奧克蘭大學(xué)3D打印機(jī)器人飛行器，可用于教育和研究

南極熊獲悉，奧克蘭大學(xué)的兩名工程師發(fā)表了一篇學(xué)術(shù)論文，詳細(xì)介紹了一款3D打印機(jī)器人飛艇的設(shè)計和制造。 作者Gal Gorjup和Minas Liarokapis表示，該作品中的低成本，開源設(shè)計主要適用于室內(nèi)使用，并將用于教育和研究目的。



△組裝好的飛艇在飛行中，圖片來自奧克蘭大學(xué)。

微型室內(nèi)機(jī)器人飛艇

在設(shè)計用于室內(nèi)的微型飛艇時，需要考慮一些事項。首先，它必須是安全的，特別是如果要在擁擠的教室中使用。通常建議不要使用帶有尖銳邊緣和尖角的高速裝置，因為這樣做有造成眼球刺穿的危險。還有功耗問題。由于空間和容量不足，小型無線飛機(jī)的機(jī)上電源將受到限制。

因此，奧克蘭的工程師決定選擇比空氣輕（LTA）的飛艇。 LTA飛行器依靠的是“比空氣輕”的內(nèi)部氣體，利用密度的差異在不需要任何額外動力的情況下就能漂浮更長的時間。由于缺乏產(chǎn)生升力的高速轉(zhuǎn)子，它們也往往具有柔軟的外殼并相對較慢地行駛，因此將碰撞造成的傷害風(fēng)險降到了最低。

設(shè)計及制造

該項目首先需要選擇合適的起重氣體來填充飛艇。 由于氫氣缺乏安全性，Gorjup和Liarokapis選擇了氦氣，使其成為安全而有效的選擇。氦氣是不可再生的，因此選擇正確的密封材料也是關(guān)鍵。

作者和評估了許多競爭者材料的機(jī)械性能和氦氣保留能力。他們對比了未處理過的乳膠氣球，用Ultra Hi-Float處理過的乳膠氣球，透明氣泡氣球和微箔氣球。在16天的時間內(nèi)每天測量一次氣球的升力和表面積。最終，由于其低應(yīng)變率，高拉伸強(qiáng)度和低成本，二人最終選擇了微箔作為密封材料。



密封氣球競爭者（最右邊的微箔）， 圖片來自奧克蘭大學(xué)。

該項目的最后一部分涉及在氣球底側(cè)設(shè)計吊船。 纜車是3D打印的，并裝有Raspberry Pi Zero W，電動機(jī)驅(qū)動器，一組直流電動機(jī)，升壓穩(wěn)壓器，三個螺旋槳和一個提供動態(tài)視角的攝像頭。 總而言之，這些組件的總成本約為90美元。 吊船用尼龍搭扣帶固定在微箔氣球的下面。



完成設(shè)計后，工程師得出結(jié)論，該飛艇將適合于教育和研究，同時在財務(wù)和環(huán)境上均可行，并且學(xué)生能夠開發(fā)和用于飛艇的PID控制器。 物理設(shè)計的開源性質(zhì)也允許進(jìn)行定制和優(yōu)化，使學(xué)生有機(jī)會發(fā)展他們的CAD和快速原型制作技能。



3D打印的吊船和內(nèi)部的所有電氣組件， 圖片來自奧克蘭大學(xué)。



有關(guān)飛艇的設(shè)計和評估的詳細(xì)信息，請參見題為“A Low-Cost, Open-Source, Robotic Airship for Education and Research”的論文。

3D打印賦予的設(shè)計自由度使其非常適合于高度可定制的遠(yuǎn)程控制車輛，例如無人機(jī)。 去年，SkyBox Engineering與意大利3D打印機(jī)制造商Roboze合作，為無人駕駛飛機(jī)生產(chǎn)阻尼器。 減震器由Carbon PA制成，可以吸收高速電機(jī)產(chǎn)生的振動。 在班加羅爾的其他地方，直接金屬激光燒結(jié)專家Poeir Jets開發(fā)了印度的第一臺3D打印重型混合動力無人機(jī)。 這些無人機(jī)的設(shè)計目的是一次可以舉起120分鐘重達(dá)75公斤的重量。