Por que os quadcopters são mais comuns em robótica do que em outras configurações?

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Eu notei que quase toda a pesquisa que está sendo feita com robôs de helicóptero é feita usando quadcopters (quatro hélices). Por que há tão pouco trabalho usando tricópteros em comparação? Ou um número diferente de hélices? Que tal quatro hélices fizeram dos quadcopters a escolha mais popular?

golmschenk
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Penso que outra maneira de perguntar isso seria "Por que os multirotores / multicopters de 4 hélices são mais comuns do que outras configurações?" Sua última pergunta resume o que você realmente quer.
21413 Ian Ian

Respostas:

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Pelo menos em parte, os quadrotores oferecem um bom equilíbrio entre a complexidade da dinâmica e os requisitos de energia. Nos helicópteros tradicionais de rotor único, o controle é uma função da orientação do rotor, o que significa que você deve alterar sua orientação para mudar a direção da embarcação. Isso cria ligações mecânicas muito complexas, comparativamente falando, e complica a dinâmica. Com os helicópteros, a dinâmica inclui um desequilíbrio dos momentos induzidos pela rotação dos rotores. Com mais de quatro rotores, você obtém uma estabilidade aprimorada e alguma capacidade de lidar com falhas, como a partida de um motor, mas rapidamente encontra um problema de energia. Quanto mais motores você precisar dirigir, maiores serão os requisitos de potência e os quadrotores já terão muita energia. Esta é uma questão importante em robótica em geral.

DaemonMaker
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Então, se as baterias de repente se tornarem muito mais eficientes, você acha que os helicópteros subiriam para 6 rotores? Ou você acha que teríamos apenas quatro helicópteros de rotor maiores?
golmschenk
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Assim como o DaemonMaker disse, se você estiver disposto a atender aos requisitos de energia, poderá obter os benefícios extras de mais rotores. Consulte o Asctec Firefly para obter um produto atual com 6 rotores.
Fb 27/11
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Além disso, com um tricóptero, você ainda precisa de uma ligação mecânica bastante complicada para inclinar o rotor traseiro, a fim de obter seu componente de guinada. Com um quadcopter, você apenas aparafusa os 4 motores e está pronto.
8283 Chris
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Você precisa de 4 graus de liberdade para controlar a guinada, o passo, o rolo e a pressão.

Portanto, quatro adereços é o número mínimo de atuadores necessários. Os tricópteros requerem um servo para inclinar um ou mais rotores, o que é mais complicado mecanicamente.

Não há restrição para apenas 4 adereços; os copiadores hexa + também são muito comuns.

Geralmente, você deseja um número par de adereços, a menos que esteja inclinando para que as forças da guinada se equilibrem.

A escolha do número exato de hélices usadas envolve muitas trocas complicadas. Um único suporte não pode ser muito grande ou a inércia torna o multicóptero instável (e é por isso que você vê mais objetos em vez de objetos maiores para multirotores grandes).

Hélices grandes são muito, muito, mais eficientes do que muitas hélices pequenas, e é por isso que existe essencialmente um limite de tamanho em multicoptores (a menos que você faça pitch variável / coletivo, o que seria estúpido).

user65
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+1 Isto. Com um rotor, você precisa inclinar fisicamente o rotor (complicado) ou ter um mecanismo cíclico (ainda mais complicado mecanicamente). Suportes rígidos simples conectados diretamente aos eixos do motor com motores rigidamente conectados à estrutura da aeronave são mecanicamente muito mais simples. 4 rotores é o número mínimo para controlar diretamente a inclinação, rotação e guinada com esse arranjo. (6 rotores é o número mínimo para controlar diretamente o pitch, roll, way, North, East e Up com esse arranjo).
David Cary
Como você consegue um movimento de guinada puro com um quadcoptor e, se isso é possível, por que isso não funciona com um tricoptor? Não entendo como é possível obter movimento de guinada em qualquer sistema em que todos os rotores estejam em um plano sem primeiro inclinar e mover. Eu teria pensado que a principal diferença entre quadcopters e tricoptors seria que os cálculos cinemáticos seriam mais complexos.
Mark Booth
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Meu palpite é que você boceja acelerando dois rotores girando na direção oposta à que você deseja girar enquanto desacelera os outros dois. Os rotores devem ser pareados na diagonal para que você não role.
Ansis Māliņš
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Acho que o principal motivo é que eles são mais fáceis de construir de maneira estável. Um ângulo de 120º é mais difícil de acertar do que um ângulo de 90º.

Outra coisa que é um pouco mais fácil de entender é como o relacionamento entre hélices leva a diferentes tipos de movimento. Pensar em diferentes hélices que se movem em diferentes velocidades e direções e como isso afeta o movimento do robô é meio que intuitivo, porque você não precisa fazer muita trigonometria em sua cabeça.

Por fim, é apenas um bom compromisso entre estabilidade / controlabilidade e custo, já que os motores são geralmente um dos componentes mais caros para esse tipo de robô.

georgebrindeiro
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As respostas mecânicas acima estão corretas. Os problemas de estabilidade inerentes a motores grandes e únicos são trocados por controle dinâmico em 12 dimensões de aceleração, guinada, passo, rotação, que podem ser parcialmente acopladas (a matriz de rotação e translacional da translação), onde é apresentado um quadro inercial diagonal simplificado para criar uma dinâmica modelo com. Neste modelo, há também uma relação inversa entre o raio do quadrilátero e a agilidade translacional e rotacional. Torna-se muito fácil "desviar de balas" em raios muito pequenos.

Para responder à pergunta Como você consegue um movimento de guinada puro com um quadcoptor? , nos comentários a esta resposta , você obtém guinada pura da seguinte maneira:

Motores norte e sul girando na mesma velocidade, mas coletivamente a uma velocidade mais alta (ou mais baixa) do que a East e West Motors, que também estão na mesma velocidade.

Não vai lançar ou rolar, vai guinar vocês. (Desculpe)

Além disso, no software pode-se controlar o helicóptero depois de interromper as hélices norte e sul às custas do controle de guinada, a nave girará continuamente e enquanto a frequência da taxa de atualização do software for capaz de lidar com a velocidade de rotação da guinada no helicóptero permanece exatamente tão estável (mais ou menos) a dimensão da aceleração é cortada e a resposta ou empurrão também é cortada, mas pode mover o tom e guinar da mesma maneira, compensando no software. (O estado de guinada desejado se torna virtualmente acoplado ao estado físico)

Jason Bogovich
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Obrigado, acabei de notar que sua resposta se refere à minha pergunta de comentário. Eu deveria ter feito isso como uma nova pergunta, mas desde que você respondeu parte dela, criei uma nova pergunta para responder a uma pergunta subsidiária adicional sobre isso. * 8 ')
Mark Booth