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設備與工具早在2023年，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學院的工程專業(yè)學生開發(fā)出了一種無人機，可以遠程運輸鉆井機和其他設備到高處。無人機演習“Aithon”旨在使腳手架的搭建不再必要，并有助于防止墜落。
無人機在飛行過程中演練 Aithon，由于有電纜供電，飛行時間幾乎可以無限長。
世界工作安全與衛(wèi)生日并不是一個占據(jù)新聞頭條的事件。然而，瑞士意外保險基金會（蘇瓦）利用這一天的機會指出工作中的危險。今年，蘇瓦專注于跌倒問題，這影響了保險公司的日常工作：每年有 10,500 人在建筑施工期間跌倒。蘇瓦每年發(fā)生 5,500 起與梯子有關的職業(yè)事故，其中一些是致命的。去年，發(fā)生了幾起因人們從纖維水泥屋頂墜落而死亡的事故。
最重要的對策就是遵守蘇瓦規(guī)則，這可以防止大多數(shù)事故。然而，建筑工程通常需要在難以進入且具有一定風險的地方進行干預。
蘇黎世聯(lián)邦理工學院的一個重點項目自 2021 年秋季以來一直在解決這一問題：八名學生（六名機械工程師和兩名電氣工程師）目前正在開發(fā)一種可以執(zhí)行此類工作的遙控鉆井無人機。該項目得到了 ETH 自治系統(tǒng)實驗室的支持。該無人機的第一架原型機于 2022 年 5 月 1 日推出。
飛行的立方體
當時推出的、此后不斷發(fā)展的無人駕駛鉆機“Aithon”是一種四軸飛行器，即具有四個水平排列的驅(qū)動旋翼的飛行器。該裝置由碳棒制成的 H 形支撐框架組成，框架上裝有四個電機、控制單元、定位系統(tǒng)和鉆頭——Hilti 錘鉆“TE 2-A22”。
然后，無人機遠程攜帶鉆孔機到所需位置并在那里鉆出必要的孔。除了鉆頭外，無人機上還可以安裝各種其他高空作業(yè)工具，例如螺絲刀、曲線鋸或打孔器。
接近現(xiàn)場：無人機演習采用標準遙控器進行操作。
工作分為幾個步驟：首先，無人機飛到現(xiàn)場。 “這種方法是通過視覺來實現(xiàn)的，”系統(tǒng)工程師 Roman Dautzenberg 解釋道。 “然后使用流式攝像機圖像對工具進行定位，然后工具尖端充當投射的激光十字以幫助定位?！边@架重約 13 公斤的無人機到達目的地后，支撐架會用真空支架固定在墻壁上。
下一步才是真正的亮點：將四個轉(zhuǎn)子連接到旋轉(zhuǎn)臂上。這樣，如果需要的話，它們可以傾斜 90 度，這意味著轉(zhuǎn)子不再產(chǎn)生升力，而是將整個結(jié)構壓向墻壁。其壓力高達 150 牛頓，足以完成各種施工任務。直徑達 10 毫米的孔已經(jīng)鉆好，但還可以鉆出更大的孔。
來源：AITHON 項目
當無人機到達目的地時，它做的第一件事就是附著在墻上。
操作高度限制為八米
鉆頭通過超輕的“鉆頭定位系統(tǒng)”以毫米精度移動到使用位置：安裝在框架上的系統(tǒng)由兩個直流電機組成，它們通過齒形傳動帶將鉆頭在 60 厘米寬和高的框架允許的運動范圍內(nèi)向任意方向移動。這三個工作步驟——飛行、附著和表面操縱——均由市售的遙控器控制。 “然而，我們的愿景是系統(tǒng)的部分自主，其中人類只起到監(jiān)督的作用?！?/p>
目前操作高度限制在八米左右。 Roman Dautzenberg：“這是因為通過電纜提供的電源目前電壓較低。采用其他能源系統(tǒng)，高度可以達到 100 米以上?！睘榱俗畲笙薅鹊匕l(fā)揮飛行機器人的機動性，他們還在測試電池的使用。 “但由于增加了重量，這里只能使用短時間。”
Aithon 攜帶的設備目前重量可達兩公斤，據(jù) Dautzenberg 介紹，這足以完成許多艱巨的任務。 “但我們也在致力于改進發(fā)動機，使其能夠承載更大的負荷，并改善飛行性能?！?/p>
然后將轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn) 90 度，使其將裝置壓在墻壁上，這對于鉆孔是必要的。
瑞士軍刀
目前，Aithon 無法在不平坦的地面上工作。當前的緊固件需要相對光滑的表面。 “但我們正在研究能夠處理天然巖石和其他更復雜幾何形狀的方法。”該團隊的目標是利用這一點以及幾乎無限的工具來開發(fā)一種“飛行瑞士軍刀”。
目前，無人機演習 Aithon 尚未投入使用：“我們目前處于進一步開發(fā)階段。我們正努力在三個方面進行改進：可靠性、可用性和擴展能力?！痹撛O備已經(jīng)可以處理超過百分之九十的標準應用程序。目的是通過為用戶開發(fā)改進的駕駛艙來逐步提高可用性。通過使 Aithon 適合粗糙表面，實現(xiàn)了功能的擴展。
在該過程結(jié)束時，無人機脫離并飛往下一個地點。
歡迎合作伙伴
此外，2021 年秋季成立的 ETH 衍生公司也在尋找展示其飛行機器人能力的方法。我們也歡迎能夠與之進一步開發(fā)機器人的實施合作伙伴。開發(fā)人員對他們的飛機深信不疑：使用這種飛行萬能機器人，可以在各種干預中省去腳手架和模板，并且可以快速且廉價地進行小規(guī)模干預、維修或檢查。同時保護工人免于被派往此類危險境地。
開發(fā)商故意忽視了使用無人機演習的經(jīng)濟方面。然而，隨著機器人技術在各個工作領域的進步，在不久的將來，使用飛行鉆孔機器人肯定是值得的，尤其是考慮到每次使用無人機時，人們就可以免于從事潛在的危險工作。
因此，無人機演習 Aithon 未來可能有助于進一步改善事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)。正如蘇瓦在世界工作安全與健康日所報告的那樣，過去十年來，瑞士發(fā)生工作事故的風險下降了 13％。不幸的是，撞車事故的數(shù)量仍然停滯在高位。特殊無人機等創(chuàng)新或許可以阻止一些事件的發(fā)生。
名字靈感來自古希臘
荷蘭巴洛克畫家西奧多·羅姆博茨（Theodoor Rombouts）的畫作描繪了普羅米修斯和鷹。
在為無人機演習尋找名字時，開發(fā)人員回顧了古希臘，其中 Aithon 或 Ethon 是神話中的鷹的名字。這部電影適合任何恐怖電影。
故事是這樣的：希臘眾神之父宙斯否認凡人擁有火的權利。然而，他麾下一位名叫普羅米修斯的泰坦巨人從宙斯手中偷走了它，并把它帶給了人類。眾神之父的著名懲罰是：宙斯將普羅米修斯鎖在高加索山上，一只鷹定期來拜訪他并吃掉他不斷長大的肝臟。從這個方面來看，“Aithon”對于這款鉆井無人機來說是一個非常恰當、幽默的名字。
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