Pourquoi les quadcoptères sont-ils plus courants en robotique que les autres configurations?

J'ai remarqué que presque toutes les recherches effectuées avec des robots hélicoptères sont effectuées à l'aide de quadricoptères (quatre hélices). Pourquoi y a-t-il si peu de travail en utilisant des tricoptères en comparaison? Ou un nombre différent d'hélices? Qu'en est-il des quatre hélices qui ont fait des quadricoptères le choix le plus populaire?

Au moins en partie, les quadrotors offrent un bel équilibre entre la complexité de la dynamique et les besoins en puissance. Avec les hélicoptères monorotors traditionnels, le contrôle est fonction de l'orientation du rotor, ce qui signifie que vous devez changer son orientation pour changer la direction de l'engin. Cela rend les liaisons mécaniques très complexes comparativement parlant et complique la dynamique. Avec les tri-copters, la dynamique comprend un déséquilibre des moments induits par le tournage des rotors. Avec plus de quatre rotors, vous obtenez une stabilité améliorée et une certaine capacité à gérer les pannes, comme un moteur qui s'éteint, mais vous rencontrez rapidement un problème d'alimentation. Plus vous avez besoin de moteurs pour conduire, plus vos besoins en énergie sont élevés et les quadrotors sont déjà très gourmands en énergie. Il s'agit d'un enjeu majeur de la robotique en général.

Vous avez besoin de 4 degrés de liberté pour contrôler le lacet, le tangage, le roulis et la poussée.

Quatre hélices, c'est donc le nombre minimum d'actionneurs requis. Les tricoptères nécessitent un servo pour incliner un ou plusieurs rotors, ce qui est plus compliqué mécaniquement.

Il n'y a pas de restriction à seulement 4 accessoires, les hexa + coptors sont également très courants.

En règle générale, vous voulez un nombre pair d'accessoires, sauf si vous inclinez afin que les forces de lacet s'équilibrent.

Le choix du nombre exact d'hélices utilisées implique de nombreux compromis compliqués. Un seul accessoire ne peut pas être trop grand ou l'inertie rend le multicoptère instable (c'est pourquoi vous voyez plus d'accessoires au lieu de plus gros accessoires pour les grands multirotors).

Les grandes hélices sont de loin, beaucoup plus efficaces que de nombreuses petites hélices, c'est pourquoi il y a essentiellement un plafond de taille sur les multicoptors (à moins que vous n'ayez un pas variable / collectif qui serait stupide).

Je pense que la raison principale est qu'ils sont tout simplement plus faciles à construire de manière stable. Un angle de 120 ° est plus difficile à obtenir correctement qu'un angle de 90 °.

Une autre chose un peu plus facile à comprendre est de savoir comment la relation entre les hélices conduit à différents types de mouvement. Penser à différentes hélices se déplaçant à différentes vitesses et directions et comment cela affecte le mouvement du robot est en quelque sorte intuitif, car vous n'avez pas besoin de faire beaucoup de trigonométrie dans votre tête.

Enfin, ce n'est qu'un bon compromis entre stabilité / contrôlabilité et coût, car les moteurs sont généralement l'un des composants les plus chers pour ce type de robot.

Les réponses mécaniques ci-dessus sont correctes. Les problèmes de stabilité inhérents aux grands moteurs simples sont échangés contre un contrôle dynamique sur 12 dimensions d'accélération, de lacet, de tangage, de roulis qui peuvent être partiellement couplées (la matrice de rotation et la matrice de rotation) où l'on est présenté avec un cadre inertiel diagonal simplifié pour construire une dynamique modèle avec. Dans ce modèle, il existe également une relation inverse entre le rayon du quad et l'agilité en translation et en rotation. Il devient très facile «d'esquiver les balles» à de très très petits rayons.

Pour répondre à la question Comment obtenir un mouvement de lacet pur avec un quadricoptère? , dans les commentaires de cette réponse , vous obtenez le lacet pur de la manière suivante:

Les moteurs Nord et Sud tournent à la même vitesse mais collectivement à une vitesse plus élevée (ou inférieure) que les moteurs Est et Ouest qui sont également à la même vitesse.

Il ne tanguera ni ne roulera, il vous baillera tous. (Pardon)

De plus, dans le logiciel, on peut contrôler l'hélicoptère après avoir rompu les hélices nord et sud au détriment du contrôle du lacet, l'engin tournera en continu et tant que la fréquence du taux de rafraîchissement du logiciel sera capable de gérer la vitesse de rotation du lacet de l'hélicoptère reste exactement aussi stable (en quelque sorte) la dimension de l'accélération est écrêtée et la réponse ou le jerk est également quelque peu écrêté mais il peut déplacer le tangage et le lacet de la même façon en compensant dans le logiciel. (L'état de lacet souhaité devient virtuellement couplé à l'état physique)