Quadcopter

Great Winkelhock November 8, 2016 Q 10 0
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Ein Quadcopter, der auch als Quadrocopter Hubschrauber Quadrocopter ist ein Multirotor-Hubschrauber, der angehoben und von vier Rotoren angetrieben. Quadcopters werden als rotorcraft klassifiziert, im Gegensatz zum Starrflügler, weil ihre Lift wird durch einen Satz von Rotoren erzeugt wird.

Anders als die meisten Hubschrauber, quadcopters verwenden 2 Sätze identische Festschlagen Propeller; 2 im Uhrzeigersinn und 2 gegen den Uhrzeigersinn. Diese Nutzung Variante des RPM zu heben und Drehmomentregelung. Steuerung der Fahrzeugbewegung wird durch Verändern der Rotationsgeschwindigkeit von einer oder mehreren Rotorscheiben, wodurch dessen Drehmomentlast und Schub / Hub Charakteristikänderungs erreicht.

Früh in der Geschichte des Fluges wurden quadcopter Konfigurationen wie möglich Lösungen für einige der anhaltenden Probleme in Vertikalflug gesehen; Drehmoment-induzierten Kontrollprobleme können durch Gegenrotation eliminiert werden, und die relativ kurzen Schaufeln sind viel einfacher zu konstruieren. Eine Reihe von bemannten Entwürfe erschienen in den 1920er und 1930er Jahren. Diese Fahrzeuge gehörten zu den ersten erfolgreichen schwerer als Luft vertikalen Start und Landung Fahrzeuge. Allerdings frühe Prototypen von schlechten Leistung gelitten, und letztere Prototypen benötigte zu viel Arbeitsbelastung des Piloten, aufgrund der schlechten Stabilität Augmentation und begrenzte Kontrollbehörde.

In jüngerer Zeit quadcopter Designs haben sich in unbemannte Luftfahrzeugforschung beliebt. Diese Fahrzeuge mit einem elektronischen Steuersystem und elektronischen Sensoren, um das Flugzeug zu stabilisieren. Mit ihrer geringen Größe und agile Wendigkeit können diese quadcopters in Innenräumen als auch im Freien geflogen werden.

Es gibt mehrere Vorteile, quadcopters über vergleichsweise skalierten Hubschraubern. Erstens, quadcopters keine mechanische Verbindungen erforderlich, um die Rotorblattwinkel variieren, da sie zu spinnen. Dies vereinfacht den Aufbau und die Wartung des Fahrzeugs. Zweitens ist die Verwendung von vier Rotoren ermöglicht jedem einzelnen Rotor einen kleineren Durchmesser als der äquivalente Hubschrauberrotors sind, so dass sie weniger kinetische Energie während des Fluges aufweisen. Dies reduziert die Schäden verursacht wurden, sollten die Rotoren traf nichts. Für kleine UAVs, das macht die Fahrzeuge sicherer für eine enge Interaktion. Einige kleine quadcopters haben Rahmen, die die Rotoren zu umschließen und ermöglicht Flüge durch anspruchsvollere Umgebungen mit geringeren Gefahr einer Beschädigung des Fahrzeugs oder seiner Umgebung.

Aufgrund ihrer Einfachheit in der Konstruktion und Steuerung werden quadcopter Flugzeuge häufig als Amateur-Modellflugzeug-Projekte verwendet.

Geschichte

Frühe Versuche

Kürzliche Entwicklungen

In den letzten Jahrzehnten, kleinen unbemannten Flugzeugen haben sich häufiger für viele Anwendungen eingesetzt. Der Bedarf an Flugzeugen mit größerer Wendigkeit und schwebt Fähigkeit hat, um aktuelle Anstieg der quadcopter Forschung. Das Vier-Rotor-Design ermöglicht quadcopters im Design relativ einfache, aber sehr zuverlässig und wendig sein. Spitzenforschung weiterhin die Lebensfähigkeit quadcopters indem sie Fortschritte in der Multi-craft Kommunikation, Umwelt Exploration, und Wendigkeit zu erhöhen. Wenn alle diese Entwicklungseigenschaften miteinander kombiniert werden, würde in der Lage sein quadcopters fortgeschrittene autonome Missionen, die derzeit mit einem anderen Fahrzeug nicht möglich.

