مروری بر طراحی کوادکوپترها با الهام از حشرات به ویژه سنجاقک در تحویل بسته های پستی در مناطق شهری
Keywords:
کوادکوپترها, پرواز حشرات, بیومکانیک, الهام از طبیعت, سیستم پروازی الهام گرفته شده از طبیعت, سنجاقکAbstract
در این مقاله به مروری بر طراحی کوادکوپتر های الهام گرفته شده از حشرات به خصوص سنجاقک می پردازیم. سنجاقک‌ها به دلیل ویژگی های پروازی خارق‌العاده و برتری که نسبت به سایر حشرات دارند برای طراحی کوادکوپترها مورد توجه قرار گرفته اند. سنجاقک‌ها مجهز به دو جفت بال کاملا مستقل هستند. تسلط بالای سنجاقک‌ها بر باله های خود منجر به معلق بودن[1]، پرواز سریع رو به جلو[2]، سریع چرخیدن[3] و به طرفین پرواز کردن و حتی پرواز گلایدینگ[4] آنها میشود. یک ربات الهام گرفته از سنجاقک که می تواند به طور موثری سینماتیک حرکت آن را تقلید کند، به طور بالقوه عملکرد پروازی برتری نسبت به سایر طرح های ربات های الهام گرفته شده از حشرات از خود نشان می دهد. الهام گرفتن از نحوه ی پرواز حشرات این امکان را می دهد تا بتوان کوادکوپترهایی با بازده بالا را طراحی و تولید کرد. علیرغم عدم وجود بافت ماهیچه‌ای در کوادکوپترها سیستم های الکترومکانیکی‌ای طراحی شده است که تا حد زیادی پرواز کوادکوپترها را به حشرات شبیه کرده است. دستیابی به پرواز آزادانه سنگ بنای نسل بعدی کوادکوپترهای الهام گرفته از حشرات است که علاوه بر پرواز به چندین حالت مانور مشابه حشرات مجهز خواهند شد. در این مقاله قصد داریم به مرور مقالات در بررسی حرکت سنجاقک و کوادکوپترها و همچنین علت های الهام گرفتن از سنجاقک در طراحی کوادکوپترها و آزمایش های انجام شده و همچنین ارائه پیشنهادهایی برای پیشبرد طراحی کوادکوپترها در این زمینه بپردازیم.
Downloads
References
[1] Wowwee. "flytech:dragonfly." Wowwee. http://www.wowwee.com/en/products/toys/flight/flytech:dragonfly (accessed).
[2] Delfy. "Delfy." http://www.delfly.nl/ (accessed).
[3] C.-D. Dileo, Xinyan, "Design of and Experiments on a Dragonfly-Inspired Robot," Advanced Robotics, vol. 23, pp. 1003-1021, 2009, Art no. 7-8, doi: 10.1163/156855309X443160.
[4] J. a. H. Han, Zhe and Tian, Fang-Bao and Chen, Gang, "Review on bio-inspired flight systems and bionic aerodynamics," Chinese Journal of Aeronautics, vol. 34, 2020, doi: 10.1016/j.cja.2020.03.036.
[5] R. a. L. Noda, Xiaohui and Hefler, Csaba and Shyy, W and Qiu, Huihe, "The interplay of kinematics and aerodynamics in multiple flight modes of a dragonfly," Journal of Fluid Mechanics, 2023, doi: 10.1017/jfm.2023.471.
[6] H. N. a. K. Isogai, "Effects of Flapping Wing Kinematics on Hovering and Forward Flight Aerodynamics," AIAA journal, vol. 49, pp. 1750-1762, 2011, Art no. 8, doi: 10.2514/1.J050968. American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc. (AIAA).
[7] E. a. W. Salami, Thomas and Montazer, Elham and Nik Ghazali, Nik Nazri, "A review of aerodynamic studies on dragonfly flight," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, vol. 233, p. 095440621986113, 2019, doi: 10.1177/0954406219861133.
[8] Z. J. Wang, "The role of drag in insect hovering," Journal of Experimental Biology, vol. 207, no. 23, pp. 4147-4155, 2004.
[9] W. Shyy, H. Aono, C. Kang, and H. Liu, An Introduction to Flapping Wing Aerodynamics. Cambridge University Press, 2013.
[10] B. Tobalske, "Biomechanics of bird flight," The Journal of experimental biology, vol. 210, pp. 3135-46, 2007, doi: 10.1242/jeb.000273.
