航拍飞行器 四个机翼的转动方向

Answer 1

以大疆精灵四轴飞行器为例

1.结构形式 
      旋翼对称分布在机体的前后、左右四个方向，四个旋翼处于同一高度平面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四个电机对称的安装在飞行器的支架端，支架中间空间安放飞行控制计算机和外部设备。结构形式如图 1.1所示。

.工作原理

      四旋翼飞行器通过调节四个电机转速来改变旋翼转速，实现升力的变化，从而控制飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器是一种六自由度的垂直升降机，但只有四个输入力，同时却有六个状态输出，所以它又是一种欠驱动系统。

      四旋翼飞行器的电机 1和电机 3逆时针旋转的同时，电机 2和电机 4顺时针旋转，因此当飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。

      在上图中，电机 1和电机 3作逆时针旋转，电机 2和电机 4作顺时针旋转，规定沿 x轴正方向运动称为向前运动，箭头在旋翼的运动平面上方表示此电机转速提高，在下方表示此电机转速下降。

（1）垂直运动：同时增加四个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机的重量时，四旋翼飞行器便离地垂直上升；反之，同时减小四个电机的输出功率，四旋翼飞行器则垂直下降，直至平衡落地，实现了沿 z轴的垂直运动。当外界扰动量为零时，在旋翼产生的升力等于飞行器的自重时，飞行器便保持悬停状态。

（2）俯仰运动：在图（b）中，电机 1的转速上升，电机 3 的转速下降（改变量大小应相等），电机 2、电机 4 的转速保持不变。由于旋翼1 的升力上升，旋翼 3 的升力下降，产生的不平衡力矩使机身绕 y 轴旋转，同理，当电机 1 的转速下降，电机 3的转速上升，机身便绕y轴向另一个方向旋转，实现飞行器的俯仰运动。

（3）滚转运动：与图 b 的原理相同，在图 c 中，改变电机 2和电机 4的转速，保持电机1和电机 3的转速不变，则可使机身绕 x 轴旋转（正向和反向），实现飞行器的滚转运动。

（4）偏航运动：旋翼转动过程中由于空气阻力作用会形成与转动方向相反的反扭矩，为了克服反扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正转，两个反转，且对角线上的各个旋翼转动方向相同。反扭矩的大小与旋翼转速有关，当四个电机转速相同时，四个旋翼产生的反扭矩相互平衡，四旋翼飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时，不平衡的反扭矩会引起四旋翼飞行器转动。在图 d中，当电机 1和电机 3 的转速上升，电机 2 和电机 4 的转速下降时，旋翼 1和旋翼3对机身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4对机身的反扭矩，机身便在富余反扭矩的作用下绕 z轴转动，实现飞行器的偏航运动，转向与电机 1、电机3的转向相反。

（5）前后运动：要想实现飞行器在水平面内前后、左右的运动，必须在水平面内对飞行器施加一定的力。在图 e中，增加电机 3转速，使拉力增大，相应减小电机 1转速，使拉力减小，同时保持其它两个电机转速不变，反扭矩仍然要保持平衡。按图 b的理论，飞行器首先发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，因此可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行与向前飞行正好相反。（在图 b 图 c中，飞行器在产生俯仰、翻滚运动的同时也会产生沿 x、y轴的水平运动。）

（6）倾向运动：在图 f 中，由于结构对称，所以倾向飞行的工作原理与前后运动完全一样。

Answer 2

1、如图所示作说明：

（1）Roll – 以X轴为轴心进行旋转，使得飞行器产生左右移动的倾角。

（2）Pitch – 以Y轴为轴心进行旋转，使得飞行器产生前后移动的倾角。

（3）Yaw – 以Z轴为轴心进行旋转，改变飞行器在水平上机头朝向。

（4）Roll，pitch和Yaw的运动都由飞控员通过对控制器上的4个油门进行操作而完成。每种移动的快慢都可以通过改变对相应的油门大小来完成。

2、操控：当控制多旋轴飞行器时，了解我们如何能控制飞行器的各种运动是非常重要的。多旋轴飞行器的各种运动都是同改变电机转速来实现的。电机带动各轴上的螺旋桨旋转而产生升力，飞控员通过准确调整各轴上的电机的相对速度，而使得多旋轴飞行器可以完成roll, pitch 和yaw的运动或者上升或下降。

3、如果要让飞行器往右倾斜，飞控员要控制左边两个红色的螺旋桨的转速要比右边两个蓝色的螺旋桨的转速要快，这样就会使左边的螺旋桨产生比右边更大的升力而使飞行器产生向右的倾角。同理，如果要让飞行器往前倾斜，飞控员要控制后面边两个红色的螺旋桨的转速要比前面两个蓝色的螺旋桨的转速要快，这样就会使后面的螺旋桨产生比前面更大的升力而使飞行器产生向前的倾角。

