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Skydio 如何在 Formlabs 的帮助下引领无人机行业自主飞行
2023-08-02
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Skydio 的工程和设计团队在产品开发阶段依靠 Formlabs Form 3+ 立体光刻 (SLA) 打印机制作原型,使其尽可能接近最终的批量生产设计。Form 3+ 打印机利用 Formlabs 提供的广泛材料,完成从功能测试到工具和夹具的所有工作。Skydio有两种类型的无人机,Skydio 2+和Skydio X2,一种用于企业和国防的重型无人机。他们还推出了Skydio Dock,这是一种新的创新产品,允许无人机部署到遥远的地点,在没有人工交互或监控的情况下传输信息。


高级硬件开发专家Eric Weinhoffer向我们介绍了他们的设计到生产的工作流程,以及3D打印如何帮助硬件团队跟上Skydio高级软件开发的步伐。


是什么让 Skydio 与众不同


在无人机行业的早期,UAS,有时被称为无人机(UAV),需要远程飞行员掌舵。为了促进可靠的连接,飞行员必须在物理上靠近无人机,从而限制了其射程和有效性。在过去的几年里,无人机公司已经开始将一定程度的自主性整合到他们的系统中,解锁新的用例,并允许无人机收集更多信息。


Skydio首先专注于软件开发,推出了完全自主的飞行系统,从而领先于竞争对手。“从历史上看,驾驶这些无人机需要很多技巧。使用传统无人机,你会有很多崩溃,或者只是非常糟糕的视频。我们的无人机不会坠毁——它们不仅会设置完美的镜头,而且还会避开树木,智能导航,并自动跟随主题。我们是自主飞行领域的世界领导者,“Weinhoffer说。


这种程度的自主性为无人机开辟了一个充满新机遇的世界。公共安全机构可以在调查事故或犯罪现场时使用它们,以数字方式重建发生的事情,而无需花费人力来监控无人机或支付租用服务的费用。公用事业、土木工程公司和国家机构依靠 Skydio 无人机完成对其站点的广泛检查,并可以使用永久安装的 Dock 部署无人机——无需额外资源即可建立近乎连续的监控。由于这些应用通常位于难以到达的区域,因此Skydio的无人机需要耐用且设计精良。SLA 3D 打印使他们能够在评估原型要求时尽可能接近最终注塑成型部件。


重量、速度和航程的不断妥协


Man 将构建平台从 Form 3+ 打印机中拉出

Weinhoffer 和硬件开发团队依靠 Form 3+ 打印机和各种 Formlabs 树脂来帮助他们匹配 Skydio 软件团队的高速开发流程


设计无人机是一种权衡谈判的练习。坚固耐用的无人机不能像轻型无人机那样飞行很长时间。非常轻的无人机无法保持自主运行所需的计算能力,但为自主飞行添加所有必要的计算会增加质量,从而影响飞行时间。这是一系列不断的轻微设计更改、增量调整和广泛的测试。“我们正在机上进行大量计算以支持自主飞行。每个决定都是性能权衡,会影响硬件和电子设备的每一部分。


为了对组件几何形状进行微小的更改并测试它如何影响飞行时间或抗冲击性,硬件团队依靠通宵打印来支持和通知开发过程。

“通过3D打印,速度使我们能够以某种方式考虑进行交易。我们可以在两个略有不同的几何形状之间进行比较,并测试这些权衡。

Eric Weinhoffer,高级硬件开发专家

Skydio能够快速完成这些决策和测试协议,这使他们能够按时完成任务并获得合同。对于美国联邦政府的一项重大记录计划,许多无人机公司进入了公开招标程序。参赛者被要求在严格和竞争的时间内展示符合政府规格的产品。Skydio之所以能够赢得竞标,是因为他们能够快速开发硬件,这在一定程度上要归功于他们的Formlabs打印机。


“我们无法控制日期 - 我们一起开发硬件和软件非常重要。制造生产零件的交货时间对我们来说是最有限的。Form 3+ 立即不间断地运行,然后非常简单,我们需要更换的硬件就在那里,“Weinhoffer 说。


