Week 1, Aerial Robotics

1、Quad-rotors

• 四旋翼的几何结构非常简单。
  
  • 它包括4个可独立控制的转子，挂载在一个刚体机架上。机械结构的简单性使其非常具有吸引力。
  • 没有扑铰链。叶片短而坚硬，甚至在飞行器突然转向时，陀螺力矩也不会引起叶片扑动。这使得飞行器的控制更为简单。
• 对于四旋翼而言，马达1与3以及马达2与4，他们分别转向不同的方向。
  
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  • 根据表示旋转方向的箭头，当从顶部观察时，ω1与ω3是逆时针方向。从底部观察时，ω2与ω4是逆时针方向。’
• 如果改变独立马达的速度，就可以控制飞行器的位置与朝向。
  
  • 首先来看一下横滚与俯仰是如何工作的。如果控制其中一个马达并加快其转速，就会使得飞行器倾斜偏向一个方向。
    
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  • 如果加快另一个马达的转速，就会使其俯仰或横滚偏向另一个方向。
    
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  • 视频中的飞行器的尺寸非常小，当飞行器自动执行翻滚动作时，横滚与俯仰速度可以高达2,000度每秒。
• 如何让该机器人转向或者实现偏航？
  
  • 想像一下你希望将飞行器由一边运动到另一边，仅沿水平方向平移。
  • 需要做的是使飞行器向前方倾斜，即水平方向上的可信点。
    
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  • 这使得飞行器向前加速。
    
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  • 但是当你接近目标时，你希望使飞行器停下来。为此，你需要向反方向倾斜。
    
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  • 产生一个相反推力使其在接近目标时减速。然后你使它反向倾斜以恢复到平衡状态。
    
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  • 所以平移运动非常复杂，其中涉及横滚或俯仰。
    
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• 那么，这里还有一些问题不妨思考一下。这个机器人显然具有6个自由度（DOF）它可以延三个方向平移，也可以绕三个轴旋转。那么，你可以有多少种不同的方式来平移或旋转机器人呢？另外，其中有多少个是独立的呢？只给定四个螺旋桨。