机器人俱乐部项目：Scratch-build一个四轴飞行器，然后教它飞行
驾驶四轴飞行器很有趣。建造你自己的四轴飞行器更有趣。但终极目标是制造一架自动四轴飞行器——一架能自己飞行的飞行器。
这就是威廉玛丽机器人俱乐部的目标。自2014年俱乐部成立以来，俱乐部的成员们一直在机器人领域提出有趣的挑战。
17岁的布兰登·邦彻和18岁的威廉·兰尼在学年结束时聚在一起，与物理系的助理教授沃特·德康尼克讨论进展。德康尼克是机器人俱乐部的顾问。他解释说，俱乐部有三个相互重叠的挑战：制造一架四轴飞行器，让它飞行，然后给它编程，让它自己飞行。
“这是一个具有挑战性的项目，但它是可行的，”邦彻说。“编程很有趣。”
四轴飞行器有四个臂。每个机械臂末端都有一个旋翼，用来将飞行器抬离地面。兰尼解释说，为了让这个设备飞行，它需要有加速计、螺旋桨和一个连接到控制器的通信系统。
机器人俱乐部在校园的两个创客空间里用3d打印机和其他设备制造了他们的四轴飞行器。这是一个草稿构建。俱乐部在小馆创客空间设计并打印了部分框架。其他部分由梅森商学院教授詹姆斯·布拉德利（James Bradley）在米勒霍尔创客空间打印。货架上唯一的零件是螺旋桨和一些电子元件。我们在设计过程中进行了大量的头脑风暴。
“像物理学家一样思考很有帮助。我们习惯于在问题集上合作，所以在小组环境下解决问题真的很有帮助，”邦彻说。
为了使他们的设计尽可能轻，该团队选择了锂聚合物电池或锂离子电池。根据德康尼克的说法，为了让四轴飞行器在空中保持稳定，它必须产生足够的升力，这意味着推进系统必须在重量和动力之间取得平衡。空中稳定性是另一个问题。
“如果一个马达比其他马达工作得多，整台机器就会倾斜。你需要某种自动驾驶仪来进行稳定控制。”“如果你不这样做，它就不会静止在空中。”
邦彻和兰尼都是物理专业的学生，他们认为这个挑战中最令人兴奋的部分是设计元素和编码。
兰尼说：“这与物理学有点重叠，因为你正在学习机器人是如何工作的。”“你需要它在物理空间中发挥作用，所以你需要了解各种学科。”
现在四轴飞行器本身已经建成，下一组任务集中在使用远程控制设备使飞行器可靠地飞行。然后，俱乐部成员将转向与自主飞行相关的一系列完全不同的问题——编程自我纠正稳定性、高度和速度的能力。自主操作是通过对一系列微控制器进行编码来实现的，这些微控制器是大约两平方英寸的薄电子板。微控制器收集数据并输出用于解释。
每个板都有分配给不同变量的引脚。存储在引脚上的信息可以在整个系统中传输。Deconinck解释说，这些微控制器连接到wi-fi。它们还可以运行程序来执行其他功能，如收集、记录和报告地形数据。
邦彻解释说，拥有处理速度、速度、加速度、高度和其他机载变量相关数据的能力，将使机器人能够在空中做出实时决策。
“这就是电子电路板的用武之地，”德康辛克说。“你可以有一个GPS芯片，一个高度控制器和第三个控制电机的芯片。如果它开始倾斜，这将产生该信息，并允许四轴飞行器纠正它。”
一旦四轴飞行器完全自主并且飞行良好，它就可以用于许多目的。兰尼说，他们将首先安装摄像头，从上面拍摄照片和视频，但还有许多其他的可能性可以集成到这个设计中。Deconinck指出，用于探测热量的红外摄像机和用于测量高度和地形的激光最终可以添加到四轴飞行器中，以赋予其更广泛的功能。
“他们必须弄清楚的是如何构建机器人，寻找合适的组件、电机、电路板和电缆，并将它们正确地连接起来，”德康尼克说。“开发这种技术是机器人技术面临的挑战。”