背景

新赛季空中机器人以小型化作为重点方向。需求功能为：

[ ] 对带有引导灯的前哨站/基地产生撞击攻击
[ ] 主动对对方发出的飞镖或雷达通过撞击实现拦截
[ ] 全场侦察，充当雷达作用（通过裁判系统回传信息）
[ ] 单次飞行30s，降落后需要实现功率补充，此处可能需要与裁判系统进行通信

同时根据可能存在的制作规范，无人机将在指定机库放置区放置，数量不超过4台且机库尺寸为300300200mm，考虑到实际无人机的大小，该机库内无人机的入库方案大概率选用飞机堆叠形态收纳。同时重量范围为150g-249g且带有全包围桨保。

项目规划

无人机部分

结构部分

根据目前所透露的无人机规则限制，即至少10min续航与250g重量限制，同时参考组委会在过往无人机制作规范中所设定的安全要求，本次无人机设计将确定为使用涵道桨圈无人机作为主体构型，其大致结构将参考大疆AVART系列，同时借鉴参考大疆萤火虫系列集群无人机。无人机涵道桨叶圈将承担桨叶保护罩与气流优化的作用，即借助一定的翼型设计与倾角设计优化旋翼气动性能以提高续航与移动速度。

总体布局

俯视无人机，我们将集群无人机分为左中右三部分，其中左右两部分为无人机动力系统，中部分为上中下三部分，中部预留为电池仓，综合重量、续航、稳定性多方面考虑，中部将预留两节21700电池头尾相接的空间，同时在其中一节电池的末端装载无线充电线圈（在组委会不提供裁判系统进行充电的前提下）。视觉系统将置于无人机前方并与无人机航向呈现25度pitch仰角以适配无人机在前进过程中的摄像头视角。

我们从重量限制上对以上部分进行简单分配如下，其中标红部分为困难部分：

名称	重量（总重）	冗余max
机身主体（暂定光固化3D打印）	20g	25g
电机（带桨叶）	8g*4=32g	40g
电池（以一节21700为参考）	68g	70g
飞控（暂定微空飞控）	24g	40g
视觉或算力平台	40g	40g
总重	184g	215g

由于电池目前尚未获得官方确认，如果按照目前阶段的30s飞行计算，电容也许是一个更好的选择但需要解决电容在放电过程中产生的推力衰减。

机身主体

根据上方的重量分配，机身主体允许有20-25g重量分配，如以往的使用纯碳板的结构方式显然需要有所改变。参考AVART构型的机身主体为上下两层注塑件拼装而成，由于成本问题将会以3D打印作为主要的生产方式。比较成本与强度，初期研发阶段可能使用以下材料。

4600光敏树脂

结构方向借鉴 DJI FPV构型，采用上下翼面构型以优化其在向前飞行过程中的动力配置，同时可以将机臂完全掏空仅保留必须的加强筋与线槽以达到极致的轻量化。

我们预计将储能设备（18650或电容）分别（2S动力分置并联）置于前机臂中，此时可以将无人机内部空间用于飞控堆叠与视觉平台放置，同时将无人机重心向前偏移，此时可以使无人机天生具有向前飞行的趋势，但维持悬停过程会导致前方两颗电机输出大于后方两颗电机，易产生过热。

我们预期将机身主体完全由空腔壁构成，通过流体优化与结构补强使其拥有能够发生1m掉落时不出现损伤的能力，但目前的设计恐怕无法如组委会所言与大弹丸或飞镖发生碰撞，即便是大疆消费级系列在这个重量条件下发生组委会所设想的碰撞也未尝不会变成消耗品。

