奧克蘭大學(xué)3D打印機器人飛行器，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，詳細介紹了一款3D打印機器人飛艇的設計和制造。 作者Gal Gorjup和Minas Liarokapis表示，該作品中的低成本，開(kāi)源設計主要適用于室內使用，并將用于教育和研究目的。



△組裝好的飛艇在飛行中，圖片來(lái)自?shī)W克蘭大學(xué)。

微型室內機器人飛艇

在設計用于室內的微型飛艇時(shí)，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(wèn)題。由于空間和容量不足，小型無(wú)線(xiàn)飛機的機上電源將受到限制。

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”的內部氣體，利用密度的差異在不需要任何額外動(dòng)力的情況下就能漂浮更長(cháng)的時(shí)間。由于缺乏產(chǎn)生升力的高速轉子，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。

設計及制造

該項目首先需要選擇合適的起重氣體來(lái)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械性能和氦氣保留能力。他們對比了未處理過(guò)的乳膠氣球，用Ultra Hi-Float處理過(guò)的乳膠氣球，透明氣泡氣球和微箔氣球。在16天的時(shí)間內每天測量一次氣球的升力和表面積。最終，由于其低應變率，高拉伸強度和低成本，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(lái)自?shī)W克蘭大學(xué)。

該項目的最后一部分涉及在氣球底側設計吊船。 纜車(chē)是3D打印的，并裝有Raspberry Pi Zero W，電動(dòng)機驅動(dòng)器，一組直流電動(dòng)機，升壓穩壓器，三個(gè)螺旋槳和一個(gè)提供動(dòng)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。



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



3D打印的吊船和內部的所有電氣組件， 圖片來(lái)自?shī)W克蘭大學(xué)。



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

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