4、航拍公司的无人机航拍飞控是一个集单片机技术、航拍传感器技术、GPS导航航拍技术、通讯航拍服务技术、飞行控制技术、任务控制技术、编程技术等多技术并依托于硬件的高科技产物，因此要能设计好一个飞控，缺少上面所述的任何一项技术都是不可能的，越多的飞行经历和经验能为设计初期提供很多避免出现问题的方法，使得试飞进展能够更顺利，要知道飞控的调试主要就是试飞，不比别的自控产品，试飞是高风险的，一旦坠机，硬件损坏，连事故原因都很难分析，就更难解决问题了。这也是成熟的、可靠的飞控很少的原因。

Answer 3

四旋翼无人机结构原理大揭秘
认清自己
为了认清自己，四旋翼飞行器配备了两只功能强大的眼睛：一只能看清自己的“位置”，知道自己是在黄山还是泰山，这就是自带的GPS定位系统；另一只能看清自己的“姿态”，就是知道自己是“坐着”、“躺着”，还是“倒立”，这就是陀螺仪。这两只眼睛还要和“加速度计”配合使用，才能更准确地知道自己的姿态和位置，以及姿态和位置的改变情况。
所谓GPS定位系统即全球定位系统（GlobalPositioningSystem），是一种以全球24颗定位人造卫星为基础，向全球各地全天候地提供三维位置、三维速度等信息的无线电导航定位系统。它由三部分构成：一是地面控制部分，由主控站、地面天线、监测站及通讯辅助系统组成；二是空间部分，由24颗卫星组成，分布在6个轨道平面；三是用户装置部分，由GPS接收机和卫星天线组成。四旋翼飞行器身上安装的就是用户装置部分。
陀螺仪又叫角速度计，就是通过一个不断旋转的陀螺记录“姿态”。它的原理跟小时候玩的抽陀螺一样，陀螺一旦转起来，即使地面是斜的，陀螺还是会保持垂直旋转，具有“定轴性”，我们可以假定这个姿势是“坐姿”。当四旋翼飞行器“躺下”时，便与坐姿产生了一个夹角，但陀螺仪依然会沿着“躺姿”的轴继续高速旋转，具有“进动性”。利用安装在陀螺仪上的传感器就可以知道这个夹角的大小和方向，从而确定“姿态”的变化。
光有GPS和陀螺仪还不能很好地知道自己准确的“姿态”和“位置”及动态变化的情况，还需要有加速度计的配合。
设计者在加速度计的内部配置了两个电容的连接点，并且在中间放置一个可导电、可晃动的物质，透过监测该物质移动引起的电容改变，得到四旋翼飞行器位置变化的剧烈程度。
认识他人
认清了自己之后，四旋翼飞行器还需要认识他人。一般的四旋翼飞行器会配备一架高级相机，这台高级相机，其实和咱们日常使用的相机是一个原理，只是多了一个高级的视觉处理系统，犹如人的视神经系统一样，可以感知周边环境。“相机”分辨率越高四旋翼飞行器就“看”得越清楚。
四旋翼飞行器还师从蝙蝠，仿照超声波测距，配备红外线发射装置，通过发射出去的波和反射回来的波之间的时间差，测出目标距离自己有多远。
四旋翼飞行器拥有对称分布在身体的前后左右的四只“翅膀”，它们在同一高度的平面上，大小完全相同，由四个对称分布在“翅膀”支架端的电机提供动力，支架中间安放着GPS、陀螺仪、加速度计、感应器、视觉感应系统和红外线测距装置等。
拥有如此简单的构架，四旋翼飞行器又是如何飞翔的呢？
四旋翼飞行器的四只“翅膀”不停的转动会提供升力，转速的改变可以改变升力的大小，从而改变四旋翼飞行器的位置和姿态。另外，相邻的翅膀要做相反方向的旋转，这样才能产生平衡的力矩防止四旋翼在空中“打转”。
悬停：四个电机的输出功率增加，就带动着四只翅膀的转速提升，产生向上的升力，当这个升力超出了四旋翼飞行器自身重力时，四旋翼飞行器便起飞了。所谓在空中悬停，就需要四只翅膀转速带来的升力和地球施加的重力大小相同，方向相反，也就是“静若处子”啦。
前进：做到悬停之后，四旋翼飞行器又如何前进呢？这需要力的方向发生变化，一定要有使其向前的力，如图7所示，在悬停的基础上增加后面翅膀的转速使得升力增大，减小前面翅膀的转速使得升力减小，如此四旋翼飞行器的身体便会产生倾斜，翅膀的升力差便会产生向前的分量，四旋翼飞行器便可以向前飞行了。
滚转：如果改变左右两只翅膀的转速，即改变力矩，四旋翼飞行器就能在空中实现滚转。当增大左边减小右边电机的转速或者减小左边增大右边电机的转速时，机体就会倾斜，如此左右不平衡的升力会使得力矩增大，这样飞行器就可以在空中滚转了。（俊鹰无人机）