ロボット工学では、他の構成よりもクワッドコプターが一般的であるのはなぜですか?


21

ヘリコプターロボットで行われているほとんどすべての研究がクアッドコプター(4つのプロペラ)を使用して行われていることに気付きました。なぜトリコプターを使用して行われる作業がこれほど少ないのですか?それともプロペラの数が違うのですか?4つのプロペラがクワッドコプターを最も人気のある選択肢にしましたか?


これを尋ねる別の方法は、「なぜ4プロペラマルチローター/マルチコプターが他の構成よりも一般的ですか?」最後の質問は、あなたが本当に望んでいることを要約しています。
イアン

回答:


21

少なくとも部分的に、クワッドローターは、ダイナミクスの複雑さと電力要件のバランスをうまくとっています。従来のシングルローターヘリコプターでは、制御はローターの方向の関数です。つまり、方向を変えて航空機の方向を変える必要があります。これにより、非常に複雑な機械的リンクが比較的話されやすくなり、ダイナミクスが複雑になります。トライコプターでは、ダイナミクスにはローターの回転によって生じるモーメントの不均衡が含まれます。4個以上のローターを使用すると、安定性が向上し、モーターが停止するなどの障害を処理する能力が得られますが、すぐに電源の問題が発生します。より多くのモーターを駆動する必要があるほど、電力要件が高くなり、クワッドローターはすでに非常に電力を消費します。これは、一般的なロボット工学の大きな問題です。


1
バッテリーが突然さらに効率的になった場合、ヘリコプターは6個のローターに到達すると思いますか?それとも、もっと大きな4つのローターヘリコプターを手に入れると思いますか?
golmschenk

1
DaemonMakerが言ったように、必要な電力に耐えるなら、より多くのローターの追加の利点を得ることができます。現在の6ローター製品については、Asctec Fireflyをご覧ください。
fgb

1
また、トリコプターでは、ヨーコンポーネントを得るために、後部ローターを傾けるためにかなり複雑な機械的リンクが必要です。クワッドコプターを使用すると、4つのモーターをボルトで固定するだけで準備完了です。
クリス

9

ヨー、ピッチ、ロール、スラストを制御するには、4自由度が必要です。

したがって、必要なアクチュエータの最小数は4本の小道具です。トリコプターは、1つまたは複数のローターを傾けるためにサーボを必要としますが、これは機械的に複雑です。

4本の小道具だけに制限はなく、hexa +ヘリコプターも非常に一般的です。

一般に、ヨー力がバランスするように傾ける場合を除き、偶数個のプロップが必要です。

使用するプロペラの正確な数の選択には、多くの複雑なトレードオフが伴います。単一のプロップを大きくしすぎたり、慣性によってマルチコプターを不安定にしたりすることはできません(そのため、大きなマルチローターの場合、大きなプロップではなく、より多くのプロップが表示されます)。

大型のプロペラは、多くの小型のプロペラよりもはるかに効率的です。そのため、本質的にマルチコプターにサイズ上限があります(可変/コレクティブピッチをバカにしない限り)。


1
+1これ。1つのローターでは、ローターを物理的に傾ける(複雑な)か、周期的なメカニズム(さらに機械的に複雑な)が必要です。モーターが機体にしっかりと取り付けられた状態でモーターシャフトに直接取り付けられた単純な剛性の支柱は、機械的にはるかに単純です。このような配置でピッチ、ロール、ヨーを直接制御するには、4つのローターが最小数です。(このような配置でピッチ、ロール、ウェイ、北、東、およびアップを直接制御するための最小数は6ローターです)。
デビッドケーリー

クワッドコプターで純粋なヨーモーションを取得する方法と、それが可能であれば、なぜトリコプターで動作しないのですか?すべてのローターが最初に傾斜して移動することなく平面内にあるシステムでヨーモーションを取得する方法を理解できません。クアッドコプターとトリコプターの主な違いは、運動学的計算がより複雑になることだと思いました。
マークブース

2
私の推測では、あなたが回転したい方向の反対側に回転する2つのローターをスピードアップして、他の2つをスローダウンしてヨーすることでしょう。ローターが回転しないように、ローターは対角線上でペアにする必要があります。
アンシスマリリシュ

4

主な理由は、安定した方法で構築する方が簡単だからだと思います。120°の角度は、90°の角度よりも正しい角度に到達するのが困難です。

もう少し理解しやすいことは、プロペラ間の関係がどのように異なるタイプの動きをもたらすかです。さまざまな速度と方向で動くさまざまなプロペラについて考え、それがロボットの動きにどのように影響するかを考えるのは、頭で多くの三角法を行う必要がないため、一種直感的です。

最後に、モーターは通常、この種のロボットにとって最も高価なコンポーネントの1つであるため、安定性/制御性とコストのちょうど良い妥協点です。


3

上記の機械的な答えは正しいです。単一の大型モーターに固有の安定性の問題は、部分的に結合できる12次元の加速度、ヨー、ピッチ、ロールの動的制御と交換されます(平行移動および回転マトリックス)。モデル付き。このモデルでは、クワッドの半径と並進および回転の敏ility性の間にも逆の関係があります。非常に小さな半径で「弾丸をかわす」ことが非常に簡単になります。

クワッドコプターでどうやって純粋なヨー運動を​​得るのかという質問に答えるにはこの答えへのコメントでは、次の方法で純粋なヨーを取得します:

北と南のモーターは同じ速度で回転しますが、同じ速度の東と西のモーターよりも全体的に高い(または低い)速度で回転します。

ピッチングもロールもせず、ヨーイングをします。(ごめんなさい)

さらに、ソフトウェアでは、ヨー制御を犠牲にして北と南のプロペラを切り離した後、ヘリコプターを制御できます。クラフトは継続的に回転し、ソフトウェアリフレッシュレートの周波数がヘリコプターのヨー回転速度を処理できる限り、加速度の次元がクリップされ、応答またはジャークもある程度クリップされますが、ソフトウェアで補正することでピッチとヨーを同じように移動できます。(望ましいヨー状態は、物理状態に実質的に結合されます)


1
おかげで、私はあなたの答えが私のコメントの質問を指していることに気付いただけです。新しい質問としてそれを尋ねるべきでしたが、あなたがその一部に答えたので、私はこれに関するさらなる補助的な質問に答えるために新しい質問を作成しまし。* 8 ')
マークブース
弊社のサイトを使用することにより、あなたは弊社のクッキーポリシーおよびプライバシーポリシーを読み、理解したものとみなされます。
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.