，采用樹莓派自動循跡飛行可以解決人力有限、接收器信號限制和人力操作等問題，而為了解決自動飛行期間會出現的問題，我裝置了超聲波傳感器這個是我在CDSN社區看到的方法(主要還是他比激光雷達便宜的多)，這可以通過對樹莓派的編程建立一個無人機避障系統(這個等我學會Python以后就編一個)，為了實作自動飛行加裝了一個GPS定位器，考慮到續航問題及電機需求電壓與電量，樹莓派的電池應該不夠，于是還新增加了一個電池，
成本
樹莓派(4B)230 yuan
GPS接收器 50yuan
超聲波傳感器 50yuan
電機 1554=620yuan
槳葉 114=44yuan
舵機11*4=44yuan
電池38yuan
其他建材(含機體材料，托盤等) 50 yuan
合計：1088yuan<$200
總結與鳴謝
在這次設計程序中，我在CSDN上查看并學習了許多其他優秀的博客，了解到了一些以前沒有涉及到的領域的知識，在這次設計當中，我也明顯發現了一個簡單的設計往往其背后也是蘊含著許多基礎知識的組合，目前這個設計也只是一個構想，其樹莓派內部程式編程，其功能運行的演算法，都是我現在還沒有設計出來的，當然，在今后的大學學習中，學習了專業知識以后，我會將這些技術問題一一解決，到時候解決程序中遇到的相關問題與識訓心得再和各位一起分享，
PS：最后創客訓練營的選拔我通過了！
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標籤：python
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