Der fliegende 3D-gedruckte Regenschirm, der dir autonom folgt
Ein Regenschirm, der von selbst fliegt und dem Besitzer folgt, ohne ihn in der Hand halten zu müssen. Es ist keine Science-Fiction, sondern das Ergebnis eines additiven Fertigungsprojekts von John Xu, dem Schöpfer des YouTube-Kanals I Build Stuff.
Die zweite Version dieses Geräts stellt eine bedeutende Weiterentwicklung gegenüber dem ersten Prototyp dar. Das erste Modell erforderte eine Funkfernsteuerung, während das aktuelle System völlig autonom ist und es ermöglicht, bei Regen oder Sonne mit freien Händen zu gehen.
- Autonomer Regenschirm mit vier Propellern und fortschrittlichem Tracking-System
- Strukturelle Komponenten aus mit Kohlefaser verstärktem Nylon
- ToF-Kamera und Raspberry Pi für Echtzeit-Tracking
- Erfolgreich auch bei starkem Regen getestet
Strukturelles Design und additive Fertigung
Der 3D-Druck ermöglichte die iterative Entwicklung komplexer Strukturkomponenten, die durch aufeinanderfolgende Tests optimiert wurden, um Vibrationen zu reduzieren.
Das Herzstück des Systems ist ein zentraler, in 3D gedruckter Kern, der die Elektronik mit dem Schirm verbindet. Vier klappbare Arme beherbergen die Propeller: Wenn der Schirm geschlossen ist, klappen sie ein, während beim Öffnen ein Verriegelungsmechanismus sie in einer stabilen Position fixiert.
Scharniere, Befestigungsplatten und andere Komponenten erforderten zahlreiche Iterationen von Design, Druck und Tests. Ziel war es, die Vibrationen zu reduzieren, die den Flugcontroller störten.
Die Strukturteile wurden aus kohlefaserverstärktem Nylon gefertigt. Dieses technische Material gewährleistet die nötige Steifigkeit, um die Stabilität im Flug zu erhalten.
Entwicklung der Druckwerkzeuge
Der Wechsel zu einem Drucker mit beheizter Kammer löste die Verformungsprobleme der technischen Materialien.
John Xu begann das Projekt mit einem Bambu Lab X1C und schloss es mit einem H2D ab. Die beheizte Kammer des Letzteren ermöglichte das Drucken von technischem Material ohne Verformung der Teile.
Dieser Technologiewechsel zeigt, wie die Wahl des 3D-Druckers die Qualität der Endkomponenten direkt beeinflusst, insbesondere bei der Arbeit mit Verbundwerkstoffen.
Autonomes Verfolgungssystem
Nach dem Testen verschiedener Technologien erwies sich die Time-of-Flight-Kamera als die effektivste Lösung für die präzise Verfolgung des Benutzers.
Der wahre technologische Sprung betrifft das Tracking-System. John hat einen Testdrohne gebaut, um verschiedene Lösungen zu testen: herkömmliche Kameras, GPS mit einer Genauigkeit von 3 Metern (ungenügend) und schließlich eine Time-of-Flight-Kamera.
Die ToF-Kamera sendet kontinuierlich Licht aus und misst die Phasenverschiebung der reflektierten Welle. Dadurch wird die Entfernung berechnet und eine dreidimensionale Tiefenkarte erzeugt.
Funktionsweise des Tracking-Systems
- Erfassung: Die ToF-Kamera sendet Licht aus und erfasst die Phasenverschiebung der reflektierten Welle.
- Verarbeitung: Ein Raspberry Pi verarbeitet die Daten in Echtzeit und lokalisiert den Kopf des Benutzers.
- Kontrolle: Das System sendet Anweisungen an den Flugcontroller, um den Schirm zentriert zu halten.
Ein Raspberry Pi verarbeitet diese Daten in Echtzeit, lokalisiert den Kopf des Benutzers und sendet die erforderlichen Anweisungen an den Flugcontroller. Der Schirm bleibt so auf die Person zentriert.
Feldtests und Ergebnisse
Nach zahlreichen unvorhergesehenen Ereignissen und Neukonstruktionsphasen gelang es dem Schirm, abzuheben und dem Benutzer autonom zu folgen. Das System bestand auch den kritischsten Test: unter starkem Regen zu funktionieren.
Das Projekt zeigt, wie der 3D-Druck schnelle Entwicklungszyklen ermöglicht: Entwerfen, Drucken, Testen und Neukonstruieren wird zu einem effizienten iterativen Prozess für komplexe funktionale Prototypen.
Dieses Projekt ist ein konkretes Beispiel dafür, wie die additive Fertigung die Entwicklung innovativer Geräte ermöglicht. Die Möglichkeit, das Design schnell zu iterieren und maßgeschneiderte Komponenten aus technischen Materialien zu drucken, hat ein Produkt möglich gemacht, das mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu realisieren gewesen wäre.
articolo scritto con l'ausilio di sistemi di intelligenza artificiale
Fragen & Antworten
Aus welchem Material bestehen die strukturellen Komponenten des Regenschirms?
Die strukturellen Teile, einschließlich des Zentralkerns und der Arme, sind aus mit Kohlefaser verstärktem Nylon gedruckt. Dieses technische Material wurde gewählt, um die notwendige Steifigkeit für die Stabilität während des Flugs zu gewährleisten.
Wie funktioniert das autonome Verfolgungssystem des Geräts?
Das System verwendet eine Time-of-Flight-Kamera (ToF), die auf einem Raspberry Pi montiert ist, um den Benutzer in Echtzeit zu verfolgen. Diese Technologie misst die Phasenverschiebung des reflektierten Lichts, um die genaue Entfernung zu berechnen, und überwindet damit die Grenzen von GPS und herkömmlichen Kameras.
Welche Unterschiede gibt es zwischen der ersten und der zweiten Version des fliegenden Regenschirms?
Die erste Version erforderte eine manuelle Fernsteuerung durch den Benutzer. Die zweite Version ist hingegen vollständig autonom und ermöglicht es, bei Regen oder Sonne frei händig zu gehen, ohne direktes Eingreifen.
Warum war es notwendig, den 3D-Drucker während der Projektentwicklung zu wechseln?
Das Projekt wechselte von einer Bambu Lab X1C zu einer H2D, um die beheizte Druckkammer letzterer zu nutzen. Dies eliminierte Verformungen der Bauteile, die durch das Drucken technischer Verbundmaterialien wie Kohlefaser-Nylon verursacht wurden.
Was war das Ziel der zahlreichen Konstruktionsiterationen für Scharniere und Platten?
Die Iterationen beim Drucken und Testen dienten speziell dazu, mechanische Vibrationen zu reduzieren, die das ordnungsgemäße Funktionieren des Flugcontrollers störten. Das optimierte Enddesign gewährleistet nun einen stabilen Flug auch bei sich bewegenden Propellern.
