Perché i quadricotteri sono più comuni nella robotica rispetto ad altre configurazioni?

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Ho notato che quasi tutte le ricerche condotte con robot per elicotteri vengono eseguite utilizzando quadricotteri (quattro eliche). Perché si fa così poco lavoro usando i tricotteri a confronto? O un numero diverso di eliche? Che dire di quattro eliche ha reso i quadricotteri la scelta più popolare?

quadcopter design uav

— golmschenk
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Penso che un altro modo per chiederlo sarebbe "Perché i multirotori / i multicotteri a 4 eliche sono più comuni di altre configurazioni?" La tua ultima domanda riassume ciò che stai veramente cercando.

— Ian,

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Almeno in parte i quadrotori offrono un buon equilibrio tra la complessità della dinamica e i requisiti di potenza. Con gli elicotteri tradizionali a rotore singolo, il controllo è una funzione dell'orientamento del rotore, il che significa che è necessario modificarne l'orientamento per cambiare la direzione dell'imbarcazione. Ciò rende relativamente complessi i collegamenti meccanici relativamente parlando e complica la dinamica. Con i tri-elicotteri la dinamica include uno squilibrio dei momenti indotti dalla rotazione dei rotori. Con più di quattro rotori si ottiene una migliore stabilità e una certa capacità di gestire i guasti, come un motore che si spegne, ma si verifica rapidamente un problema di potenza. Maggiore è il numero di motori necessari per guidare, maggiori saranno i requisiti di alimentazione e i quadrotori hanno già molta fame. Questo è un grosso problema nella robotica in generale.

— DaemonMaker
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Quindi se le batterie diventassero improvvisamente molto più efficienti, pensi che gli elicotteri arriverebbero fino a 6 rotori? O pensi che avremmo solo elicotteri a 4 rotori più grandi?

— Golmschenk,

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Proprio come ha detto DaemonMaker, se si è disposti a soddisfare i requisiti di alimentazione, è possibile ottenere i vantaggi aggiuntivi di più rotori. Vedi Asctec Firefly per un prodotto a 6 rotori attuale.

— fgb,

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Inoltre, con un elicottero è ancora necessario un collegamento meccanico piuttosto complicato per inclinare il rotore posteriore per ottenere il componente di imbardata. Con un quadricoptero basta avvitare i 4 motori e il gioco è fatto.

— Chris,

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Hai bisogno di 4 gradi di libertà per controllare imbardata, beccheggio, rollio e spinta.

Quattro puntelli rappresentano quindi il numero minimo di attuatori richiesti. I tricotteri richiedono un servo per inclinare uno o più rotori che è più meccanicamente complicato.

Non ci sono restrizioni a soli 4 oggetti di scena, anche i hexa + coptor sono molto comuni.

Generalmente vuoi un numero pari di oggetti di scena a meno che non ti inclini in modo che le forze di imbardata si bilancino.

La scelta del numero esatto di eliche utilizzate comporta molti complicati compromessi. Un singolo puntello non può essere troppo grande o l'inerzia rende instabile il multicotteri (motivo per cui si vedono più puntelli anziché puntelli più grandi per multirotori di grandi dimensioni).

Le eliche di grandi dimensioni sono di gran lunga più efficienti di molte eliche di piccole dimensioni, motivo per cui esiste essenzialmente un limite di dimensione sui multicotteri (a meno che non si passi a un passo variabile / collettivo che sarebbe stupido).

— user65
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+1 questo. Con un rotore, è necessario inclinare fisicamente il rotore (complicato) o disporre di un meccanismo ciclico (ancora più complicato meccanicamente). Semplici puntelli rigidi fissati direttamente agli alberi motore con motori rigidamente fissati alla cellula sono meccanicamente molto più semplici. 4 rotori è il numero minimo per controllare direttamente beccheggio, rollio e imbardata con una tale disposizione. (6 rotori è il numero minimo per controllare direttamente pitch, roll, way, North, East e Up con una tale disposizione).

— David Cary,

Come si ottiene un puro movimento di imbardata con un quadricottero e se è possibile, perché questo non funziona con un triciclo? Non capisco come si possa ottenere un movimento di imbardata con qualsiasi sistema in cui tutti i rotori sono su un piano senza prima inclinarsi e muoversi. Avrei pensato che la differenza principale tra quadricotteri e tricotteri sarebbe che i calcoli cinematici sarebbero più complessi.

— Mark Booth

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La mia ipotesi sarebbe che tu sbatti accelerando due dei rotori che girano in senso opposto alla direzione che vuoi girare mentre rallenti gli altri due. I rotori devono essere accoppiati in diagonale in modo da non rotolare.

— Ansis Māliņš,

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Penso che il motivo principale sia che siano semplicemente più facili da costruire in modo stabile. Un angolo di 120º è più difficile da ottenere rispetto a un angolo di 90º.

Un'altra cosa che è un po 'più facile da capire è come la relazione tra le eliche porta a diversi tipi di movimento. Pensare a diverse eliche che si muovono a diverse velocità e direzioni e in che modo influisce sul movimento del robot è in qualche modo intuitivo, perché non devi fare molta trigonometria nella tua testa.

Infine, è solo un buon compromesso tra stabilità / controllabilità e costi, poiché i motori sono generalmente uno dei componenti più costosi per quel tipo di robot.

— georgebrindeiro
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Le risposte meccaniche sopra sono corrette. I problemi di stabilità intrinseca con singoli motori di grandi dimensioni vengono scambiati per un controllo dinamico su 12 dimensioni di accelerazione, imbardata, inclinazione, rollio che possono essere parzialmente accoppiate (matrice traslazionale e rotazionale) in cui viene presentato un telaio inerziale diagonale semplificato per costruire una dinamica modello con. In questo modello esiste anche una relazione inversa tra il raggio del quad e l'agilità traslazionale e rotazionale. Diventa molto facile "schivare i proiettili" a raggi molto piccoli.

Per rispondere alla domanda Come si ottiene un movimento di imbardata puro con un quadricottero? , nei commenti a questa risposta , ottieni pura imbardata nel modo seguente:

I motori nord e sud ruotano alla stessa velocità ma collettivamente a una velocità superiore (o inferiore) rispetto ai motori orientali e occidentali che hanno anche la stessa velocità.

Non rotolerà o rotolerà, ti farà sbadigliare tutti. (Scusate)

Inoltre, nel software si può controllare l'elicottero dopo aver rotto le eliche nord e sud a spese del controllo dell'imbardata, l'imbarcazione girerà continuamente e finché la frequenza di aggiornamento del software è in grado di gestire la velocità di rotazione dell'imbardata l'elicottero rimane esattamente stabile (una sorta di) la dimensione dell'accelerazione è tagliata e anche la risposta o il jerk sono in qualche modo tagliati, ma può spostare il beccheggio e lo imbardata compensando il software. (Lo stato di imbardata desiderato diventa praticamente accoppiato allo stato fisico)

— Jason Bogovich
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Grazie, ho appena notato che la tua risposta si riferisce alla mia domanda di commento. Avrei dovuto farla come una nuova domanda, ma poiché hai risposto a una parte di essa, ho creato una nuova domanda per rispondere a un'ulteriore domanda sussidiaria a riguardo. * 8 ')

— Mark Booth