Mengapa quadcopters lebih umum di robotika daripada konfigurasi lainnya?

21

Saya perhatikan bahwa hampir semua penelitian yang dilakukan dengan robot helikopter dilakukan menggunakan quadcopters (empat baling-baling). Mengapa ada begitu sedikit pekerjaan yang dilakukan menggunakan tricopters dibandingkan? Atau jumlah baling-baling yang berbeda? Bagaimana dengan empat baling-baling yang menjadikan quadcopters pilihan paling populer?

quadcopter design uav

— golmschenk
sumber

Saya pikir cara lain untuk menanyakan ini adalah "Mengapa multirotor / multicopters 4-baling-baling lebih umum daripada konfigurasi lainnya?" Pertanyaan terakhir Anda meringkas apa yang benar-benar Anda cari.

— Ian

21

Setidaknya sebagian quadrotor menawarkan keseimbangan yang bagus antara kompleksitas dinamika dan kebutuhan daya. Dengan helikopter rotor tunggal tradisional, kontrol adalah fungsi dari orientasi rotor yang berarti Anda harus mengubah orientasinya untuk mengubah arah pesawat. Ini membuat hubungan mekanis yang sangat kompleks secara komparatif berbicara dan mempersulit dinamika. Dengan tri-copters dinamika mencakup ketidakseimbangan momen yang disebabkan oleh pemintalan rotor. Dengan lebih dari empat rotor Anda mendapatkan stabilitas yang ditingkatkan dan beberapa kemampuan untuk menangani kegagalan, seperti motor mati, tetapi Anda dengan cepat mengalami masalah daya. Semakin banyak motor yang Anda butuhkan untuk mengemudi semakin tinggi kebutuhan daya Anda dan quadrotor sudah sangat haus daya. Ini adalah masalah utama dalam robotika secara umum.

— DaemonMaker
sumber

1

Jadi jika baterai tiba-tiba menjadi jauh lebih efisien, apakah menurut Anda helikopter akan naik hingga 6 rotor? Atau apakah Anda pikir kami hanya akan mendapatkan 4 helikopter rotor yang lebih besar?

— golmschenk

1

Seperti yang dikatakan DaemonMaker, jika Anda bersedia menggunakan persyaratan daya, maka Anda bisa mendapatkan manfaat tambahan dari lebih banyak rotor. Lihat Asctec Firefly untuk produk 6-rotor saat ini.

— fgb

1

Juga, dengan tricopter Anda masih memerlukan hubungan mekanis yang agak rumit untuk memiringkan rotor belakang untuk mendapatkan komponen yaw Anda. Dengan quadcopter Anda hanya mengunci 4 motor ke bawah dan Anda baik untuk pergi.

— Chris

9

Anda membutuhkan 4 derajat kebebasan untuk mengendalikan yaw, pitch, roll, dan dorong.

Oleh karena itu empat alat peraga adalah jumlah minimum aktuator yang diperlukan. Tricoptors memerlukan servo untuk memiringkan satu atau lebih rotor yang lebih rumit secara mekanis.

Tidak ada batasan untuk hanya 4 alat peraga, hexa + coptors juga sangat umum.

Umumnya Anda menginginkan jumlah alat peraga yang rata kecuali Anda memiringkan sehingga kekuatan yaw seimbang.

Memilih jumlah yang tepat dari baling-baling yang digunakan melibatkan banyak pengorbanan rumit. Satu penyangga tidak boleh terlalu besar atau inersia membuat multicopter tidak stabil (itulah sebabnya Anda melihat lebih banyak alat peraga daripada alat peraga yang lebih besar untuk multirotor besar).

Baling-baling besar jauh, jauh, lebih efisien daripada banyak baling-baling kecil, itulah sebabnya pada dasarnya ada batasan ukuran pada multicoptors (kecuali Anda menggunakan pitch variabel / kolektif yang akan menjadi bodoh).

— pengguna65
sumber

1

Beri ini +1. Dengan satu rotor, Anda perlu memiringkan rotor secara fisik (rumit) atau memiliki mekanisme siklik (bahkan lebih rumit secara mekanis). Alat peraga kaku sederhana yang terpasang langsung ke poros motor dengan motor yang terpasang erat pada badan pesawat secara mekanis jauh lebih sederhana. 4 rotor adalah angka minimum untuk mengendalikan pitch, roll, dan yaw secara langsung dengan pengaturan seperti itu. (6 rotor adalah angka minimum untuk secara langsung mengontrol nada, putaran, arah, Utara, Timur, dan Atas dengan pengaturan seperti itu).

