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关于大疆的自拍无人机,你想知道的细节都在这

时间:09-20 来源:ittbank 点击:
  1. 便携性,折叠方式,包括体积的最小化,折叠展开步骤的最简化

  2. 结构的简洁,可靠,耐摔

  3. 续航

  4. 外观

  5. 整机布局,合理布置pcb和散热,各组件和传感器的位置,并保证他们能发挥性能,互不干扰。这是一大块。

  6. 云台和减震设计

  7. 如何优化设计来优化生产和组装

这些因素之间会相互牵制和影响,而如何平衡取舍,或者如何跳出现有框架,想出新的解决方案做到两全其美,就是设计飞机的难点和乐趣所在。

折叠方式

先从一般人比较感兴趣的折叠方式开始说起吧。一开始我接到的要求是设计一款口袋无人机,不过稍做了一些调研分析后,当时我果断放弃了这个方向,因为:

  1. 这样的产品虽然比较吸引眼球,但是实用性不高,口袋这个空间的竞争已经非常激烈,手机,钥匙串,钱包等等。几乎轮不到无人机这种偶尔用一下的东西。就我个人来说,除了手机,连钱包一般都不放口袋里的,不舒服,就更别提厚厚的无人机了。

  2. 体积做得小本身是没有错的,但为了做到放在口袋里,牺牲了太多的画质和续航,在普通无人机20来分钟续航大家都嫌不够的时候,7-8分钟的续航是不能接受的。画质也做不到合格的水平(我心目中的合格是持平手机的拍摄画质)。因此这样的trade off不明智,我们要做的应该是在保证产品品质和体验的前提下做到便携,而不是为了便携牺牲产品其他更重要的品质。当时有个叫Anura的口袋无人机在众筹,我觉得不靠谱,后来果然失败了。(现在,将近2年过去了,市面上出现了一些量产成功的口袋无人机,不过续航,画质等还是很差,只能算是过渡型的产品,我觉得也不会赢得消费者的认可)

不做口袋无人机的话,应该把产品设计成什么大小和形态最好呢?我非常喜欢各种户外运动,有一次在Yosemite国家公园徒步的时候,我一边在想这个问题。走着走着口渴了,于是我拿出水瓶喝了一口水,然后心中就有了答案。口袋太小,但是水瓶的大小应该是足够容纳一个品质合格的无人机的。而且出去玩,谁不带瓶水呢?一般的背包,户外装备等,都会专门设计水瓶的存放空间,如果无人机折叠后大概是个水瓶的形态,出去旅行或者户外运动的时候,就能很方便的带上了。
然后我就在脑海中大概构想了几种折叠方式,有了初步靠谱的想法,非常激动,于是放弃了下午的徒步,直接赶回机场,借了几张纸就在机场画了起来。这就是第一版设计的由来,而后来又经过了半年多的研发和改进,整机布局和折叠方式才逐渐定型为今天的样子。之间的过程和艰辛这里就不说了,我直接讲讲最终的设计。
很多人会觉得Mavic后翼下置的造型以及后支臂向下翻转展开的方式很特别很酷炫,但可能不知道我们这么设计并不是为了特别和酷炫,而是有着很实在的考虑:最小化折叠后体积的同时,最简化机构和折叠步骤。这话怎么说呢?大家都知道四旋翼飞行器有4个支臂,4个电机和螺旋桨。最直接的想法就是直接把它们对折到机身,大概是这样(我们Mavic专利中的说明图,图中附带了一些说明文字):

这个设计简单,直观,但是也有不少问题。大家都知道飞机的电子系统和电池等主要占体积的部件,都在机身内,机臂的空间基本上是放不了什么东西,纯粹只是为了撑开四个螺旋桨而已。因此我们会尽量把机臂做的细细的,这样才能尽少的阻碍螺旋桨的下洗气流。虽然机臂细了,但是电机和螺旋桨却得要那么宽,因为细了会牺牲动力系统的效率。因此可以看到,这种设计折叠后,中间能放电池和电子器件的主机身,只占整体体积的1/3,而红框中的机臂,电机,桨(合称动力系统吧),反而占了整体体积的2/3,折叠后有大量空隙和没有利用上的体积,因此是相当低效率的折叠方式。

还有一种,会好一些,就是把前后机臂上下错开(我最初想用的办法):

这次,由于上下错开了,动力系统占得宽度就少了些。从2/3变到了1/2左右。不过上图有些理想化,因为实际折叠桨会比这个宽,就算在我们优化后(后面会细讲),折叠桨折叠后的宽度依然是机臂的3倍。因此,这个设计还有不少优化空间 。因为折叠桨占用了大部分的宽度,机臂本身细很多,所以机臂和机身之间还会有比较大的空隙,没有利用到。
美国Lockheed Martin有一款无人机,设计就介于上面两种之间,是这样的(图片来自网络,侵删):

没有地方放云台,形态也不美观,折叠后体积利用率不是很高。
那么应该如何最小化折叠后的体积呢?可以看看Mavic的机身(为了让大家看清,我先把折叠桨取下来了。图片都是我自己随便用手机拍的工程样机,晚些如果有空换些好看点的图):

从上面看

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