Dlaczego quadkoptery są bardziej popularne w robotyce niż w innych konfiguracjach?

Zauważyłem, że prawie wszystkie badania przeprowadzane za pomocą robotów helikopterowych są przeprowadzane za pomocą quadkopterów (czterech śmigieł). Dlaczego porównuje się tak mało pracy przy użyciu tricopterów? Lub inna liczba śmigieł? Co z czterema śmigłami sprawiło, że quadcopters są najpopularniejszym wyborem?

Przynajmniej częściowo quadrotors oferują dobrą równowagę między złożonością dynamiki i zapotrzebowaniem na moc. W tradycyjnych śmigłowcach z jednym wirnikiem sterowanie jest funkcją orientacji wirnika, co oznacza, że ​​musisz zmienić jego orientację, aby zmienić kierunek jednostki. To sprawia, że ​​bardzo złożone połączenia mechaniczne są stosunkowo porównywalne i komplikuje dynamikę. W przypadku śmigłowców dynamika obejmuje nierównowagę momentów wywołaną wirowaniem wirników. Z więcej niż czterema wirnikami zyskujesz lepszą stabilność i pewną zdolność do radzenia sobie z awariami, takimi jak zgaśnięcie silnika, ale szybko napotykasz problem z zasilaniem. Im więcej silników potrzebujesz do jazdy, tym wyższe są wymagania dotyczące mocy, a quadrotory są już bardzo energochłonne. Jest to ogólnie poważny problem w robotyce.

Potrzebujesz 4 stopni swobody, aby kontrolować odchylenie, skok, przechylenie i ciąg.

Cztery rekwizyty to zatem minimalna wymagana liczba siłowników. Tricoptery wymagają serwa do przechylania jednego lub więcej wirników, co jest bardziej skomplikowane mechanicznie.

Nie ma ograniczenia tylko do 4 rekwizytów, heksa + kopiarki są również bardzo powszechne.

Zasadniczo potrzebujesz parzystej liczby rekwizytów, chyba że przechylasz się, aby siły odchylenia równoważyły ​​się.

Wybór dokładnej liczby używanych śrub wymaga wielu skomplikowanych kompromisów. Pojedynczy rekwizyt nie może być zbyt duży lub bezwładność powoduje, że multikopter jest niestabilny (dlatego widzisz więcej rekwizytów zamiast większych rekwizytów dla dużych multirotorów).

Duże śmigła są znacznie, znacznie wydajniejsze niż wiele małych śmigieł, dlatego w zasadzie multoptors ma w zasadzie ograniczenie wielkości (chyba że wybierzesz zmienną / kolektywną podziałkę, co byłoby głupie).

Myślę, że głównym powodem jest to, że po prostu łatwiej je zbudować w stabilny sposób. Kąt 120º jest trudniejszy do uzyskania niż kąt 90º.

Inną rzeczą, która jest nieco łatwiejsza do zrozumienia, jest to, w jaki sposób związek między śmigłami prowadzi do różnych rodzajów ruchu. Myślenie o różnych śmigłach poruszających się z różnymi prędkościami i kierunkami oraz o tym, jak wpływa to na ruch robota, jest w pewnym sensie intuicyjne, ponieważ nie musisz robić dużo trygonometrii w głowie.

Wreszcie jest to dobry kompromis między stabilnością / sterowalnością a kosztami, ponieważ silniki są zwykle jednym z najdroższych elementów tego rodzaju robota.

Powyższe odpowiedzi mechaniczne są prawidłowe. Problemy związane ze statecznością związane z pojedynczymi dużymi silnikami są zamieniane na sterowanie dynamiczne w 12 wymiarach przyspieszenia, odchylenia, skoku, przechyłu, które można częściowo połączyć (matryca translacyjna i obrotowa), gdzie przedstawiono prostą ukośną ramę bezwładnościową, aby zbudować dynamikę model z. W tym modelu występuje również odwrotna zależność między promieniem kwadratu a zwinnością translacyjną i obrotową. Bardzo łatwo jest „unikać pocisków” przy bardzo małych promieniach.

Aby odpowiedzieć na pytanie Jak uzyskać czysty ruch odchylania za pomocą quadcoptor? , w komentarzach do tej odpowiedzi otrzymujesz czyste ziewanie w następujący sposób:

Silniki północne i południowe obracają tę samą prędkość, ale łącznie z większą (lub niższą) prędkością niż silniki wschodnie i zachodnie, które również mają tę samą prędkość.

Nie będzie się toczył ani toczył, ziewa was wszystkich. (Przepraszam)

Co więcej, w oprogramowaniu można kontrolować śmigło po zerwaniu śmigieł północnych i południowych kosztem sterowania odchylaniem, jednostka będzie się obracać w sposób ciągły i tak długo, jak częstotliwość odświeżania oprogramowania będzie w stanie poradzić sobie z prędkością obrotu śmigła pozostaje dokładnie tak samo stabilny (w pewnym sensie), że wymiar przyspieszenia jest obcięty, a reakcja lub szarpnięcie również jest nieco obcięte, ale może przesuwać skok i odchylenie tak samo, kompensując w oprogramowaniu. (Żądany stan odchylenia staje się praktycznie sprzężony ze stanem fizycznym)