— David Cary

Bagaimana Anda mendapatkan gerakan menguap murni dengan quadcoptor dan jika itu memungkinkan mengapa ini tidak akan bekerja dengan tricoptor? Saya tidak mengerti bagaimana Anda bisa mendapatkan gerakan menguap dengan sistem apa pun di mana semua rotor berada dalam pesawat tanpa memiringkan dan bergerak terlebih dahulu. Saya akan berpikir bahwa perbedaan utama antara quadcopters dan tricoptors akan menjadi perhitungan kinematik akan lebih kompleks.

— Mark Booth

2

Dugaan saya adalah bahwa Anda menguap dengan mempercepat dua rotor berputar berlawanan dengan arah yang ingin Anda putar sambil memperlambat dua lainnya. Rotor harus dipasangkan secara diagonal sehingga Anda tidak menggulung.

— Ansis Māliņš

4

Saya pikir alasan utamanya adalah mereka lebih mudah dibangun dengan cara yang stabil. Sudut 120º lebih sulit untuk diperbaiki dari sudut 90º.

Hal lain yang sedikit lebih mudah dipahami adalah bagaimana hubungan antara baling-baling mengarah ke berbagai jenis gerakan. Memikirkan baling-baling yang berbeda bergerak dengan kecepatan dan arah yang berbeda dan bagaimana hal itu mempengaruhi gerakan robot adalah sesuatu yang intuitif, karena Anda tidak harus melakukan banyak trigonometri di kepala Anda.

Terakhir, ini hanya kompromi yang bagus antara stabilitas / kemampuan pengendalian dan biaya, karena motor biasanya merupakan salah satu komponen paling mahal untuk robot semacam itu.

— georgebrindeiro
sumber

3

Jawaban mekanis di atas benar. Masalah stabilitas inheren dengan motor tunggal besar ditukar dengan comtrol dinamis lebih dari 12 dimensi akselerasi, yaw, pitch, roll yang dapat digabungkan sebagian (matriks rotasi translasional amd) di mana seseorang disajikan dengan kerangka inersia diagonal disederhanakan untuk membangun dinamika model dengan. Dalam model ini ada juga hubungan terbalik antara jari-jari quad dan kelincahan translasi dan rotasi. Menjadi sangat mudah untuk "menghindari peluru" di jari-jari sangat kecil.

Untuk menjawab pertanyaan, Bagaimana Anda mendapatkan gerakan menguap murni dengan quadcoptor? , dalam komentar untuk jawaban ini , Anda mendapatkan menguap murni dengan cara berikut:

Motor Utara dan Selatan berputar dengan kecepatan yang sama tetapi secara kolektif pada kecepatan yang lebih tinggi (atau lebih rendah) dari Motor Timur dan Barat yang juga pada kecepatan yang sama.

Itu tidak akan melempar atau memutar, itu akan menguap kalian semua. (Maaf)

Lebih jauh lagi, dalam perangkat lunak seseorang dapat mengontrol helikopter setelah mematikan baling-baling utara dan selatan dengan mengorbankan kontrol yaw, pesawat akan terus berputar dan selama frekuensi refresh rate perangkat lunak mampu menangani kecepatan rotasi yaw helikopter itu. tetap persis sama stabil (semacam) dimensi akselerasi terpotong dan respons atau brengsek juga agak terpotong tetapi dapat bergerak pitch dan menguap sama saja dengan mengkompensasi dalam perangkat lunak. (Keadaan yaw yang diinginkan menjadi hampir digabungkan dengan keadaan fisik)

— Jason Bogovich
sumber

1

Terima kasih, saya baru saja memperhatikan jawaban Anda mengacu pada pertanyaan komentar saya. Saya seharusnya menanyakan itu sebagai pertanyaan baru, tetapi karena Anda menjawab sebagian, saya telah membuat pertanyaan baru untuk menjawab pertanyaan tambahan selanjutnya tentang hal ini. * 8 ')

— Mark Booth