【RM2020-空中机器人开源文档】
RoboMaster 高校赛务
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2020-02-27
RoboMaster 2020 空中机器人开源文档
RoboMaster 2019 全国大学生机器人大赛中，空中机器人大显神威，在战场中起到了至关重要的作用，有时甚至是决定比赛胜负的关键角色。2020赛季中，我们将继续凸显空中机器人的重要战略地位。由于新赛季飞镖元素的加入，增加了飞行的危险性，在2019赛季中也有不少队伍因为流弹打击导致炸机。全封闭桨叶保护罩对对飞行的安全性有着至关重要的作用。现开源空中机器人方案供大家参考。
一． 空中机器人保护罩方案概述
2020赛季规则对空中机器人的制作提出了新的要求，需要安装全封闭桨叶保护罩，桨叶不得外露。但也放宽了尺寸，供电和最大重量的限制，这意味着参赛队可以进一步增强空中机器人的动力，给予他更强大的输出。在这里我们以M600 Pro无人机作为基础并搭载云台及其他附件制作空中机器人。由于时间关系，这里仅做出一只机臂保护罩并测试数据，供大家参考。
保护罩的方案从规则的限制条件出发，实际尺寸1700x1700mm，除去保护杆高度720mm。同时对M600无人机自身改动较小。在有限的规则尺寸范围内，尽量拉开保护罩骨架与桨尖的距离，以保证保护罩受撞击变形后不会与桨叶接触。
保护罩采用八边形并用碳纤维板拼接的方式，能较大限度的节省材料，降低成本。拼接处采用卡槽的方式并用大力马线缠绕，加以胶水固定，保证了它的的刚度和完整性。底座采用3D打印，与电机座相固定，强度满足要求。该保护罩采用3mm玻纤板切割，加上3D打印底座重量为500g左右，碳纤维密度为玻纤密度的2/3左右，将玻纤板更换为碳纤维板能压缩重量并达到规则限制的重量，实际3mm玻纤板达到的强度已经超出了需求，大家可自行根据强度需求采用厚度更薄的碳纤维板。规则修订申明中S41提到的全封闭桨叶保护罩，相信大家经历过不少因为流弹导致炸机的事件，2020赛季又加入了飞镖，极大的增加了炸机的风险。全封闭桨叶保护罩不仅为了保障参赛人员的安全，也为了保障无人机的安全，要求能较好的将大弹丸和飞镖挡在防护罩之外。为了实现全封闭，我们采用张结防护网的方式。
上下均张结防护网
这里我们采用的是18股边长2cm网眼的白色尼龙网（实际测试网眼密度2-3cm均能实现较好的防护），建议参赛队购买成品防护网，自行编织防护网效果一般，难以抵抗大弹丸的打击。在张结防护网时应当注意处理好线头，防止缠绕桨叶。此外，防护网张紧程度也将影响到防护效果。我们采用拉力机测量拉力的方式来进行评估。垂直于防护网方向将其拉伸10cm，在拉力大于40N时，抵抗大弹丸正面打击的效果较好。云台系统与Guidance系统请参照2019空中机器人开源文档注：M600的分电板提供了一个24V10A接口（已连接起落架舵机）和一个18V3A接口，云台供电请勿插错接口。
M600分电板对外供电接口航行灯方案根据规则要求，对其布置位置和亮度做出要求，并要求可以切换红蓝，以区分红蓝双方，满足观众的视觉效果。现有以下两方案作为参考。
方案一：使用RGB灯条，直接黏附在机臂上作为航行灯，通过拨码开关的形式来控制红蓝色切换，值得注意的是，切换过程应当便于操作。
方案二：采用导光纤维，结合RGB光源头。优点是单光源，切换颜色简单，发光均匀，光线可沿着纤维传输1-10m（发光效果视光源头功率而定）。同时考虑到无人机机臂折叠，需要注意导光纤维的布置。
二.空中机器人保护罩测试数据
为了测试防护网对单轴推力的影响，我们搭建了一个简易的测试平台，利用杠杆原理，用电子秤示数作为推力值。
测试分为以下几种不同的形式
上下均覆盖防护网
注：测试过程风险较大，请正确佩戴护目镜等防护用品，确保测试安全进行
得出以下测试数据
注：这里我们多测试了一组无遮挡情况下的推力值，最大单轴推力值与E2000 Pro数据基本吻合，即测试数据有一定的参考价值。
推重比：由于无人机在覆盖防护网后动力损失量无法直接测出，这里借助上下均覆盖防护网情况下的测试数据
即单轴最大推力4.6Kg，起飞重量15Kg（空载，无弹丸）
力效：
因为求力效最关键的参数 电流 在这里不方便获取，只能采用间接的方式，利用消耗的电量来反映平均电流值。
从飞行数据可得出飞行时间为12分钟，消耗的电量为11611mAh，电池为两组各三块tb47s电池并联成容量为13.5Ah的12S电池，也就是44.4V
三． 总结
1. 该方案仅为参赛队提供一种制作思路，希望大家能够充分发挥想象力，不局限于此；
2. 由于该方案仅做初步测试，参赛队在设计制作过程中应当严格核算，切勿超限，并且在设计时注意避免干涉；
3. 保护罩顶部防护网相对薄弱，参赛队在制作时可设计一些加强结构，更好的支撑防护网，并适当拉开顶部防护网与桨叶平面距离
；4. 保护罩采用板材拼接，其锋利的边缘容易切断防护网的材料，需要做一些倒角处理，张结防护网也应当预留合适的孔位与挂点；
5. 折叠机臂在展开后，可考虑将保护罩相互连接成一个整体，使整体更加稳固；
6. 制作保护杆时应加入适当的缓冲装置，防止因为冲击导致无人机机体受损。
四． 注意事项
1. 参赛队在制作空中机器人时，应当严格按照规则要求。
2. 2020赛季放宽了空中机器人尺寸要求，加上保护罩后体积巨大，参赛队应当充分考虑到空中机器人搬运，调试是否方便，增加保护罩折叠的功能。
3. 空中机器人体积较大，制作与测试过程请一定确保人身安全。
附：
RoboMaster 2019 空中机器人机架开源https://bbs.robomaster.com/thread-7064-1-1.html
RoboMaster 2019 竞培营机器人说明文档https://bbs.robomaster.com/article/5501
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