Einige aktuelle Programme beinhalten:

  • The Bell Boeing Quad tiltrotor Konzept nimmt den festen quadcopter Konzept weiter durch die Kombination mit der Schwenkrotor-Konzept für einen geplanten C-130 großen Militärtransport.
  • Aermatica Spa Anteos ist das erste Drehflügel RPA auf die offizielle Erlaubnis erhalten, um in den zivilen Luftraum zu fliegen, von der italienischen Zivilluftfahrtbehörde haben, und wird das erste in der Lage, in nicht getrennter Lufträume zu arbeiten.
  • AeroQuad und ArduCopter sind Open-Source-Hardware und Software-Projekte auf Basis von Arduino für die DIY Bau quadcopters.
  • Parrot AR.Drone ist ein kleines Radio quadcopter mit Kameras, die ihr von Parrot SA, entwickelt steuerbar von Smartphones oder Tablet-Geräte zu sein gebaut befestigt gesteuert.
  • Nixie ist eine kleine Kamera ausgestatteten Drohne, die als Armband getragen werden kann.

Verwendungen

Forschungsplattform

Quadcopters sind ein nützliches Werkzeug für die Hochschulforscher, um in einer Reihe von verschiedenen Bereichen, einschließlich der Flugsteuerungstheorie, Navigation, Echtzeitsysteme und Robotik testen und zu bewerten, neue Ideen. In den letzten Jahren viele Universitäten haben gezeigt quadcopters Durchführung immer komplexer Flugmanöver. Schwärme von quadcopters können in der Luft schweben, in der Bildung, selbstständig komplexe Flugroutinen durchführen, wie Flips, Stechen durch Hula-Hoop-Reifen und organisieren sich, um durch die Fenster als Gruppe fliegen.

Es gibt zahlreiche Vorteile bei der Verwendung quadcopters als vielseitige Testplattformen. Sie sind relativ billig, in einer Vielzahl von Größen erhältlich, und ihre einfachen mechanischen Aufbau bedeutet, dass sie gebaut und von Amateuren aufrechterhalten werden kann. Durch die multidisziplinäre Natur der Betrieb eines quadcopter, Akademiker aus einer Reihe von Bereichen müssen, um signifikante Verbesserungen an der Art und Weise durchführen zu machen quadcopters zusammenarbeiten. Quadcopter Projekte sind in der Regel Kooperationen zwischen Informatik, Elektrotechnik und Maschinenbau-Spezialisten.

Weil sie so wendig sind, könnten quadcopters nützlich in allen Arten von Situationen und Umgebungen sein. Quadcopters zur autonomen Flug könnte dazu beitragen, entfernen Sie die Notwendigkeit für die Menschen, sich in einer beliebigen Anzahl von gefährlichen Positionen gesetzt. Dies ist ein Hauptgrund dafür, dass Forschungsinteresse im Laufe der Jahre zugenommen.

Es gibt einige Weltklasse-Engineering-Forschungslabors entwickelt derzeit fortgeschrittenen Kontrolltechniken und Anwendungen für quadcopters. Dazu gehören vor allem MIT Aerospace Lab Steuert, ETH Flying Machine Arena und University of Pennsylvania General Robotics, Automation, Sensing and Perception Lab.

Militär-und Strafverfolgungsbehörden

Quadcopter unbemannte Luftfahrzeuge für Überwachung und Aufklärung von Militär und Strafverfolgungsbehörden sowie Such- und Rettungsmissionen in städtischen Umgebungen eingesetzt. Ein solches Beispiel ist die Aeryon Scout, erstellt von kanadischen Unternehmen Aeryon Labs, die eine kleine UAV, die leise an Ort und Stelle zu schweben und die Verwendung einer Kamera, um Personen und Gegenstände auf den Boden zu beobachten sind. Die Firma behauptet, dass die Maschine spielte eine Schlüsselrolle in einer Drogenrazzia in Mittelamerika durch visuelle Überwachung der Drogenhändler die Verbindung tief im Dschungel.

