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EPFL開(kāi)發(fā)新型無(wú)人機(jī)，插上羽毛，如同猛禽般翱翔天空

2020-11-06 22:56 性質(zhì)：轉(zhuǎn)載 作者：機(jī)器人大講堂 來(lái)源：百家號(hào)
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鳥(niǎo)兒的翅膀和尾巴是在飛行中最重要的部位，通過(guò)前后擺動(dòng)尾巴可在滑翔過(guò)程中保持俯仰穩(wěn)定性。

為了模仿這一特性，LisHawk的機(jī)翼和機(jī)尾以折疊的方式改變形狀

機(jī)翼側(cè)面的變形區(qū)域由九個(gè)人造羽毛組成，當(dāng)機(jī)翼伸展時(shí)它們展開(kāi)呈扇形，在空中緩慢飛行不會(huì)掉落到地上；而在機(jī)翼折起時(shí)它們彼此重疊從而在飛行中更快地改變方向，并在快速飛行時(shí)降低空氣阻力。

機(jī)尾充當(dāng)?shù)慕巧巧禉C(jī)，同樣由九個(gè)人造羽毛組成，最中間的一根羽毛垂直，通過(guò)方向舵使無(wú)人機(jī)產(chǎn)生偏航，升降舵產(chǎn)生俯仰；中央羽毛每側(cè)的四根羽毛可對(duì)稱(chēng)的折疊和展開(kāi)，始終保持均勻間距，使無(wú)人機(jī)飛行中保持平穩(wěn)。

與鳥(niǎo)兒拍打翅膀起飛的方式不同，LisHawk使用機(jī)頭的螺旋槳來(lái)產(chǎn)生推力，減少了整個(gè)系統(tǒng)的自由度，降低系統(tǒng)的復(fù)雜性從而實(shí)現(xiàn)更高的推進(jìn)力和效率。

LisHawk平臺(tái)架構(gòu)

人造羽毛骨架

人造羽毛是機(jī)翼和機(jī)尾的重要組成部分，羽毛骨架的制作材料是玻璃纖維，具有質(zhì)量輕，柔韌性好和較大剛度的優(yōu)點(diǎn)，可以在羽毛稍微重疊時(shí)吸收空氣動(dòng)力負(fù)荷。不透氣和抗撕裂的聚酯纖維織物包裹住羽毛骨架，一根1.5毫米的碳管固定在骨架上以用作軸。這些材料的組合使無(wú)人機(jī)不僅重量輕，而且強(qiáng)度高。LisHawk的即時(shí)飛行重量為284 g，最大翼展為1.05 m。

機(jī)身

機(jī)身中央的碳纖維方管將LisHawk的翅膀和尾巴連接在一起。機(jī)身由六個(gè)獨(dú)立的部分組成。用砂紙和熱鐵使表面光滑，以減少皮膚摩擦阻力。成品機(jī)身將結(jié)構(gòu)和電氣組件隱藏在軟殼中，電機(jī)安裝在LisHawk的EPP機(jī)身上，沒(méi)有將其直接連接到碳纖維方管上，這樣可以減輕電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)，使無(wú)人機(jī)更具沖擊力。LisHawk的航空電子設(shè)備（占無(wú)人機(jī)總重量的52％）放置在靠近重心的位置，以進(jìn)一步減小慣性矩。

上圖中的紅色部分是LisHawk的PixRacer航空電子設(shè)備，綠色部分是帶有天線(xiàn)的GPS模塊，研究人員將兩者結(jié)合使用進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)電控制器和衛(wèi)星接收器（圖中橙色）來(lái)駕駛無(wú)人機(jī)。

展望與未來(lái)

幾年前的這款無(wú)人機(jī)以其快速飛行、急轉(zhuǎn)彎及面對(duì)強(qiáng)風(fēng)時(shí)身體呈流線(xiàn)型的能力給人們留下了深刻印象，就像真正的鳥(niǎo)一樣。

大家平時(shí)經(jīng)?？吹降臒o(wú)人機(jī)多是四旋翼的設(shè)計(jì)，與四旋翼無(wú)人機(jī)相比，翼無(wú)人機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于，相同重量的飛行時(shí)間更長(zhǎng)，但四旋翼飛機(jī)往往具有更大的靈活性，因?yàn)樗鼈兛梢詰彝Ｔ谠幉⒓鞭D(zhuǎn)彎。

該研究的論文第一作者Enrico Ajanic表示：“我們開(kāi)發(fā)的LisHawk無(wú)人機(jī)結(jié)合了四旋翼無(wú)人機(jī)與翼無(wú)人機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。它可以長(zhǎng)時(shí)間飛行，但幾乎與四旋翼飛行器一樣敏捷。這些功能的組合對(duì)于在森林或建筑物之間的城市中飛行特別有用?！?/p>

由于存在大量的機(jī)翼和尾翼配置，駕駛這種新型無(wú)人機(jī)并不容易。為了充分利用LisHawk的飛行能力，EPFL團(tuán)隊(duì)計(jì)劃未來(lái)將人工智能集成到飛行系統(tǒng)中，從而可以半自動(dòng)飛行。

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