无人机机身的设计灵感来自药丸虫

  四轴飞行器有非凡的特技表演能力,但即使是最熟练的飞行员和算法也无法避开每一个障碍。这年代为什么一双机械工程和生物医学工程系的科学家们在香港城市大学开发了一个机体受到折纸(昆虫),它们描述了在新出版的预印本的论文(Quadrotor的钢质包装袋保护机制)。当装有它的四轴飞行器在飞行途中与另一个物体相撞时,该设计会机械展开,重新配置其结构,以保护相机、电脑和热传感器等敏感部件。

  “随着(无人机)任务的复杂性增加,它不可避免地增加了失败的几率。尽管试图规避事故,但仍有可能出现无法预料的情况,导致意外的碰撞,破坏航班的稳定。合著者写道。“随后的坠落可能会对机器人造成毁灭性的伤害。科学家们说,机身的折叠机制是模仿药丸虫的“聚集”行为,即它们分块的外骨骼紧紧卷曲,以保护敏感的内脏。同样,研究人员的刚性机身沿着四个弯曲铰链变形,这些铰链直接连接到屏蔽无人机的基座上。

药丸虫

  机身重14.9克,由一块地砖、夹在玻璃纤维之间的聚酰亚胺可折叠臂、一个折叠耦合器和折叠触发器组成,在飞行中保持刚性,以减轻其重量。来自无人机螺旋桨的垂直推力产生向上的力量,扭矩使机身的手臂不会过早折叠。碰撞时,撞击旋转折叠触发器,推动手臂的一部分,克服折叠轴上方的扭矩,一点一点地调整关节,直到整个结构折叠起来。“机身……保护(无人机的)身体免受坠落。开发的原型利用智能机械设计来克服结构刚度的矛盾要求,”团队写道。“通过将一对平面结构垂直对齐,我们获得了所需的刚度。联锁机构,或关节限制,让机器人利用推力保持飞行状态。”

  为了验证他们的设计,研究人员在飞行中以大约1.5英里每小时的速度撞毁了一架装有机身的四轴飞行器。这架无人机在落地前不到0.2秒就折叠好了,研究人员表示,这意味着它可以适应载重量较低的小型无人机。“所提出的机制并不能保护机器人免受顶部或底部碰撞,”合著者写道。“已经在静态测量和实际飞行中得到了实验验证。”

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