【RM2019 空中机器人机架开源】
robomaster
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2018-09-20
RoboMaster2019空中机器人机架开源
RoboMaster2018 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。2019年的比赛中，我们将继续凸显空中机器人的重要战略地位，给予它更强大的火力输出。因此，我们尝试采用了拥有更大载重和动力的机架结构，现开源机架方案供大家参考。
一、空中机器人方案概述
图1 空中机器人三维图纸
图2 空中机器人实物拍摄
| 空中机器人规格参数 | |
规格 | 参数 |
外形尺寸 mm （长x宽x高） | 1200 X 1200 X 750 （保护杆高于桨平面300mm） |
重量 Kg | 9.7 （TB47D/不含弹丸/带裁判系统） |
1.动力系统：相比于2018年的空中机器人方案，本方案更换采用了E2000 Pro 动力系统，E2000 动力系统Pro版电调集中在电机下方， 比较节省空间和重量。E2000动力系统单轴最大拉力为5.1Kg，由于此需要48V的电压驱动，本方案中也搭载了4块DJI TB47D/TB48D 电池。
2.导航控制系统：采用了N3飞控配合Guidance的导航控制系统。
3.云台系统：Yaw轴电机采用6020云台电机进行驱动，Pitch轴电机采用GM3510电机进行调控，摩擦轮发射电机采用snail电机驱动，拨弹轮采用2006电机进行驱动。
| E2000 Pro动力系统下飞行时间测试数据 | ||||
起飞重量 | 推重比 | 极限飞行时长 （TB47D） | 极限飞行时长 （TB48D） | 备注 |
11.2Kg | 1.82 | 10分10秒 | 11分30秒 | 飞机重量为9.2Kg（排除子弹和裁判系统）。 |
12.7Kg （携带配重进行测试） | 1.61 | 7分02秒 | 7分12秒 | 12.7Kg接近飞机载重的极限值，此时动力电机发热严重，电压波动大，电路效率低； 此时飞机重量10.35Kg，规则限重为10Kg，采用E2000 Pro动力系统的话，推荐重量为9.5Kg以下，即推重比大于1.72。 |
注：空中机器人的机动性可以用推重比进行衡量，推重比越大，无人机的机动性能越好，一般推重比大于2的无人机具有较好的机动性。感兴趣的同学可以自行进行研究。
二、电路部分须知
1.连接框图
图3机架部分连接框图
注：
1.Guidance 与 N3飞控通信，采用的是CAN进行通信 。而非API。不要连接到N3的API接口。
2. E2000动力系统的电机智能电调，通过N3飞控产品包中485_hub智能通信转接线与飞控iESC口相连接。
图4电源连接部分
注： 1. 在电源连接部分，我们并未给电路中加入电源开关，原因是E2000飞行动力系统的工
作电流较大 ，如果大家需要后期加上电源开关，请务必选择额定电流较大的开关进行
串接。
2. 在上图电路结构下，电源的接入顺序不同可能会让Guidance/裁判系统/云台部分，
承受短时反向电压，不过经过实际测试，对器件不会造成致命影响，但提醒大家注意。
整机电源由 4 块TB47 或 48 电池组成，给 24V 及 48V 用电器供电，需要注意的是，24V 的用电器应该与48V 用电器的GND 电位保持一致，否则使用过程中两个元件地线之间产生电位差会出现问题。
建议大家根据电流大小自行设计PCB，节约空间，或可到某宝搜索植保机的分电板进行使用。若选择后者，请大家务必仔细阅读某宝产品说明，注意区分24V，48V输出接口以及电池的连接方式，避免烧毁器件。
- 24V的用电器有Guidance、裁判系统以及云台系统；
- 48V的用电器包括桨叶电机以及飞控
（飞控用48V供电的原因是要测量电压）；
注：N3 不支持和TB47 通信，只能使用测电压的方式测量电量。也不要尝试将不同电势电池的信号线接到一起。
2.其他注意事项
- N3 与Guidance 配合使用；
- N3 与 guidance 的通信连接线不是来自于N3飞控或guidance产品包里的成品云台连接线和普通连接线，而是需要大家自行焊接。N3飞控端需要使用飞控CAN专用接头，guidance端则需使用GH1.25普通5pin自锁接头，具体接头间接线方式见下图说明。
