🍩 🧟 🥤 كيف صنعنا طائرة بدون طيار لا تخشى السقوط ، وما هو الشائع بين الهندسة المعمارية والذراع الآلية والمروحية 👨🏾‍🍳 😄 🙋

كان لدينا عشر طائرات بدون طيار محطمة في السنة ، واختبار الرحلات مرتين في اليوم ، وثلاثة دكتوراه في الفريق ، ونموذج أولي مصنوع من أعواد السوشي ، ورغبة في إيجاد طريقة لعدم ضرب الطائرات بدون طيار مرة أخرى.

مثير للجدل جدا ، غير عادي جدا ، غريب جدا ، لكنه يعمل! عند تقاطع العمارة والروبوتات التعاونية والمركبات الجوية بدون طيار. تقديم: Tensodrone ™.

Tensodrone (Tensodron) - مركبة جوية بدون طيار (UAV) من نوع متعدد الدوارات بتصميم جديد مع حماية ضد الاصطدامات ، مصنوعة على أساس مبدأ الشد. يحسن هذا النهج مقاومة الصدمات بوزن أقل من خلال الجمع بين القفص الواقي وتصميم الإطار الهيكلي.

يعد المشروع مثالًا حيًا على تفاعل فرق مختلفة من مركز كفاءة NTI في اتجاه "تقنيات الروبوتات ومكونات الميكاترونكس" على أساس جامعة إنوبوليس.

الطائرات بدون طيار تتساقط

المصدر

فقط لأنهم يطيرون. أنظمة التحكم والمحركات وأجهزة الاستشعار والطيار الآلي وأجهزة الكمبيوتر والبرامج الموجودة على متن الطائرة - يحاول المطورون القيام بكل هذا بأكبر قدر ممكن من الموثوقية ، لكن خطر تعطل المروحية لا يزال قائماً. وإذا كان هذا نموذجًا أوليًا ، فأنت بحاجة في الحال إلى إنشاء عدة (قطع أو عشرات؟) من أجل التصحيح. بالإضافة إلى العوامل الداخلية ، من الواضح أن العوامل الخارجية تبقى: الرياح ، والعوائق السلبية ، والتأثير النشط.

بالكاد يجادل أحد ، تسقط الطائرات بدون طيار وتصطدم وتنقلب.

يمكنك محاولة تجنب ذلك ، يمكنك الاستعداد له. ما الأفضل؟ الأمر متروك للمطور والمستخدم والمشرع.

أنا أؤيد استخدام كلا النهجين معًا. لكن في هذه المقالة ، سنركز على كيفية تجنب عواقب سقوط أو اصطدام طائرة بدون طيار.

هياكل الحماية

النهج الأكثر مباشرة لتجنب عواقب سقوط أو اصطدام طائرة بدون طيار هو القفص الواقي والهياكل الواقية الأخرى. هناك مهمتان هنا - حماية الطائرة بدون طيار من التلف وحماية البيئة التي تعمل فيها الطائرة بدون طيار والأشخاص الموجودين فيها من الطائرات بدون طيار.

النسخة الأساسية من التصميم ، والتي من المرجح أن تحمي الناس من الطائرات بدون طيار ، هي واقي المروحة.

AR.Drone 2.0 بدون طيار مع واقيات المروحة. المصدر

هناك أيضًا حلول ممتعة مستوحاة من الأوريغامي مع واقيات المروحة المرنة القابلة للطي (وحتى تصميمات الإطارات) التي طورها فريق البروفيسور داريو فلوريانو في EPFL.

التصميم السائد لحماية الطائرة بدون طيار نفسها (وفي نفس الوقت الأشخاص منها) هو قفص وقائي. كوادكوبتر نفسها داخل القفص.

طائرة بدون طيارالبرسيم من COEX

الروسية تصنع شركة COEX الروسية طائرات بدون طيار لأغراض التدريب ، والتي تحتوي افتراضيًا على حراس المروحة ، واختيارياً ، قفص واقي.

