如今，四旋翼飛行器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于人類生活中，成為各行各業(yè)的好幫手。它可以是居民樓前的送貨員，是空中攝影師，是救災(zāi)搶險(xiǎn)的一線人員。它 攝影出現(xiàn)在各行各業(yè)中。今天，帶大家了解一下四旋翼飛行器的構(gòu)造與飛行原理。

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汪峰求婚時(shí)使用的飛行器

為了對(duì)自身進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，四旋翼飛行器設(shè)計(jì)了兩個(gè)強(qiáng)大的功能，即與。GPS定位系統(tǒng)使飛行器能夠定位飛行時(shí)的外部環(huán)境，陀螺儀則使飛行器能認(rèn)清飛行時(shí)自身的姿勢(shì)。兩個(gè)功能和“加速度計(jì)”配合使用，就能使飛行器準(zhǔn)確的認(rèn)知自身的姿態(tài)和位置及其改變情況。

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四旋翼“心里的雙眼”：GPS和陀螺儀

GPS定位系統(tǒng)全稱為全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System），這個(gè)以全球24顆定位人造衛(wèi)星為基礎(chǔ)，能夠全天候地向全球各地提供三維位置、三維速度等信息。它由面控制部分、空間部分、戶裝置部分三部分構(gòu)成。四旋翼飛行器身上安裝的就是用戶裝置部分。

陀螺儀又名角速度計(jì)，即通過(guò)一個(gè)不斷旋轉(zhuǎn)的陀螺來(lái)記錄“姿態(tài)”。它與抽陀螺玩具原理一樣，當(dāng)陀螺旋轉(zhuǎn)起來(lái)，即使地面是斜的，陀螺依然會(huì)保持垂直旋轉(zhuǎn)，這是它的“定軸性”，假定這個(gè)姿勢(shì)是“坐姿”。當(dāng)四旋翼飛行器“躺下”時(shí)，則與坐姿形成了一個(gè)夾角，但陀螺儀依然會(huì)沿著“躺姿”的軸繼續(xù)高速旋轉(zhuǎn)，這是它的“進(jìn)動(dòng)性”。陀螺儀上安裝的傳感器能夠感知這個(gè)夾角的大小和方向，因此就能獲知飛行器的“姿態(tài)”變化。

加速度計(jì)的內(nèi)置了兩個(gè)電容的連接點(diǎn)，連接點(diǎn)中間放置一個(gè)可導(dǎo)電、可晃動(dòng)的物質(zhì)，通過(guò)監(jiān)測(cè)該物質(zhì)移動(dòng)引起的電容改變，能夠得知飛行器位置變化的劇烈程度。

了解了三個(gè)功能的工作原理，也就明白了為什么三者配合使用能夠有效的為飛行器定位。

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加速度計(jì)

在認(rèn)清了自身定位的基礎(chǔ)上，一般的四旋翼飛行器會(huì)配備一架高級(jí)相機(jī)，這臺(tái)高級(jí)相機(jī)除了日常相機(jī)的功能外，還增加了一個(gè)高級(jí)的視覺(jué)處理系統(tǒng)，使飛行器能夠感知周邊環(huán)境?！跋鄼C(jī)”分辨率越高四旋翼飛行器就“看”得越清楚。

四旋翼飛行器使用超聲波測(cè)距，配備紅外線發(fā)射裝置，通過(guò)發(fā)射波和反射波的時(shí)間差來(lái)測(cè)出目標(biāo)距離自己有多遠(yuǎn)。

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四旋翼飛行器的高級(jí)相機(jī)與紅外線測(cè)距裝置

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四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)

在結(jié)構(gòu)上，飛行器設(shè)計(jì)了高度、大小上完全相同對(duì)稱分布在身體的前后左右的四個(gè)“翅膀”，“翅膀”支架端的電機(jī)提供動(dòng)力，支架中間安放著GPS、陀螺儀、加速度計(jì)、感應(yīng)器、視覺(jué)感應(yīng)系統(tǒng)和紅外線測(cè)距裝置等。

四只“翅膀”不停的轉(zhuǎn)動(dòng)為飛行器提供升力，升力的大小通過(guò)轉(zhuǎn)速的改變決定，升力大小能夠改變飛行器的位置和姿態(tài)。為了產(chǎn)生平衡的力矩防止四旋翼在空中“打轉(zhuǎn)”，飛行機(jī)設(shè)計(jì)上，相鄰的翅膀要做相反方向的旋轉(zhuǎn)。

這些完美的構(gòu)造相互牽引與制約，使飛行器能夠?qū)崿F(xiàn)空中懸停、向前飛行、空中滾轉(zhuǎn)等飛行技能，使四旋翼飛行器能夠更加靈活、輕便的運(yùn)動(dòng)。這也是其被廣泛使用的原因。

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圖7 四旋翼飛行器設(shè)計(jì)的三種飛行動(dòng)作

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