- 由于通信线guidance端没有屏蔽层，布线时注意环境干扰，推荐将guidance端线长缩短。
- Guidance 需要使用 1.4 版本的固件；
- N3 的固件应该没有硬性要求，2018 的固件和 2017 的固件都可，建议先刷到最新版本，如尝试失败，可将版本降级进行尝试；
- 建议大家把RS 485 的hub 用上，使电调和飞控有通信，并在飞控DJI Assistant 软件设置选项中开启DJI 智能电调功能。
3.N3与Guidance连线
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图5
如上图N3 与Guidance连线图示 (左侧端子最右边一根线头已被去掉，不用连接)
[attach]21573[/attach]
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[attach]21576[/attach]
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注：
1.N3与guidance两侧通信接头如上图所示，左侧接头插入 guidance 主控上的5pin GH1.25自锁插口（注意不是UART接口），右侧接头建议插在N3飞控GNSS_compass 模块线上的CAN拓展口上。
2.图中两接头从左至右 ，均分别命名为端口1，2，3 ，4。接线时，只需将端口号相同线接在一起即可。值得注意是，左侧guidance 本来是5pin接口，图中最右侧一路线头已经被去掉，不连接。
3.使用前建议先标定Guidance，guidance调试软件见DJI官网guidance产品模块，标定好且Guidance 与N3 互相连接后，打开遥控器，如N3 的LED 灯效为双闪绿，则连接成功。如果灯效不对请检查线材以及重新标定。
4.在调试过程中，我们发现guidance与N3通信，与上电时间也有关系，若guidance比飞控上电时间提前较多，可能会通信失败。建议同时上电。
5.飞机遥控器若采用DT7，需要刷新为飞机固件才能与N3飞控通信，否则不能在调参助手中看见遥控器通道数据，接收机若采用DR16接收机，也需要刷为飞机固件。
6. 建议仔细阅读guidance和飞控使用指南，注意 guidance ，guidance视觉模块，N3飞控，GNSS模块都有安装朝向要求，guidance主控 和 N3主控尽量安装在飞机重心位置，同时注意散热。
DT7遥控器和DR16接收机，作为飞机遥控器和接收机均需要更改固件，遥控器可以自行在飞机和战车版本切换，接收机只能寄回组委会升级
遥控器升级软件下载链接：https://bbs.robomaster.com/article/5334?page=1?extra=#pid86478
三、机架安装须知
1. 机臂碳管定位孔用2.5mm光轴插入定位，用水平仪手动调整桨平。
图6 机臂定位孔位置图示
2. 机臂管夹上下夹紧，安装上下两层碳板时注意安装顺序。
3. 保护罩碳管和脚架碳管用胶水加固或打孔固定。
4. 机架空间较为封闭和狭窄，建议大家在设计机架的过程中考虑好走线路径和位置，避免装配中走弯路。
5. GPS在室内虽然没有定位作用，但内部包含有指南针模块，不安装无法起飞，且对于大电流以及强磁的模块要留有一定距离，避免磁扰。
四、安全注意事项
1. 改装后的空中机器人桨叶尺寸较大，为21寸，一定要先拆掉桨调试程序和桨平，避免出现安全问题。
2. 桨叶具有方向（CW和CCW），对角的桨叶方向一致，安装时一定要注意，不然会出现起飞机身翻覆的风险。
3. Guidance、电源板和N3模块发热相对较大，布线时一定要留足够空间，避免温度过高出现安全隐患。
4. 自行设计时尽量减少螺丝的安装，减轻重量，推荐飞机质量为9.5Kg以下（不含裁判系统和弹丸），如果载重比较大，动力系统电机会发热较严重，动力系统效率低下，影响续航。同时建议大家将重心尽量提高到桨平面，否则飞行时不好进行控制，飞机晃动较大。
5. 由于21寸桨尺寸和空气流量都很大，在靠近墙边容易出现晃动，建议大家在空旷地形和墙边都进行测试。
PS：机械图纸、物料的统计清单还有更详细的开源说明文档等已经上传附件啦~~小伙伴们看完资料后如果还有其他疑问，可以在评论区进行提问哦~
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