【全技术干货】介绍一个大学里的一个直升机项目给大家——CADC模拟搜救（持续更新中）

htbaoyufei · 发表于 2020-4-12 21:47

本帖最后由 htbaoyufei 于 2020-4-17 09:20 编辑

【本文涉及几个部分：项目介绍、个人想法、需求技术、适应人群等，持续更新中】

初闻这个项目是在我高中时期，那会知道大学里有个科研类航模锦标赛，挺符合我拿航模不光飞还要进行项目应用的想法的。CADC全名是中国国际飞行器设计挑战赛暨科研类全国航空航天模型锦标赛。在CADC中，唯一跟直机以及机械方面沾边的就是模拟搜救项目。简单来说模拟搜救就是拿直机挂个机械臂，去拾取物品，通过障碍后在规定区域投放的一个项目。这个项目应用了航模，机械设计，控制，图像处理的相关技术方案。

一般来说，飞机使用为700级大小直机，毕竟底下机械臂重嘛（一般5kg以上），飞行时间为5min，电池限定51v以下。不过说起来最近几年场上基本上清一色的亚拓了，什么700dfc、700l、700x、760x都有，前几年的雷虎、sab、gaui之类的倒是很少了。

先上比赛要求介绍：

在以上的场地中（一般为网球场大小），由飞手将飞机从起降区起飞，飞行并降落到需要抓取的物品盘上，通过应用机载图像采集设备（各路摄像头采集物品摆放位置图片）寻找、选定，并自动拾取某一特定的救援物资（可回传至地面端进行图像处理，地面端对图像进行处理后产生抓取坐标信息，发送至机载单片机上控制底部机械臂抓取/投放至指定位置）飞越障碍后将该物资投放给待投区内特定的圆盘中。

以上为完成一趟搜救任务。循环往复直至该轮次比赛时间结束。

附上19年比赛视频（转侵删）

https://www.bilibili.com/video/BV157411u7cm

666NB · 发表于 2020-4-12 23:26

学习了，我们也准备去试试

htbaoyufei · 发表于 2020-4-12 23:34

666NB 发表于 2020-4-12 23:26
学习了，我们也准备去试试

好的好的，准备加油，不过可以边看边准备，我会总结一部分这几年的设计创新点

666NB · 发表于 2020-4-12 23:36

htbaoyufei 发表于 2020-4-12 23:34
好的好的，准备加油，不过可以边看边准备，我会总结一部分这几年的设计创新点

谢谢，期待学习

S天空任我游S · 发表于 2020-4-13 08:32

期待bao兄的完结篇，持续学习

htbaoyufei · 发表于 2020-4-13 10:32

附加：2020cadc 模拟搜救项目规则（588067363 cadc 模拟搜救项目交流群内索取，包含之前照片、其他学校贡献出来的图纸等）

那么根据以上的规则要求以及之前比赛的视频和图片情况（具体可以去优酷和b站搜）基本就可以去有一个比较清晰的规划了
首先需要有一台直升机，这台飞机可以是550-800级任意一种，只要电池不超过12s就可以，不限制飞机大小，但是要考虑练习成本和载重的话，我个人比较推荐700-760级，也就是使用690-760桨的飞机。飞机个人推荐亚拓全系、gaui x7、sab 700、雷虎e700/e720、RVE750、富丽t7……其它机型。机子要求是刚度比较好，机身悬挂5-10多kg机架时，必须保证机身的强度，而且要求机子尽可能轻一些，所以以上这些重量在5-5.5kg的机子就比较适合了。
机子建议配置电机为4525/800mx以上电机，高压舵机（2s直驱），160a及以上电调。这样可以保证在带载情况下有足够的动力，不至于爆飞时候动力保护或者力量不太够的情况，而且可以保证控制的相对安全。陀螺仪按飞手或者学校选择，比如cgy750、vbar、mb……
然后我们学校初期训练方案是这样的：11月招新飞手，同时在上半年学期要求会飞四面悬停及航线、了解基础航模常识、会组装四轴并手动四面悬停及航线。在2月开始的下半年学期开始自己组装450/x3这类小机子，在学长/学姐带领下尝试单飞，并持续2个月内练成四面悬停。之后重新组装700，2个月内连成四面悬停及航线，会救机，会熄火降落等。然后做一个架子，就是空架子，不带底下的机械臂，尝试按比赛要求进行持续飞行。直至组内在完成机械臂情况后带载实际测试，最后就是按程序训练（具体可以看1楼视频）。
当然，每个学校是需要自己准备那个盘的，推荐不锈钢找外面做一个，一次可以用很久很久。