Kommerzielle benutzung

Die größte Verwendung quadcopters in den USA hat sich auf dem Gebiet der Luftbildern war. Quadcopter UAVs sind aufgrund ihrer Eigenständigkeit und enorme Kosteneinsparungen für diesen Job. In den USA, die Rechtmäßigkeit der Verwendung von ferngesteuerten Flugzeugen zu kommerziellen Zwecken ist Gegenstand einer Debatte. Die FAA Haltung von 2006 war, dass solche Handelstätigkeit ist illegal. Doch am 6. März 2014 in einem Gerichtsverfahren zwischen Pirker und der FAA, entschied ein Richter vor der FAA Ansprüche, effektiv zu bekräftigen, dass Modellflugzeuge werden nicht durch die FAA-Regeln abgedeckt.

Im Dezember 2013 versammelten sich die Deutsche Post die Aufmerksamkeit internationaler Medien mit dem Projekt Parcelcopter, in dem das Unternehmen untersucht die Lieferung von Medizinprodukten durch Drohnen Lieferung. Unter Verwendung einer Mikrodrohnen md4-1000 Quadrocopter Pakete wurden aus der Apotheke über den Rhein geflogen. Es war das erste zivile Paket-Anlieferung über Drohnen.

Flugsteuerung

Jeder Rotor erzeugt sowohl ein Schub und Drehmoment um sein Drehzentrum, sowie eine Widerstandskraft entgegengesetzt zur Flugrichtung des Fahrzeugs. Wenn alle Rotoren mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit dreht, mit Rotoren einer und drei im Uhrzeigersinn dreht und die Rotoren zwei und vier im Gegenuhrzeigersinn, das Netz aerodynamische Drehmoment und somit die Winkelbeschleunigung um die Gierachse wird exakt Null, was bedeutet, daß die Gierstabilisierungs Rotor des herkömmlichen Hubschraubern ist nicht erforderlich. Yaw durch unpassende das Gleichgewicht in aerodynamischer Drehmomente induziert.

Wirbelringstadium

Kleine quadcopters unterliegen normalen Drehflügler Aerodynamik, einschließlich Wirbelringstadium.

Mechanische

Die wichtigsten mechanischen Komponenten für die Konstruktion benötigt wird, sind die Rahmen, Propeller und die Elektromotoren. Um optimale Leistung und einfachste Regelalgorithmen, sollten die Motoren und Propeller gleich weit entfernt platziert werden. Kürzlich, Kohlefaserverbundwerkstoffen haben sich durch ihr geringes Gewicht und die strukturelle Steifigkeit beliebt.

Die elektrischen Komponenten benötigt, um eine Arbeits quadcopter konstruieren sind ähnlich zu denen für eine moderne RC Hubschraubers notwendig. Sie sind die elektronische Geschwindigkeitssteuermodul, Bordcomputer oder Controller-Platine und Batterie. Typischerweise ist ein Hobby-Sender auch verwendet, um für den menschlichen Input zu ermöglichen.

Autonome Flug

Quadcopters und andere Multicopter oft autonom fliegen. Viele moderne Flugkontrolleure verwenden Software, die dem Benutzer die "Wegpunkte" auf einer Karte anzeigen, auf die sich die Quadcopter fliegen und Aufgaben ausführen, wie beispielsweise Landung oder an Höhe gewinnen markieren können. Andere Flug Anwendungen sind Kontrolle von Menschenmengen zwischen mehreren quadcopters wo visuelle Daten aus dem Gerät wird verwendet, um vorherzusagen, wo das Publikum wird nächsten bewegen und wiederum leiten die quadcopter zum nächsten entsprechenden Wegpunkt.

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