¿Por qué los cuadricópteros son más comunes en robótica que otras configuraciones?

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Me di cuenta de que casi toda la investigación que se realiza con robots de helicópteros se realiza con cuadricópteros (cuatro hélices). ¿Por qué se hace tan poco trabajo usando tricopters en comparación? ¿O un número diferente de hélices? ¿Qué pasa con cuatro hélices que han hecho de los cuadricópteros la opción más popular?

quadcopter design uav

— Golmschenk
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Creo que otra forma de preguntar esto sería "¿Por qué los multirotor / multicopter de 4 hélices son más comunes que otras configuraciones?" Su última pregunta resume lo que realmente está buscando.

— Ian

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Al menos en parte, los cuadrotors ofrecen un buen equilibrio entre la complejidad de la dinámica y los requisitos de potencia. Con los helicópteros tradicionales de rotor único, el control es una función de la orientación del rotor, lo que significa que debe cambiar su orientación para cambiar la dirección de la nave. Esto crea vínculos mecánicos muy complejos en términos comparativos y complica la dinámica. Con los tri-helicópteros, la dinámica incluye un desequilibrio de los momentos inducidos por el giro de los rotores. Con más de cuatro rotores, obtiene una estabilidad mejorada y cierta capacidad para manejar fallas, como un motor apagado, pero rápidamente se encuentra con un problema de potencia. Cuantos más motores necesite para conducir, mayores serán sus requisitos de potencia y los quadrotors tendrán mucha potencia. Este es un problema importante en la robótica en general.

— DaemonMaker
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Entonces, si las baterías de repente se vuelven mucho más eficientes, ¿crees que los helicópteros subirían a 6 rotores? ¿O crees que solo obtendríamos helicópteros de 4 rotores más grandes?

— golmschenk

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Tal como dijo DaemonMaker, si está dispuesto a soportar los requisitos de potencia, puede obtener los beneficios adicionales de más rotores. Vea el Asctec Firefly para un producto actual de 6 rotores.

— fgb

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Además, con un tricóptero todavía necesita un enlace mecánico bastante complicado para inclinar el rotor trasero para obtener su componente de guiñada. Con un quadcopter simplemente atornillas los 4 motores y estás listo para comenzar.

— Chris

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Necesita 4 grados de libertad para controlar la guiñada, cabeceo, balanceo y empuje.

Por lo tanto, cuatro puntales es el número mínimo de actuadores necesarios. Los tricoptors requieren un servo para inclinar uno o más rotores, lo que es más complicado mecánicamente.

No hay restricción a solo 4 accesorios, los hexa + coptors también son muy comunes.

En general, desea un número par de accesorios a menos que esté inclinado para que las fuerzas de guiñada se equilibren.

Elegir el número exacto de hélices utilizadas implica muchas compensaciones complicadas. Un solo accesorio no puede ser demasiado grande o la inercia hace que el multicopter sea inestable (es por eso que ve más accesorios en lugar de accesorios más grandes para multirrotores grandes).

Las hélices grandes son mucho, mucho más eficientes que muchas hélices pequeñas, por lo que esencialmente hay un límite de tamaño en los multicoptors (a menos que vaya a un tono variable / colectivo que sería estúpido).

— usuario65
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+1 esto. Con un rotor, debe inclinar físicamente el rotor (complicado) o tener un mecanismo cíclico (aún más complicado mecánicamente). Los puntales rígidos simples unidos directamente a los ejes del motor con motores rígidamente unidos al fuselaje son mecánicamente mucho más simples. 4 rotores es el número mínimo para controlar directamente el cabeceo, balanceo y guiñada con tal disposición. (6 rotores es el número mínimo para controlar directamente el cabeceo, balanceo, camino, norte, este y arriba con tal disposición).

— David Cary

¿Cómo se obtiene un movimiento de guiñada puro con un quadcoptor y, si eso es posible, por qué esto no funcionará con un tricoptor? No entiendo cómo puede obtener un movimiento de guiñada con cualquier sistema en el que todos los rotores estén en un plano sin primero inclinarse y moverse. Pensé que la diferencia principal entre los cuadricópteros y los tricoptors sería que los cálculos cinemáticos serían más complejos.

— Mark Booth

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Supongo que bostezas acelerando dos de los rotores que giran en sentido opuesto a la dirección que quieres girar mientras desaceleras los otros dos. Los rotores deben estar emparejados en diagonal para que no ruede.

— Ansis Māliņš

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Creo que la razón principal es que son simplemente más fáciles de construir de manera estable. Un ángulo de 120º es más difícil de corregir que un ángulo de 90º.

Otra cosa que es un poco más fácil de entender es cómo la relación entre las hélices conduce a diferentes tipos de movimiento. Pensar en diferentes hélices que se mueven a diferentes velocidades y direcciones y cómo eso afecta el movimiento del robot es algo intuitivo, porque no tienes que hacer mucha trigonometría en tu cabeza.

Por último, es solo un buen compromiso entre la estabilidad / capacidad de control y el costo, ya que los motores suelen ser uno de los componentes más caros para ese tipo de robot.

— georgebrindeiro
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Las respuestas mecánicas anteriores son correctas. Los problemas de estabilidad inherentes con motores grandes individuales se intercambian por control dinámico en 12 dimensiones de aceleración, guiñada, cabeceo y balanceo que pueden acoplarse parcialmente (la matriz rotacional de traslación amd) donde se presenta uno con un marco de inercia diagonal simplificado para construir una dinámica modelo con. En este modelo también hay una relación inversa entre el radio del quad y la agilidad traslacional y rotacional. Se hace muy fácil "esquivar balas" en radios muy muy pequeños.

Para responder a la pregunta ¿Cómo se obtiene un movimiento de guiñada puro con un quadcoptor? , en comentarios a esta respuesta , obtienes un guiñada pura de la siguiente manera:

Los motores norte y sur giran a la misma velocidad pero colectivamente a una velocidad más alta (o más baja) que los motores este y oeste, que también están a la misma velocidad.

No se lanzará ni rodará, los guiñará a todos. (Lo siento)

Además, en el software se puede controlar el helicóptero después de romper las hélices norte y sur a expensas del control de guiñada, la nave girará continuamente y siempre que la frecuencia de actualización del software sea capaz de manejar la velocidad de rotación del guiñada permanece exactamente igual de estable (más o menos), la dimensión de la aceleración se recorta y la respuesta o sacudida también se recorta un poco, pero puede mover el tono y la guiñada de la misma manera compensando en el software. (El estado de guiñada deseado se acopla virtualmente al estado físico)

— Jason Bogovich
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Gracias, acabo de notar que su respuesta se refiere a mi pregunta de comentario. Debería haberlo hecho como una nueva pregunta, pero como usted respondió una parte de ella, he creado una nueva pregunta para responder a otra pregunta subsidiaria sobre esto. * 8 ')

— Mark Booth