机架上的一组 3D 打印机

Skydio 硬件开发团队保持其 SLA 机器堆叠且易于访问,以便打印机可以连续运行,帮助团队几乎不间断地进行原型设计和测试


完成设计和功能测试


在像联邦竞标这样的外部测试环境中,拥有能够模拟注塑或机加工零件的坚固性和耐用性以及强度和刚度的权宜之计3D打印零件至关重要。虽然 Skydio 使用熔融沉积建模 (FDM) 部件进行快速成型或适合性测试,但他们依靠 Formlabs 机器对最终阶段原型设计进行功能测试。“SLA 很有帮助,因为它的关键在于尽可能快地接近生产部件的速度和能力。拥有接近生产材料特性的零件令人难以置信,“Weinhoffer说。


Skydio 使用刚性 4000 树脂来平衡耐热性、抗冲击性和强度,而他们使用 Tough 2000 树脂,因为它与注塑成型塑料相似。透明树脂的表面透明度对于检测阶段来说是不可或缺的,以了解电线如何在电子设备繁重的无人机中布线。对于快速模具应用,或对新的垫圈和密封设计进行功能测试,团队将使用弹性树脂或耐用树脂。


“Formlabs 零件的外观和感觉都像是实心模制零件。接近零件最终将投入生产的能力非常强大。推断出在适合和表面处理等不同领域,它们让我们的设计师更好地了解某些东西在我们手中的表现或感觉,以便进行跌落测试或飞行原型。他们给了我们信心,让他们进行飞行测试。

Eric Weinhoffer,高级硬件开发专家


功能测试夹具


强度对于测试夹具以及车载部件至关重要。该团队将在Form 3+打印机上为无人机组件设计测试夹具,以利用Rigid 4000 Resin的机械强度或Tough 2000 Resin的抗冲击性。


在无人机开发的射频(RF)测试阶段,该团队将无人机部件放置在天线测量室中,以消除外部无线电波。他们需要一个坚固的夹具来将零件固定在机器人转盘上,但不能使用金属,因为它会破坏实验。Weinhoffer设计了一个夹具,并将其打印在刚性4000树脂中,以连接到腔室并保持天线正确对齐以进行测试。


射频室中的 3D 打印部件


在RF(射频)室中,3D打印夹具将最终用途部件固定到位。金属夹具既昂贵又会破坏射频测试,因此按需3D打印部件是不可或缺的,例如在刚性4000树脂中打印的部件。照片由Skydio提供。


在另一个例子中,该团队需要找到一种方法在内部制作橡胶隔振器的原型,但要求供应商提供软部件的变体既昂贵又耗时。硬件开发团队从 Formlabs 白皮书中汲取灵感,打印出多个模具母版,用于测试几种不同设计的隔振能力。

“到目前为止,最大的优势是 Formlabs 树脂的材料和材料特性。”

Eric Weinhoffer,高级硬件开发专家


易用性提高了利用率


无人机飞过汽车残骸

无人机帮助公共安全机构在灾难现场或犯罪现场收集信息,同时使人员免受伤害


发电设备通常位于难以到达的地区,但Skydio的无人机和Dock产品可以帮助公司检查其关键基础设施,而无需在附近部署操作员


Skydio对如此广泛的行业和客户的吸引力部分在于它们的可访问性和易用性 - 自主飞行足够先进,可以消除部署的担忧或计划。执法部门可以专注于在犯罪现场收集信息,而不是专注于飞行,建筑集团可以为长达数年的项目部署无人机和码头,而不必担心检查中的差距。Weinhoffer也使用相同的理念进行3D打印;如果它不是一种可访问的技术,它就无法在实验室中证明其价值。“Formlabs 打印机非常易于使用,我们的工程团队的许多成员都可以使用它们。添加更多的Form 3+,给我们的工程团队一两天的额外时间,让他们快速行动,这对我们有很大的影响,“Weinhoffer说。


随着Skydio扩大其产品线并开发更多定制解决方案,3D打印已经不仅仅是一种工具,它使硬件团队能够支持其软件的飞速发展。