电设部分

由于学校经费紧张，借助笔者多年游逛小黄鱼的经历暂定以下的动力系统方案

电机：闲鱼1503 2750KV电机——3元/个

电池：格普580mAh2S电池——30元/个

该电池拥有对于我们所需要的电池来说很大的放电倍率并能够维持至少每场比赛7分钟的续航，原先笔者为了续航考虑过18650电池，但那玩意是真的很重。此处不多赘述

飞控：微空PX4

很显然此处往年雷迅所赞助提供的飞控已经由于重量被淘汰，微空的飞塔成为了我们最优的选择，能够保证稳定性的同时也能保留有足够的拓展空间与算法视觉进行通讯。

算力平台与视觉部署由于笔者能力有限暂时不在此描述，但当前有以下两种思路：

算力平台置于机场，通过机场部署视觉与无人机进行通讯引导无人机回程降落。但这需要借助无人机与机场之间的通讯可能不被组委会所允许（不知道是否可以通过裁判系统链路发送指令）
算力平台置于机上，可参考上科大开团的板载算力，这是我能想到的最轻的算力平台了。

机场部分

笔者在之前有过某企业的实习，其要求即预研机场与其配套的无人机集群结构，要求无人机（带桨保）能够在机场中竖直堆叠10架次并能够实现降落后自动无线充电或其他无需人力介入的充电。所以笔者在看到今年的赛题时有种莫名的熟悉感。

结构部分

导向槽

由于无人机定位精度显然无法精准落位且赛场环境复杂，机场上方拥有一个导向槽是一个必不可少的需求。参考偏移30cm能够回正定位降落的需求，我们能够拥有以下几种方案

喇叭口构型：即在机场上方加装喇叭口形状的结构，此时又有两种，即完全由面围出一个喇叭口，无人机进入喇叭口范围内即可实现桨叶保护圈与喇叭口接触由喇叭口完成导向精准落位，但在测试过程中可得，桨叶保护圈与喇叭口之间即便中间由特氟龙作为介质也无法顺利导向，所以采用这种方案时可以对桨叶保护罩与喇叭口做结构上的仿形，也可以在桨叶保护罩上伸出两根触角（对角）作为与喇叭口的接触，实测这两种情况能够很好的完成导向。
钢轴喇叭口构型：由于桨叶保护罩可以由四个弧形构成，分别包裹四个桨叶。弧与弧之间即存在凹陷，我们可以借助凹陷与钢轴发生配合（如下图），令无人机能够顺利导向划下，这种情况能够很好的避免方案一的摩擦问题

堆叠部分

无人机在结束导向槽的导向过程之后应该呈现一个统一的姿态下落，所以笔者在此处采用堆叠作为无人机放置的形态，此处需要使无人机上下表面均平面以防止无人机在堆叠过程中出现倾覆（也可将无人机上下平面设计仿形限位增强堆叠约束）机场堆叠结构应该问题不大（？）

电设部分

一般来说一个部件结构越简单其稳定性越高，所以该机场可以没有任何的活动部件。对于规则可能出现的无线充电，我们分为两种类讨论

组委会所要求的类似哨兵补能的机制：这种机制下我们可以将无人机与机场按照制作规范进行适配，无人机续航达到每场7分钟即可
充电：目前笔者能够想到的两种较为合理的充电方式一种为无线充电，机场上固定位置放置充电线圈，无人机降落至机场堆叠后能够与充电线圈一一对应，此时充电开始，可以通过调整线圈匝数等优化充电效率。但此时有两个较大的问题，即无线充电线圈需要配备隔磁硅钢片，可能会使无人机重量失控，同时需要平衡两块电芯之间的电压，可能需要额外的电池控制板。第二种方案为弹簧XT30，这种xt30的触点类似poppin，能够受力缩回，无人机降落后可以使用机上的触电与接头接触实现充电，此方案应用广泛且成熟，充电功率也不俗，可作为考虑选项

以上是我在看了组委会的规则宣讲后的一些想法，可能由于能力不足或是疏忽有些许错误欢迎大家指出，也可以加我微信：qq1846358109与我探讨

虽然可能每一年都有对规则的质疑与抱怨，但每一年都有队伍能够做出很好的功能适配规则，前路漫漫，行则将至