طائرة بدون طيار Flyability ELIOS

Swiss (سويسرا - عاصمة dronostroeniya؟) شركة Flyability - ربما تنتج مروحية ELIOS الأكثر نجاحًا تجاريًا مع قفص وقائي لإجراء عمليات التفتيش داخل المباني. أصالة التصميم تتمثل في ربط القفص الواقي بإطار المروحية على تعليق متحرك مع إمكانية التثبيت. تقدم شركة Dronistics التابعة لشركة

Drone Dronistics

EPFL (سويسرا مرة أخرى ، من مجموعة Dario Floreano) طائرة بدون طيار مع قفص قابل للطي من أجل التسليم الآمن للبضائع.

لا يزال كسر

عيب هذه الطائرات بدون طيار هو زيادة كتلة الهيكل - تحتاج إلى حمل قفص واقي وملحقاته بالطائرة بدون طيار. تؤدي الرغبة في تقليل وزن الهيكل الواقي إلى انخفاض قوته.

طائرات بدون طيار ذات هندسة متغيرة

هناك اتجاه آخر يتعلق بفكرة الطائرات بدون طيار الوعرة (وليس فقط) وهو طي الطائرات بدون طيار والطائرات بدون طيار بهندسة متغيرة (قابلة للطي والتحول). يشير هذا إلى قدرة الطائرة بدون طيار على تغيير شكلها الهندسي أثناء الطيران. يتم تصنيع الهياكل القابلة للطي من أجل تجنب الأضرار التي لحقت بالطائرة بدون طيار (على سبيل المثال ، يمكن للطائرة بدون طيار أن "تتأرجح" قبل الاصطدام) ، ويمكن ، على سبيل المثال ، طي الطائرة إلى حجم صغير للطيران من خلال النوافذ الضيقة.

ربما تكون قد شاهدت فيديو رائع لطائرة بدون طيار هندسية متغيرة من سويسرا (نعم ، ETH + EPFL + UZH مرة أخرى). هذه الفكرة أيضًا مثيرة للاهتمام وقريبة منا ، سأخبرك لماذا لاحقًا.

طائرة بدون طيار مع هندسة متغيرة

التوتر

جدول الشد. مصدر

الشد هو قدرة الهياكل الهيكلية على استغلال تفاعلات العناصر الصلبة الضاغطة مع مركبات الشد لضمان أن كل عنصر يعمل بأقصى قدر من الكفاءة والاقتصاد ( ويكي ). المصطلح جديد نسبيًا ، ظهر في الستينيات. الجدول الموجود في الصورة أعلاه يقف (أو يتدلى) بدون أرجل فقط بسبب مبدأ الشد.

هناك العديد من التطبيقات الحديثة لهذا النهج في الهندسة المعمارية ، من حيث ظهر ، بشكل أساسي في تصميم الجسور.

أكبر جسر تينسجريتي في العالم ، أستراليا. مصدر

الاستخدامات البديلة :)

الشد في الروبوتات

واحدة من أقدم مجالات الروبوتات - المتلاعبين الصناعيين - تشهد الآن مرحلة جديدة في تطورها مرتبطة بما يسمى. الروبوتات التعاونية. في خطاب المتخصصين في هذا المجال ، يمكن سماع مصطلحين بتردد كبير - الصلابة والامتثال.

في الروبوتات الصناعية ، يشير مصطلح الامتثال إلى المرونة والامتثال. إن الإنسان الآلي الصلب غير المتوافق هو جهاز يعمل بغض النظر عن القوى الخارجية التي تعمل عليه. سيتبع المستجيب النهائي للروبوت نفس المسار تمامًا في كل مرة. من ناحية أخرى ، يمكن للمستجيب النهائي للروبوت المتوافق أن يتحرك على طول مسارات مختلفة لإكمال مهمة وتطبيق قوى مختلفة على الكائن. على سبيل المثال ، يمكن للإنسان الآلي أن يمسك بيضة دون سحقها. تكمن الصلابة الخاضعة للرقابة في قلب الروبوتات التعاونية.

