Multirotorkonzept mit nur zwei Propellern

Neben der immer weiter voranschreitenden Kommerzialisierung von Quadrocopter und UAVs im Allgemeinen, schläft auch die Wissenschaft auf diesem Gebiet nicht. Ein interessantes neues UAV-Konzept kommt von zwei Forschern des Modlabs der University of Pennsylvania. Der kleine Multirotor kommt mit nur zwei Propellern und ohne jegliche weitere Aktuatoren aus.

Underactuated Rotor

Quelle: James Paulos und Mark Yim, University of Pennsylvania

Foto: (C) James Paulos und Mark Yim, University of Pennsylvania

Das kleine Flugobjekt wiegt insgesamt weniger als 400 Gramm und hat seine Flugtauglichkeit bereits in einem Video der beiden Fortscher James Paulos und Mark Yim bewiesen. Während normale Quadrocopter über die Veränderung der vier Propellerdrehzahlen und somit über Änderungen der Drehmomente gesteuert werden, geht das Zwei-Propeller-UAV einen anderen Weg. Bei einem Standard-Quadrocopter gleichen sich die Drehmomente der gegenüberliegenden Rotoren aufgrund der entgegengesetzten Rotationsrichtung aus. Tri-Copter brauchen zur Navigation einen per Servo in seinem Winkel gegenüber der Basis veränderbare dritten Rotor. Das hier vorgestellte Konzept kommt hingegen mit nur zwei Motoren und ohne jegliche weitere Aktuatoren (wie Servos) aus.

Underactuated Rotor Close Up

Quelle: James Paulos und Mark Yim, University of Pennsylvania

Foto: (C) James Paulos und Mark Yim, University of Pennsylvania

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Die Propeller sind dabei übereinander angeordnet. Der untere Propeller hat dabei einen fixen Pitch (Gradneigung der Rotorebblätter) und sorgt lediglich für Auftrieb. Das einzigartige Steuerkonzept ist im oberen Propeller untergebracht. Zur Erklärung der Funktionsweise soll zunächst die Funktionsart eines RC-Helikopters betrachtet werden. Zur Erzeugung der nötigen Momente, die zur Steuerung des Helis benötigt werden, kommen zumeist im Pitch verstellbare Rotorblätter zum Einsatz. Die Anpassung des Neigungswinkel wird dabei von separaten Servos ausgeführt.

Das Konzept aus dem Modlab macht sich dies zu Nutze, benötigt aber keine Servos. Die obere Hauptrotorblätter sind ebenfalls in ihrem Pitch variabel. Zur Steuerung wird ein Moment durch den Antriebsmotor erzeugt, welches mit einer bestimmten Frequenz osziliert. Durch Änderung der Frequenz verändern die Rotorenblätter ihren Pitch, was wiederum ein Moment auf das Fluggefährt überträgt und es in die gewünschte Richtung fliegen lässt. Alle Details der Technik haben James Paulos und Mark Yim in ihrem Research  Paper („Underactuated Rotor for Simple Micro Air Vehicles“) beschrieben.

Die Weiterentwicklung der Technik könnte in Zukunft bedeuten, dass UAVs noch günstiger herzustellen sein werden. Zwei Propeller bedeuten nämlich auch nur zwei Motoren und zwei ESCs. Das entsprechende Demonstrationsvideo gibt weitere Details der Funktionsweise preis und zeigt die Funktionsweise des Hauptrotors in Zeitlupe.

Bildquellen

  • Underactuated Rotor: James Paulos und Mark Yim, University of Pennsylvania

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