[11] S. Y. L. a. G. R. S. a. W. K. Milsom, "Have wing morphology or flight kinematics evolved for extreme high altitude migration in the bar-headed goose?," Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology, vol. 148, pp. 324-331, 2008, Art no. 4, doi: https://doi.org/10.1016/j.cbpc.2008.05.009.
[12] D. Lentink and M. H. Dickinson, "Rotational accelerations stabilize leading edge vortices on revolving fly wings," Journal of Experimental Biology, vol. 212, no. 16, pp. 2705-2719, 2009, doi: 10.1242/jeb.022269.
[13] D. L. Altshuler et al., "The biophysics of bird flight: functional relationships integrate aerodynamics, morphology, kinematics, muscles, and sensors," Canadian Journal of Zoology, vol. 93, no. 12, pp. 961-975, 2015, doi: 10.1139/cjz-2015-0103.
[14] M. Sun, "Insect flight dynamics: stability and control," Reviews of Modern Physics, vol. 86, no. 2, pp. 615-646, 2014.
[15] S. N. Fry, R. Sayaman, and M. H. Dickinson, "The aerodynamics of hovering flight in Drosophila," Journal of Experimental Biology, vol. 208, no. 12, pp. 2303-2318, 2005.
[16] D. L. Altshuler, W. B. Dickson, J. T. Vance, S. P. Roberts, and M. H. Dickinson, "Short-amplitude high-frequency wing strokes determine the aerodynamics of honeybee flight," Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 102, no. 50, pp. 18213-18218, 2005.
[17] M. Ramasamy, T. E. Lee, and J. G. Leishman, "Flowfield of a rotating-wing micro air vehicle," Journal of aircraft, vol. 44, no. 4, pp. 1236-1244, 2007.
[18] D. Birunner. "maximum climb altitude of a drone."http://www.technik-consulting.eu/en/analysis/drone.html (accessed).
[19] H. V. Phan, S. Aurecianus, T. K. L. Au, T. Kang, and H. C. Park, "Towards the long-endurance flight of an insect-inspired, tailless, two-winged, flapping-wing flying robot," IEEE Robotics and Automation Letters, vol. 5, no. 4, pp. 5059-5066, 2020.
[20] M. Karásek, F. T. Muijres, C. De Wagter, B. D. Remes, and G. C. De Croon, "A tailless aerial robotic flapper reveals that flies use torque coupling in rapid banked turns," Science, vol. 361, no. 6407, pp. 1089-1094, 2018.
[21] H. V. Phan and H. C. Park, "Mimicking nature’s flyers: a review of insect-inspired flying robots," Current Opinion in Insect Science, vol. 42, pp. 70-75, 2020.
[22] A. E. Holness, H. A. Bruck, and S. K. Gupta, "Characterizing and modeling the enhancement of lift and payload capacity resulting from thrust augmentation in a propeller-assisted flapping wing air vehicle," International Journal of Micro Air Vehicles, vol. 10, no. 1, pp. 50-69, 2018.
[23] C. De Wagter, S. Tijmons, B. D. Remes, and G. C. de Croon, "Autonomous flight of a 20-gram flapping wing mav with a 4-gram onboard stereo vision system," in 2014 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2014: IEEE, pp. 4982-4987.
[24] S. Tanaka, A. Asignacion, T. Nakata, S. Suzuki, and H. Liu, "Review of biomimetic approaches for drones," Drones, vol. 6, no. 11, p. 320, 2022.
[25] E. Billingsley, M. Ghommem, R. Vasconcellos, and A. Abdelkefi, "On the aerodynamic analysis and conceptual design of bioinspired multi-flapping-wing drones," Drones, vol. 5, no. 3, p. 64, 2021.
[26] Y. Li, K. Yonezawa, R. Xu, and H. Liu, "A biomimetic rotor-configuration design for optimal aerodynamic performance in quadrotor drone," Journal of Bionic Engineering, vol. 18, no. 4, pp. 824-839, 2021.
[27] "Delfly."https://www.delfly.nl/
(accessed).
[28] Festo."BionicOpter." http://www.festo.com/bionics (accessed(.
[29] D. Drone. "Dove." Dove Drone (accessed.
[30] Quantum-Systems. "Trinity F90+ Disaster Relief Mission." https://quantum-systems.com/blog/2023/02/02/trinity-f90-disaster-relief-mission/ (accessed).
