奥克兰大学3D打印机器人飞行器，可用于教育和研究

南极熊获悉，奥克兰大学的两名工程师发表了一篇学术论文，详细介绍了一款3D打印机器人飞艇的设计和制造。 作者Gal Gorjup和Minas Liarokapis表示，该作品中的低成本，开源设计主要适用于室内使用，并将用于教育和研究目的。



△组装好的飞艇在飞行中，图片来自奥克兰大学。

微型室内机器人飞艇

在设计用于室内的微型飞艇时，需要考虑一些事项。首先，它必须是安全的，特别是如果要在拥挤的教室中使用。通常建议不要使用带有尖锐边缘和尖角的高速装置，因为这样做有造成眼球刺穿的危险。还有功耗问题。由于空间和容量不足，小型无线飞机的机上电源将受到限制。

因此，奥克兰的工程师决定选择比空气轻（LTA）的飞艇。 LTA飞行器依靠的是“比空气轻”的内部气体，利用密度的差异在不需要任何额外动力的情况下就能漂浮更长的时间。由于缺乏产生升力的高速转子，它们也往往具有柔软的外壳并相对较慢地行驶，因此将碰撞造成的伤害风险降到了最低。

设计及制造

该项目首先需要选择合适的起重气体来填充飞艇。 由于氢气缺乏安全性，Gorjup和Liarokapis选择了氦气，使其成为安全而有效的选择。氦气是不可再生的，因此选择正确的密封材料也是关键。

作者和评估了许多竞争者材料的机械性能和氦气保留能力。他们对比了未处理过的乳胶气球，用Ultra Hi-Float处理过的乳胶气球，透明气泡气球和微箔气球。在16天的时间内每天测量一次气球的升力和表面积。最终，由于其低应变率，高拉伸强度和低成本，二人最终选择了微箔作为密封材料。



密封气球竞争者（最右边的微箔）， 图片来自奥克兰大学。

该项目的最后一部分涉及在气球底侧设计吊船。 缆车是3D打印的，并装有Raspberry Pi Zero W，电动机驱动器，一组直流电动机，升压稳压器，三个螺旋桨和一个提供动态视角的摄像头。 总而言之，这些组件的总成本约为90美元。 吊船用尼龙搭扣带固定在微箔气球的下面。



完成设计后，工程师得出结论，该飞艇将适合于教育和研究，同时在财务和环境上均可行，并且学生能够开发和用于飞艇的PID控制器。 物理设计的开源性质也允许进行定制和优化，使学生有机会发展他们的CAD和快速原型制作技能。



3D打印的吊船和内部的所有电气组件， 图片来自奥克兰大学。



有关飞艇的设计和评估的详细信息，请参见题为“A Low-Cost, Open-Source, Robotic Airship for Education and Research”的论文。

3D打印赋予的设计自由度使其非常适合于高度可定制的远程控制车辆，例如无人机。 去年，SkyBox Engineering与意大利3D打印机制造商Roboze合作，为无人驾驶飞机生产阻尼器。 减震器由Carbon PA制成，可以吸收高速电机产生的振动。 在班加罗尔的其他地方，直接金属激光烧结专家Poeir Jets开发了印度的第一台3D打印重型混合动力无人机。 这些无人机的设计目的是一次可以举起120分钟重达75公斤的重量。