htbaoyufei · 发表于 2020-4-13 11:20

其余人的话，需要做的就是琢磨透今年的技术规则（实际上没变），根据上一年其他学校的照片或者视频来进行选择改进，加以利用，制作一套适合自己学校的机械臂
这个比赛要求是制作一个能将飞机下方图像界面进行回传的机械臂，并通过上位机等进行控制（自动处理），然后把坐标结果发给机载单片机，控制机载机械臂来夹取（吸取）指定坐标的魔方或者台球，飞机飞到指定地点后，再将下方盘内图片进行回传，构建坐标系，再进行以上的过程，将物品放到指定圆盘里。
那么我就从机械设计方案及电控及上位机图像处理方案来进行个人理解的解读吧：
机械篇，机载是这个项目里最重要的一部分，这个项目相当考验制作方在机械设计上面的创新经验。毕竟需要一个机械手能够抓取台球和魔方，而且要求在飞行时能够稳定悬挂，保证不掉落（掉落需复飞）。台球为标准斯诺克台球，直径52.5mm，公差±0.5mm，质量146g，公差±10g，外表质感光滑；魔方为标准三阶魔方（棱长约56mm，公差±0.5mm，质量约75g，公差±5g，六面不同色，可能打乱布置），外表为多个正方型组，比较光滑，但因为有缝隙不可用普通气动吸盘。
而且要考虑的就是一个直径500mm，高80mm的圆盘内，摆放了15个魔方和6个台球，部分魔方还贴在盘壁上面，所以想全部夹取非常非常不容易的（所以很佩服前几名的学校，做的设计确实非常好！），所以需要一个权衡的机械设计方案来抓取这些物资。

九鲲 · 发表于 2020-4-13 13:41

有趣又有意义的活动，这是培养直升机搜救人才啊

htbaoyufei · 发表于 2020-4-13 18:18

九鲲发表于 2020-4-13 13:41
有趣又有意义的活动，这是培养直升机搜救人才啊

应该不算吧，一个是航模和其他方面的结合（机电一体化），另一个的话就是机械，电子电路控制，以及上位机三个目前工科应用比较广的方向的实践应用

酒醉戏丽颜 · 发表于 2020-4-13 22:35

帮顶

黄华镇 · 发表于 2020-4-17 05:05

参加过比赛的来顶你

htbaoyufei · 发表于 2020-4-17 08:43

机械爪设计：

19-20年机械爪设计可谓是多种多样，从原来的只抓台球到现在的魔方和台球都需要抓的情况，机械爪设计就需要改版了很多。
这种是18年及以前大部分学校采用的想法：

一般选择一个比台球稍大一些的圆筒，然后底部两边打孔，放入线（一般选择凯夫拉之类），利用舵机来控制这根线是否拉紧，在放松情况下把球扣进去，绳拉紧后球就掉不出来了

（看不懂就别做这个比赛机械设计了）
但是因为魔方和台球形状不同，这个东西就改变了

就会成为这种了，（蓝圈为台球投影大小，白正方形为魔方投影大小，红色为外接圆）
这时候再使用绳子来处理，很可能造成球容易掉出来，魔方卡不进去的情况，所以这时候是肯定不能拿绳子来卡住这两个物品来进行抓取的。
那么需要的改动就有很多了：以下为各个学校的改版及分析（可能涉及到各个参赛学校的机型情况，需要留言删除）

htbaoyufei · 发表于 2020-4-17 08:47

黄华镇发表于 2020-4-17 05:05
参加过比赛的来顶你

谢谢！，希望这位前辈也能把自己的想法分享出来，cadc目前参加学校越来越少了，不像电赛那样，还是需要一定的引导方案来刺激没参加的学校来参加，让参加的学校积极创新改动

htbaoyufei · 发表于 2020-4-17 09:17

我先说说我们当时的想法吧
因为当时不是我负责这一届，但我属于整体的方案方向设计，当时前面设计同学直接就是按传统的机器人比赛方式，找个机械爪想着抓了就行。而且因为被当年北航和其他学校气动影响比较大，所以就想到了气动柔性爪来抓取，但之后实际体验不好，就在我来之后就改进了。

1. 传统未加改进的机械爪：

今年忘记哪所学校了，包括我们初始方案也是这种：气动柔性机械爪，易爪科技的这款

优点是抓取快，因为是高压气体动力，所以就导致了可以比舵机等方案快相当多，而且可以通过调节节流阀来控制抓取力度和速度。底部的爪子也因为可以抓很多种物品所以兼容性很强。

缺点：1、没有考虑实际应用情况，整个盘子里面物资相当密集，有些碰到一起这玩意就下不去爪子了。2、行程比较短，调节困难。3、在抓取一定次数后，气压不够情况下会力度不够，物品在起飞后容易掉下来。4、价格本身比较昂贵，单个小1k，如果自己做还可以便宜很多

18608171111 · 发表于 2020-4-17 10:24

学习了

tanxw123 · 发表于 2020-4-22 09:12

不允许使用自驾仪（包含救机模块、飞控等）？？我觉得应该鼓励设计全自动全程自控，还要什么飞手

tanxw123 · 发表于 2020-4-22 09:13

4旋翼机完成这个项目应该更合适，直升机只能是一个好玩具，不是生产力

文哥仔 · 发表于 2020-4-23 20:57

帮顶一下

496152907 · 发表于 2020-4-27 16:51

帮顶一下

【全技术干货】介绍一个大学里的一个直升机项目给大家——CADC模拟搜救（持续更新中）

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