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

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?

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.

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).

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.

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)