Швейцарцы построили всенаправленный додекакоптер для контактной инспекции
Швейцарские инженеры разработали и протестировали всенаправленный додекакоптер, предназначенный для контактной инспекции сооружений. Сдвоенные роторы на поворотных плечах позволяют дрону удерживать устойчивое положение при приложении силы к обследуемой поверхности, говорится в препринте на arXiv.org.
Подавляющее большинство мультикоптеров, несмотря на маневренность, плохо справляются с силой, приложенной параллельно плоскости винтов — дрон легко вывести из равновесия, просто толкнув в бок. В последние годы дроны начали широко использоваться для инспекции самых разных сооружений: паровых котлов, сотовых вышек и мостов (существует даже дрон, заглядывающий в дупла). Однако во всех этих сценариях подразумевается исключительно бесконтактный осмотр, а когда риск соприкосновения беспилотника с поверхностью велик, его защищают специальным корпусом.
Тем не менее, в некоторых случаях визуального осмотра недостаточно, в том числе при обследовании сооружений из бетона (подробнее об этом можно прочитать в нашем материале «Нужно больше арматуры»), и в том числе поэтому инженеры разрабатывают разные способы повысить устойчивость дронов. Это делают как программно (например, учат агрессивным маневрам), так и аппаратно, экспериментируя с конструкцией беспилотника.
Инженеры из Швейцарской высшей технической школы Цюриха построили всенаправленный додекакоптер. 12-роторный дрон построен на раме гексакоптера со сдвоенными роторами, причем на каждом плече рамы отдельно расположен привод для поворота, благодаря чему мультикоптер может менять вектор тяги каждой пары роторов независимо.
На раме мультикоптера установлено отдельное плечо с эффектором для контакта с поверхностью. Разработчики протестировали додекакоптер в нескольких сценариях, в том числе дергали за веревку, заставляли катить колесо по потолку и повторять на доске одну и ту же линию маркером, а также протестировали бетон методом электрического потенциала, выявляя ржавую арматуру. Во всех сценариях беспилотник показал высокую устойчивость в полете.
Стоит отметить, что это не первый всенаправленный мультикоптер, два года назад был представлен коммерческий гексакоптер Voliro, который также разрабатывали инженеры из Швейцарской высшей технической школы Цюриха, но в нем использовались одинарные роторы и не было дополнительной «руки» для установки оборудования. В Швейцарской высшей технической школе Цюриха вообще часто экспериментируют с беспилотниками: там научили квадрокоптер делать переворот с шестом, наладили веревочную переправу при помощи квадрокоптеров, а также построили дрон-кольцо и однороторный асимметричный дрон.
Николай Воронцов
Его можно сдавливать и растягивать во время работы
Инженеры разработали полностью мягкий бесколлекторный электродвигатель. Его статор, ротор и даже магниты сделаны из силикона. В качестве обмотки используются трубки, заполненные жидким сплавом галлия и индия. Для демонстрации возможности практического применения электромотор применили в конструкциях воздушных и водяных насосов, а также для приведения в движение тележки на колесах. Статья с описанием двигателя опубликована в журнале Soft Robotics. Роботов, состоящих полностью из мягких материалов, обычно разрабатывают для использования в областях, где требуется деликатное взаимодействие с окружающими объектами, в том числе для наблюдений за хрупкими морскими животными в их естественной среде обитания или в медицине при взаимодействии с человеком. Несмотря на то, что разработка подобных роботов ведется уже довольно давно, до сих пор одной из главных проблем остается выбор подходящего актуатора для них. Обычно применяемые в таких случаях пневматика и гидравлика не всегда подходят. Например, они не могут полноценно заменить электродвигатели для создания эффективного быстрого вращательного движения, а также требуют внешних или бортовых насосов для создания давления. https://www.youtube.com/watch?v=o-Lgy0rkvFM Этот пробел в компонентной базе решили устранить инженеры под руководством И Чэнь Мазумдар (Yi Chen Mazumdar) из Технологического института Джорджии. Они разработали четырехполюсный трехфазный синхронный бесколлекторный электродвигатель, состоящий полностью из мягких материалов. Внешний диаметр двигателя составляет 80 миллиметров, высота 40 миллиметров, а диаметр ротора 10 миллиметров. Статор изготавливается из мягкого легко деформируемого силикона. На нем расположены шесть катушек, в качестве обмоток на которых вместо медных проводов используются мягкие силиконовые трубки с внутренним диаметром 1,3 миллиметра. Они заполнены жидким при комнатной температуре проводящим сплавом галлия и индия. На роторе расположены четыре мягких постоянных магнита, образующие вместе цилиндр. Они также изготовлены из силикона с добавлением намагниченных частиц неодима железа и бора. Магниты вставлены в оболочку из термопластичного полиуретана, внутренняя часть которой покрыта полиэтиленом и графитовой смазкой для снижения силы трения между соприкасающимися подвижными поверхностями. На внешней стороне полиуретановой оболочки расположены мягкие магнитные сенсоры, необходимые для контроля скорости и положения вращающегося ротора с постоянными магнитами. Сенсоры представляют собой магнитные контакты, выполненные в виде гибких проводящих пластин с нанесенным на них слоем из силикона с добавлением углерода для проводимости и микрочастиц самария-кобальта для придания магнитных свойств. Во время вращения пластины сенсоров поочередно отклоняются или притягиваются магнитным полем четырех постоянных магнитов сердечника, размыкая и замыкая контакты. Без нагрузки двигатель может развивать до 4000 оборотов в минуту и выдает крутящий момент до 3 миллиньютона на метр. Максимальная мощность, развиваемая двигателем, составляет 240 милливатт при 2000 оборотах в минуту и моменте силы 1,25 миллиньютона на метр. Вертикальное сжатие на 37,5 процента и радиальное растяжение на 25 процентов практически не влияют на скорость вращения и эффективность мотора. Однако радиальное сжатие более чем на 13 процентов приводит к остановке двигателя из-за возросших сил трения. Кроме этого, сжатие электромагнитных катушек вызывает изменение их сопротивления, которое может быть отслежено по изменению тока и использовано как способ управления состоянием двигателя. Например, нажатие на отдельные катушки можно использовать для выключения или изменения скорости вращения, что и реализовали авторы работы. Для демонстрации возможностей мотора инженеры построили воздушный насос с мягким корпусом, мягкий водяной насос, а также испытали тягу электромотора под водой, прикрепив к ротору мягкий водяной винт. В последнем случае двигатель был установлен на салазки для снижения силы трения, в результате чего он развил скорость 4,4 сантиметра в секунду под действием тяги винта. Также разработчики продемонстрировали что мягкий электромотор может использоваться в конструкциях с жесткими элементами, в тех же задачах что и традиционные электромоторы. Например, мягкий электромотор привел в движение тележку на колесах с помощью приводного ремня и системы из шестерней, а также был использован в качестве двигателя в приводе водяного и воздушного насосов. Ранее мы рассказывали о квадрокоптере SoBAR с мягкой надувной рамой, которая может поглощать энергию удара при столкновении дрона с препятствиями. Благодаря низкой скорости отскока дрон может быстро контроль над полетом после столкновения.