Почему квадрокоптеры чаще встречаются в робототехнике, чем в других конфигурациях?

21

Я заметил, что почти все исследования, проводимые с вертолетными роботами, выполняются с использованием квадрокоптеров (четыре винта). Почему по сравнению с трикоптером так мало работы? Или другое количество винтов? Как насчет четырех винтов сделали квадрокоптер самым популярным выбором?

golmschenk
источник
Я думаю, что другой способ спросить это будет: «Почему 4-х винтовые мультироторы / мультикоптеры более распространены, чем другие конфигурации?» Ваш последний вопрос подводит итог того, что вы действительно после.
Ян

Ответы:

21

По крайней мере, частично, квадродвигатели предлагают хороший баланс между сложностью динамики и потребляемой мощностью. В традиционных вертолетах с одним ротором управление является функцией ориентации ротора, что означает, что вы должны изменить его ориентацию, чтобы изменить направление корабля. Это создает сравнительно сложные механические связи и усложняет динамику. С три-коптеры динамика включает в себя дисбаланс моментов, вызванных вращением роторов. С более чем четырьмя роторами вы получаете улучшенную стабильность и некоторую способность справляться со сбоями, такими как отключение двигателя, но вы быстро сталкиваетесь с проблемой питания. Чем больше двигателей вам нужно для привода, тем выше ваши требования к мощности, и квадроторы уже очень потребляют энергию. Это основная проблема в робототехнике в целом.

DaemonMaker
источник
1
Так что, если батареи внезапно стали намного эффективнее, как вы думаете, вертолеты будут работать с 6 роторами? Или вы думаете, мы бы просто получили 4 вертолета большего размера?
golmschenk
1
Как сказал DaemonMaker, если вы готовы соблюдать требования к питанию, вы можете получить дополнительные преимущества благодаря большему количеству роторов. См. Asctec Firefly для текущего продукта с 6 роторами .
ФГБ
1
Кроме того, при использовании трехколесного транспортного средства вам все еще нужно довольно сложное механическое соединение, чтобы наклонить задний ротор и получить компонент рыскания. С квадрокоптером вы просто прикручиваете 4 мотора, и все готово к работе.
Крис
9

Вам нужно 4 степени свободы, чтобы контролировать рыскание, наклон, крен и тягу.

Таким образом, четыре упора - это минимальное количество приводов. Трикопторы требуют сервопривода для наклона одного или нескольких роторов, что является более механически сложным.

Нет ограничений только на 4 реквизита, гекса + копторы также очень распространены.

Обычно вам нужно четное количество подпорок, если вы не наклоняетесь, чтобы силы рыскания были сбалансированы.

Выбор точного количества используемых винтов требует много сложных компромиссов. Одна опора не может быть слишком большой, или инерция делает мультикоптер нестабильным (поэтому вы видите больше опор вместо больших опор для больших мультироторов).

Большие пропеллеры намного, намного эффективнее, чем многие малые пропеллеры, поэтому на мультикопторах есть ограничение по размеру (если не использовать переменную / общую высоту, что было бы глупо).

user65
источник
1
+1 это. С одним ротором вам нужно физически наклонить ротор (сложный) или иметь циклический механизм (еще более механически сложный). Простые жесткие опоры, прикрепленные непосредственно к валам двигателя, с двигателями, жестко прикрепленными к планеру, механически намного проще. 4 ротора - это минимальное количество для прямого управления тангажем, креном и рысканием при таком расположении. (6 роторов - это минимальное число для прямого контроля высоты, крена, пути, севера, востока и вверх при таком расположении).
Дэвид Кэри
Как вы получаете чистое движение рыскания с квадрокоптором и если это возможно, почему это не будет работать с трикоптором? Я не понимаю, как вы можете получить движение рысканья с любой системой, где все роторы находятся в плоскости без предварительного наклона и движения. Я бы подумал, что основным различием между квадрокоптерами и трикопторами будут кинематические вычисления, которые будут более сложными.
Марк Бут
2
Я предполагаю, что вы будете рыскать, ускоряя два из роторов, вращающихся в направлении, противоположном направлению, которое вы хотите повернуть, в то же время замедляя два других. Роторы должны быть соединены по диагонали, чтобы вы не катились.
Ansis Māliņš
4

Я думаю, что главная причина в том, что их просто легче построить стабильным способом. Угол наклона в 120º труднее понять, чем угол в 90º.

Еще одна вещь, которую немного легче понять, это то, как отношения между пропеллерами приводят к различным типам движения. Думать о разных винтах, движущихся с разными скоростями и направлениями, и о том, как это влияет на движение робота, интуитивно понятно, потому что вам не нужно делать много тригонометрии в голове.

Наконец, это просто хороший компромисс между стабильностью / управляемостью и стоимостью, так как двигатели обычно являются одним из самых дорогих компонентов для такого типа робота.

georgebrindeiro
источник
3

Механические ответы выше верны. Присущие проблемы стабильности с одиночными крупными двигателями обмениваются на динамический контроль по 12 измерениям ускорения, рыскания, шага, крена, которые могут быть частично связаны (поступательная и вращательная матрицы), где один представлен с упрощенной диагональной инерциальной рамой для построения динамического модель с. В этой модели также существует обратная зависимость между радиусом квадрата и поступательной и вращательной ловкостью. Становится очень легко «увернуться от пуль» на очень очень малых радиусах.

Чтобы ответить на вопрос, как вы получаете чистое движение рыскания с помощью квадрокоптора? В комментариях к этому ответу вы получите чистое рыскание следующим образом:

Двигатели «Север» и «Юг» вращаются с одинаковой скоростью, но в совокупности с более высокой (или более низкой) скоростью, чем двигатели «Восток» и «Запад», которые также работают с одинаковой скоростью.

Это не будет качаться или катиться, это будет тобой все. (Сожалею)

Кроме того, в программном обеспечении можно управлять вертолетом после отключения северного и южного винтов за счет контроля рыскания, аппарат будет непрерывно вращаться и до тех пор, пока частота обновления программного обеспечения способна справиться со скоростью вращения рысканья, вертолет остается точно таким же стабильным (в некотором роде), измерение ускорения ограничено, а отклик или рывок также несколько ограничены, но они могут одинаково перемещать высоту и рыскание, компенсируя их программным обеспечением. (Желаемое состояние рыскания становится практически связанным с физическим состоянием)

Джейсон Богович
источник
1
Спасибо, я только что заметил, что ваш ответ относится к моему вопросу с комментариями. Я должен был задать это как новый вопрос, но так как вы ответили на его часть, я создал новый вопрос, чтобы ответить на дополнительный дополнительный вопрос по этому поводу. * 8 ')
Марк Бут