Hogeschool beschermt quadcopter met kleine stootdempers

Op de Technische Hogeschool van Mittelhessen (THM) in het Duitse Friedberg worden quadcopters gebruikt in een wetenschappelijk roboticsproject. Quadcopters helpen de studenten bij het onderzoek naar vliegeigenschappen. Om de quadcopters tegen schade te beschermen, voorzag de hogeschool de modellen van kleine stootdempers.

Onderdeel van een wetenschappelijk roboticsproject in het laboratorium van de Technische Universiteit Mittelhessen

1/1

Meer over

Bedrijven

Als je ingenieur Michael Großfeld en de studenten van de opleiding machinebouw, mechatronica en materiaaltechnologie aan de THM buiten bezig ziet, lijkt het net alsof ze met een gezamenlijke hobby bezig zijn. Modelvliegen is immers een geliefde vorm van vrijetijdsbesteding. Met zijn vier rotoren is de quadcopter een fascinerend object voor toeschouwers. Hij zweeft beheerst, elegant en schijnbaar gewichtloos door de lucht. Bij bedieningsfouten of uitval van de energiebron kan er echter flinke en dure schade ontstaan.

Om te zorgen dat fascinatie niet omslaat in frustratie wordt het vliegen op de campus in Friedberg in de Duitse deelstaat Hessen geoefend in een testlaboratorium bij THM. Hier kunnen studenten onder meer ervaring opdoen met de koppeling van sensoren om het acceleratievermogen en de hoeksnelheid van quadcopters te meten. Of ze houden zich bezig met luchtdruksensoren die bijvoorbeeld worden gebruikt om de positie van de quadcopter te regelen.

Quadkopters zijn relatief goedkoop en kunnen bij een crash flinke schade oplopen. De relatief eenvoudige mechanische opbouw in combinatie met de moderne accumulatoren, efficiënte draaistroomaandrijvingen, moderne sensoren en eventueel extra ingebouwde camera´s moeten daarom tegen beschadigingen bij het neerstorten worden beschermd.

Componenten zorgen voor zachte landing

Michael Großfeld, wetenschappelijk medewerker in het laboratorium voor robotica, aandrijvingsmechaniek en sensoren, legt uit: "We hebben vanwege de compactheid en vanwege de uitstekende dempingseigenschappen gekozen voor kleine stootdempers. Deze kunnen de vrije val van onze lineair aangedreven, cardanisch opgehangen quadcopter dempen. Het systeem raakt op deze manier bij een crash, bijvoorbeeld door een spontane uitval van de motor, niet beschadigd."

In het roboticsproject gaat het, naast de verfijning van de vliegeigenschappen van de quadcopter, vooral om de bepaling van de parameters die moeten zorgen dat het systeem zichzelf kan stabiliseren.

Quadcopter rondom beschermd

Voordat de zoektocht naar de optimale oplossing van start kon gaan, moest er niet alleen rekening worden gehouden met de gebruikelijke data als snelheid en gewicht van de bewegende massa, maar ook met de speciale mogelijkheden van een quadcopter. Omdat hij niet alleen normaal kan vliegen, maar ook scherpe bochten en loopings kan maken, bestaat het gevaar dat hij bij het neerstorten niet altijd op dezelfde manier de grond raakt. Om de eventuele schade in alle denkbare gevallen zo klein mogelijk te houden, besloot de universiteit om aan de boven- en onderkant drie stootdempers te monteren. Daarbij ging men ervan uit dat de quadcopter bij het opstijgen en landen ongeveer dezelfde snelheid heeft. Bij een geschatte snelheid van 8 m/s ontstaat een impuls van ongeveer 80 kgm/s en een daarmee gepaard gaande energie van 300 joule. Men ging uit van een gewicht van 10 kg. Uit de tests bleek dat de daadwerkelijke waardes 25 tot 30 procent lager uitvielen dan eerst werd aangenomen.

Slaglengte

Er werden vervolgens kleine stootdempers van het type SC650EUM-0 van ACE ingebouwd. Deze componenten kenmerken zich door een grote slaglengte met geringe rem- en reactiekrachten. De onderhoudsarme, gebruiksklare hydraulische componenten kunnen naar keuze van een lineaire of progressieve afremcurve worden voorzien. Ze beschikken over een geïntegreerde vaste aanslag en zijn vooral geschikt om de kinetische energie van lineaire cilinders, cilinders zonder zuigerstang, handling apparatuur en pneumatisch aangedreven sledes snel en volledig te neutraliseren.

De standaardmodellen kunnen worden gebruikt bij temperaturen van 0 °C tot 66 °C. In deze categorie vallen ook de typen die in Friedberg werden toegepast. Daarbij zijn de zelfstellende dempingselementen in staat om een effectieve massa van 2,3 tot 14 kilo met een voor deze toepassing volledige toereikende 73 Nm/slag te vertragen. Michael Großfeld hoefde zich geen zorgen te maken over de maximale energieopname per uur. Want in tegenstelling tot de noodzakelijke, regelmatige dempingsprocessen in de automatisering, worden de ingebouwde kleine stootdempers bij het proefstation maar zelden gebruikt.

Omdat ACE ernaar streeft om constructeurs zoveel mogelijk oplossingen op maat aan te bieden, maken de kleine stootdempers indruk met een kleine, overlappend hardheidsbereik. Daardoor zijn ze prima geschikt voor een effectieve massa van 0,7 kg tot 2088 kilo.

Kleine stootdempers beveiligen de accumulatoren, draaistroomaandrijvingen, sensoren en een optionele camera tegen beschadigingen bij neerstorten. (footo: ACE Stoßdämpfer GmbH en Technische Hochschule Mittelhessen, Campus Friedberg)