تأتي أفكار استخدام الشد في الروبوتات من الروبوتات التعاونية و "اللينة". تتميز هياكل الشد بأنها خفيفة الوزن ومقاومة للصدمات وتجعل من الممكن التحكم في صلابتها (الامتثال) والتكوين (الشكل).

أشهر مثال على تطبيق الشد في الروبوتات هو Super Ball Bot التابع لناسا ، وهو روبوت أرضي قابل للطي ، تم التخطيط لاستخدامه في دراسة أسطح الكواكب. بفضل الهيكل الكروي للكابلات والكابلات ، يمكن للروبوت أن يتحمل السقوط من ارتفاع كبير عندما يسقط على الكوكب من مركبة فضائية. بمجرد وصول الروبوت إلى السطح ، يمكن أن يتدحرج في أي اتجاه عن طريق التحكم في أطوال الكابلات و / أو القضبان.

فيديو IEEE Spectrum على NASA SUPERball v2

الروبوتات المتوترة في جامعة إنوبوليس

في UI ، نطور جهازًا رياضيًا للنمذجة والتصميم والتحكم في الأنظمة الآلية ذات الهياكل المقترنة بالإجهاد مع الصلابة المتغيرة (هذا هو الشد). هذا عمل أساسي يمكن العثور عليه في مجموعة متنوعة من الروبوتات ، مثل أجهزة التحكم في التوتر أو الروبوتات المتحركة. كان أوليج

بالاكنوف

أوليغ ، المتلاعب بالشدود ، والزميل الباحث في UI ، أول من بدأ في صنع نماذج أولية لروبوتات الشد لدينا - أولاً من العصي الخشبية والأربطة المطاطية. ربما تحافظ صورة البناء المصنوع من أصابع السوشي أيضًا على سجل الدردشة.

Vibrobot الشد

تأثير تآزري

ربما حصلت عليه بالفعل

لدي طائرة بدون طيار ، ولدي توتر. قرف! (تنسودرون)

بمجرد وصولي إلى مرآبنا مررت بتصميم غريب لافت للنظر:

سألت: "ما هذا؟" قيل لي: "هيكل لا يقهر - أسقطه ، لكنه لا ينكسر".

لقد كسرت (في الواقع ذبلت للتو - تغيرت شكلها لأن الأربطة المطاطية كانت فضفاضة وغير محاذية) لكننا بحاجة إلى مثل هذا التصميم للطائرات بدون طيار! وبدأنا تجربة مغامرة.

فيديو اختبار بقاء الشد

اختبار أصعب

Squishy robotics — , - , ,

مغامرة

يوافق سيرجي على تجربة المغامرة. جيف بيزوس هو أيضًا

سيرجي سافين - باحث أول وأستاذ مشارك وعالم جاد حاصل على درجة الدكتوراه بعمر 25 عامًا والعديد من منشورات التقييم. وهو أحد الآباء المؤسسين لشركة Tensegrity Robotics في UI ، وتلقى العديد من المنح لتطوير Tensegrity في Robotics.

يفكر إيغور في فكرة

يجمع ديمتري وأوليغ وهاني أول tencodron (يبدو كشيء ما). ديمتري ديفيتجيجا فلوبسيس- باحث وطالب دراسات عليا بالجامعة وطبق أحدث التقنيات - أنابيب الكربون وخيوط الكيفلار والطباعة ثلاثية الأبعاد بالكربون والبلاستيك اللين نفذ كل شيء وجعله يطير.

عملية تجميع Ura tensodron

. حدث!

يطير!

ديمتري هو أيضًا الممثل الأول بعد tensodron في مقاطع الفيديو الملحمية لرحلاته الجوية. معدل:

لعبة ممثلين يقومان ببطولتهما. فيديو DeluuusiOn

مشاكل الإدارة

مشكلة التحكم الرئيسية مقارنة بالطائرات بدون طيار التقليدية هي الاهتزازات ، والتي ، أولاً ، تكون أكبر في السعة ، وثانياً ، تختلف بالنسبة لوحدة التحكم والمحركات المختلفة ، لأن يتم تثبيتها على عوارض مختلفة (على الرغم من أن هذا يمكن أن يكون أيضًا عزلًا زائدًا للاهتزاز).

