树莓派+新型混合无人机

产品设计缘由

我去设计这个树莓派+的一个产品，是因为10月7日学校的创客训练营的招新选拔，而选拔的题目是：
《使用树莓派或Arduino进行创意设计》
请构思一个成本不超过200美元的电子产品，其中必须使用至少一个树莓派或至少一个Arduino开发板。该产品应能发挥特定的功能，帮助特定的人群，解决特定的问题。作品应不与已有产品雷同，例如简单的手环闹钟和台灯。作品应具符合大学生创新创业比赛。
而我的设计也就是下面的这个新型多功能混合无人机

产品设计

原件作用
1.树莓派
树莓派作为小型卡式电脑起到接受信息后处理分析，并对其他原件起到控制作用的核心中枢，主要支持Python语言（因为我对Python语言暂时不甚了解，所以这里就不给出新型无人机的控制系统的源码了，等日后了解Python后再经行完善）
2.GPS接收器
无人自动飞行里一个很核心的问题是要解决我在哪里，我要去哪里的问题。其中就涉及到定位，这里就采用韩老师在金课行动68节提到的车载GPS。
3.超声波传感器
在树莓派的控制下可以识别放在周围的障碍物，前后移动超声波测距仪，将收集的信号传输回到数据处理中心，数据处理中心会显示测得的距离，就可以实现飞行器的避障的功能。(同一，此处源码日后完善)
4.电机及其桨叶
这里可以直接使用四个9600转每分钟的电机1045型桨叶
百度了一下螺旋桨提供升力粗算公式：（桨)直径螺距转速的平方(rad/s)1个大气压力经验系数（0.25）=拉力（公斤）
计算了一下4个电机可载重22.297公斤，但因为加速飞行时仅有两个电机载重再算上机重实际载重应该只有10公斤左右(200美元的限制真的对电机功率方面限制很大)
5.舵机
舵机是用来执行对树莓派指令的，而在这个飞行器里面起到放下前后两电机(将四旋翼飞行器转变为固定翼飞行器)，调节嵌入垂直尾翼摆动以控制固定翼飞行器飞行方向，这个需要4个（有两个控制尾翼，两个控制电机）
6.电池
用以满足电机需求与增强续航能力

（这个是手绘的一个简易设计构想图）（四旋翼状态）

工作过程：

当有所需求(物流、消防、巡逻监控等)时，先检查飞行器，然后与计算机上设计好路线，再启动飞行器，飞行器先会根据原先设计路线由四旋翼状态上升到规定高度，在由树莓派指令舵机放下固定翼式动力电机，转化为固定翼形态，可实现高速飞行，而到达目的地点再逆向转变为四旋翼状态下降到指定高度经行作业。
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(固定翼形态)
（注意：1.为保持桨产生拉力平衡，对角桨转向相反在转换为固定翼形态时，由树莓派指令调整前后两动力电机转向一致
2.由于机面的前后不对称性，在四旋翼式飞行前四电机转速不一定相同需经行平衡实验后微调
3.机面做成流体面可以提升其升力，增强滑行能力）

功能及成本预算

功能简绍：
介绍功能前先简单罗列一下固定翼与多旋翼的优缺点
固定翼：
优点（1）飞行距离长，巡航面积大；
（2）飞行速度快；
（3）飞行高度高；
（4）可设置航线自动飞行；
（5）可设置回收点坐标自动降落。
缺点（1）不能悬停获取连续某处影像；
（2）只能按照固定航线飞行不够灵活；
（3）操作难度较大，这也导致了高风险；
多旋翼:
优点（1）体积小、重量轻、噪音小、隐蔽性好，适合多平台，多空间使用；
（2）可以垂直起降，不需要弹射器、发射架进行发射，可悬停、侧飞、倒飞；
（3）飞行高度低，具有很强的机动性，执行特种任务能力强；
缺点1）飞行速度慢。对于要求高空高速度的镜头无法实现。
（2）飞行距离较短。由于技术条件的限制(遥控)，如果为了增大拍摄距离，可以让遥控者站在车上，这样可以提高拍摄半径。
所以可以看出固定翼与多旋翼的结合可以在机动性能方面得到提升（这是固定翼所不具备的）可以在速度，自由度等性能方面得到提升(这是多旋翼所不具备的)并且，采用树莓派自动循迹飞行可以解决人力有限、接收器信号限制和人力操作等问题，而为了解决自动飞行期间会出现的问题，我装置了超声波传感器这个是我在CDSN社区看到的方法(主要还是他比激光雷达便宜的多)，这可以通过对树莓派的编程建立一个无人机避障系统(这个等我学会Python以后就编一个)，为了实现自动飞行加装了一个GPS定位器，考虑到续航问题及电机需求电压与电量，树莓派的电池应该不够，于是还新增加了一个电池。
成本
树莓派(4B)230 yuan
GPS接收器 50yuan
超声波传感器 50yuan
电机 1554=620yuan
桨叶 114=44yuan
舵机11*4=44yuan
电池38yuan
其他建材(含机体材料，托盘等) 50 yuan
合计：1088yuan<$200

总结与鸣谢

在这次设计过程中，我在CSDN上查看并学习了许多其他优秀的博客，了解到了一些以前没有涉及到的领域的知识。在这次设计当中，我也明显发现了一个简单的设计往往其背后也是蕴含着许多基础知识的组合，目前这个设计也只是一个构想，其树莓派内部程序编程，其功能运行的算法，都是我现在还没有设计出来的，当然，在今后的大学学习中，学习了专业知识以后，我会将这些技术问题一一解决，到时候解决过程中遇到的相关问题与收获心得再和各位一起分享。
PS：最后创客训练营的选拔我通过了！