Warum sind Quadcopter in der Robotik häufiger als andere Konfigurationen?

Ich habe festgestellt, dass fast alle Forschungsarbeiten mit Hubschrauberrobotern mit Quadcoptern (vier Propellern) durchgeführt werden. Warum wird mit Trikoptern im Vergleich so wenig gearbeitet? Oder eine andere Anzahl von Propellern? Was ist mit vier Propellern, die Quadrocopter zur beliebtesten Wahl gemacht haben?

Zumindest teilweise bieten Quadrotoren ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Komplexität der Dynamik und den Leistungsanforderungen. Bei herkömmlichen Einrotor-Hubschraubern hängt die Steuerung von der Ausrichtung des Rotors ab. Dies bedeutet, dass Sie die Ausrichtung ändern müssen, um die Richtung des Fahrzeugs zu ändern. Dies führt vergleichsweise zu sehr komplexen mechanischen Verknüpfungen und erschwert die Dynamik. Bei Tricoptern umfasst die Dynamik ein Ungleichgewicht der Momente, die durch das Drehen der Rotoren hervorgerufen werden. Mit mehr als vier Rotoren erhalten Sie eine verbesserte Stabilität und die Fähigkeit, Fehler zu handhaben, z. B. wenn ein Motor ausgeht, aber Sie stoßen schnell auf ein Energieproblem. Je mehr Motoren Sie antreiben müssen, desto höher ist Ihr Leistungsbedarf, und Quadrotoren sind bereits sehr leistungshungrig. Dies ist ein Hauptproblem in der Robotik im Allgemeinen.

Sie benötigen 4 Freiheitsgrade, um Gieren, Nicken, Rollen und Stoßen zu steuern.

Vier Stützen sind daher die Mindestanzahl der erforderlichen Stellantriebe. Tricoptors erfordern ein Servo, um einen oder mehrere Rotoren zu kippen, was mechanisch komplizierter ist.

Es gibt keine Beschränkung auf nur 4 Requisiten, Hexa + Coptoren sind auch sehr verbreitet.

Im Allgemeinen möchten Sie eine gerade Anzahl von Requisiten, es sei denn, Sie kippen, um die Gierkräfte auszugleichen.

Die Wahl der genauen Anzahl der verwendeten Propeller ist mit vielen komplizierten Kompromissen verbunden. Eine einzelne Stütze kann nicht zu groß sein oder die Trägheit macht den Multikopter instabil (weshalb Sie mehr Stützen anstelle größerer Stützen für große Multirotoren sehen).

Große Propeller sind weit, weit, effizienter als viele kleine Propeller, weshalb es im Wesentlichen eine Größenbeschränkung für Multicopter gibt (es sei denn, Sie gehen auf variable / kollektive Steigung, was dumm wäre).

Ich denke, der Hauptgrund ist, dass sie einfach einfacher und stabiler zu bauen sind. Ein Winkel von 120 ° ist schwerer zu erreichen als ein Winkel von 90 °.

Etwas verständlicher ist auch, wie die Beziehung zwischen den Propellern zu unterschiedlichen Bewegungsarten führt. An verschiedene Propeller zu denken, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Richtungen bewegen, und wie sich dies auf die Roboterbewegung auswirkt, ist ein bisschen intuitiv, da Sie nicht viel Trigonometrie in Ihrem Kopf durchführen müssen.

Schließlich ist es nur ein guter Kompromiss zwischen Stabilität / Steuerbarkeit und Kosten, da Motoren normalerweise eine der teuersten Komponenten für diese Art von Roboter sind.

Die mechanischen Antworten oben sind korrekt. Die inhärenten Stabilitätsprobleme bei einzelnen großen Motoren werden gegen dynamische Steuerung über 12 Dimensionen von Beschleunigung, Gieren, Neigen und Rollen ausgetauscht, die teilweise gekoppelt werden können (die translatorische und rotatorische Matrix), wobei ein vereinfachter diagonaler Trägheitsrahmen zum Aufbau einer Dynamik dargestellt wird Modell mit. In diesem Modell gibt es auch eine umgekehrte Beziehung zwischen dem Radius des Quadrats und der Beweglichkeit in Bezug auf Translation und Rotation. Es wird sehr einfach, Kugeln bei sehr sehr kleinen Radien auszuweichen.

Beantwortung der Frage Wie kommt man mit einem Quadcoptor zu einer reinen Gierbewegung? In Kommentaren zu dieser Antwort erhalten Sie auf folgende Weise reines Gieren:

Nord- und Südmotoren drehen sich mit der gleichen Geschwindigkeit, aber zusammen mit einer höheren (oder niedrigeren) Geschwindigkeit als Ost- und Westmotoren, die ebenfalls die gleiche Geschwindigkeit haben.

Es wird nicht schlagen oder rollen, es wird euch allen gieren. (Es tut uns leid)

Darüber hinaus kann man in der Software den Copter steuern, nachdem die Nord- und Südpropeller auf Kosten der Gierkontrolle abgebrochen wurden. Das Fahrzeug dreht sich kontinuierlich und solange die Frequenz der Softwareaktualisierungsrate in der Lage ist, die Geschwindigkeit der Gierrotation des Copters zu bewältigen bleibt genau so stabil (Art) die Dimension der Beschleunigung wird abgeschnitten und Reaktion oder Ruck wird auch etwas abgeschnitten, aber es kann Nick- und Gierbewegungen genauso durch Kompensation in der Software. (Gewünschter Gierzustand wird virtuell an den physikalischen Zustand gekoppelt)