اختبارات تعليق Tensodron المبكرة: الاهتزاز (آسف للفيديو الرأسي)

الاختبارات المبكرة للتنسودرون أثناء الطيران: الاهتزاز

نحن لسنا وحدنا

, .

( ), , Imperial College London:

, : — .

.. , , , .

, , :

Hayden Cotgrove, Christopher Turner, Zachary Yamaoka Tensegrity Drones.

-, . -, — -, -, . , , .

. , Hayden Cotgrove, Christopher Turner, Zachary Yamaoka:

Results

The drone was able to hover for short periods, thus proving that it is possible for tensegrity drones to fly. However, the propellers struggled to lift the drone for a couple of reasons:

The tensegrity structure was much heavier than the corresponding rigid structure as it made mostly from thick MDF, rather than thin carbon-fibre

The tensegrity structure vibrated a lot as the outside structure was not stiff enough, despite the motors being held on one rigid plane

The payload also vibrated too much, occasionally colliding the propellers

نقوم بحل هذه المشكلات من جانبين - من خلال تحسين التصميم لتقليل الاهتزازات أثناء الطيران وتطوير خوارزميات التحكم وتقدير الحالة من أجل قمع الاهتزازات والتحكم بشكل أفضل ، بما في ذلك مراعاة البيانات الإضافية من مستشعرات IMU على الحزم ونموذج ديناميكي لهيكل الشد.

السقوط على الأرض متبوعًا بالإقلاع ، في الداخل (بدون تثبيت)

عدد قليل من أشرطة الفيديو التجريبية

, , . , .. .

( )

ماذا بعد؟

ابحاث

لا يزال هناك الكثير من الأشياء المثيرة للاهتمام في المستقبل: ~~تقديم طلب براءة اختراع ،~~ وكتابة مقال علمي مع بحث مفصل ، واختبار خيارات تصميم جديدة (أوه ، لقد اخترعنا الكثير منها).

تطبيق

الآن هذا الشيء يطير بمفرده في مهمة معينة (بما في ذلك GPS في الشارع وفي الداخل - سنستخدم قياس المسافات البصري). بالنسبة لنا ، فإن تقديم المزيد من طلبات التفتيش على المباني أمر واضح.

باستثناء مستوى التحكم المنخفض والشكل ، فإن tensodron هي طائرة بدون طيار عادية ، نقوم بدمج خوارزميات تخطيط الحركة الخاصة بنا فيها من أجل الاستكشاف المستقل وتجنب العقبات.

مثال على إجراء فحص تلقائي. مشروع الماجستير من قبل فيكتور ماساج ، خريجنا وفي المستقبل القريب ، نأمل أن يكون موظفًا من برشلونة

ومرة أخرى البحث

إن إمكانات تصميم طائرة بدون طيار Tensegrity أكبر بكثير من طائرة بدون طيار بسيطة.

هل تتذكر الطائرة بدون طيار من الفيديو أعلاه؟ ماذا عن SUPERball ؟

لذا ، إذا قمت بتغيير أطوال القضبان أو شد كبلات الطائرة بدون طيار ، يمكنك التحكم في تكوينها (أو ، ببساطة ، الشكل)!

اتضح طوي تحويل Tensodrone. نحن نجري بنشاط البحث في هذا المجال.

جامعة إنوبوليس الهندسة المتغيرة Tensodron (مفهوم)

تطبيق Tensegrity للطائرة يفتح تحديات بحثية جديدة. يوضح النموذج الأولي للتصميم بالفعل أن الفكرة تعمل ويمكن استخدامها لحماية الطائرات بدون طيار.

كيف صنعنا طائرة بدون طيار لا تخشى السقوط ، وما هو الشائع بين الهندسة المعمارية والذراع الآلية والمروحية