现在的无人机大多是(shì)属(shǔ)于四轴(zhóu)无人机,这样的无人机也是比(bǐ)较的方便。但是你知道为(wéi)什(shí)么四轴无人机会登(dēng)场(chǎng)吗?按照很多人的想法,翅膀越多消耗的电能也就越多,但是为(wéi)什么四(sì)轴无(wú)人机还是成为(wéi)市(shì)场(chǎng)的主流,这就要从它的构造说起了。
四旋翼飞行器配备了两(liǎng)只功能强大的眼睛:一(yī)只能(néng)看清(qīng)自(zì)己的“位置”,知道自己(jǐ)是在黄山还是(shì)泰山,这就(jiù)是自带的GPS定位(wèi)系(xì)统;另一(yī)只能看清自己的(de)“姿(zī)态”,就是知道自己是(shì)“坐着”、“躺着”,还是“倒立”,这就是陀螺(luó)仪。这(zhè)两只(zhī)眼睛还要和“加速度计(jì)”配合使(shǐ)用(yòng),才能更准确地知道自己的姿态和位置(zhì),以及姿态(tài)和位置的改变情况。
所谓GPS定位系统(tǒng)即全球定位系统(GlobalPositioningSystem),是一种以全球24颗定位人造卫星(xīng)为基础,向全球各地(dì)全天候地提供三维位(wèi)置、三维速度等信息的(de)无线电(diàn)导(dǎo)航定位系统。它由三部分构(gòu)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(bù)分,由24颗卫(wèi)星组成,分布在(zài)6个(gè)轨道平面;三是用户(hù)装(zhuāng)置部分,由GPS接收(shōu)机(jī)和(hé)卫星天线组成。四旋翼飞行器身上安装的就(jiù)是用户(hù)装置部分。
陀螺仪又叫角速(sù)度计,就是(shì)通过一个不断旋转的陀(tuó)螺记录“姿(zī)态”。它(tā)的原理跟小时(shí)候玩的(de)抽陀螺一样,陀螺一旦转起来(lái),即使地面是斜的,陀螺(luó)还是(shì)会保持垂直旋转,具有“定轴性”,我们可以假定(dìng)这个姿势是“坐姿”。当四旋翼飞(fēi)行(háng)器“躺下(xià)”时,便(biàn)与坐姿产生(shēng)了一个夹角(jiǎo),但(dàn)陀(tuó)螺(luó)仪依然会沿着“躺姿”的轴继(jì)续高(gāo)速旋(xuán)转,具有“进动性(xìng)”。利用(yòng)安装(zhuāng)在陀螺仪上(shàng)的(de)传感器就可以知道这个夹角的大小和方向,从(cóng)而(ér)确定“姿态(tài)”的变化。
认清了(le)自己(jǐ)之后,四(sì)旋翼飞行器还(hái)需要认识他人。一般的四旋翼飞行器(qì)会配备一架高级相机,这台高级相(xiàng)机,其实和咱们日(rì)常使用的(de)相机是一个原理(lǐ),只(zhī)是多了一个高级的(de)视觉处理系统,犹如人的视神经系统一样,可以感(gǎn)知周边环境。“相机”分辨率越高四旋翼飞行器(qì)就“看”得越清楚。
四旋翼(yì)飞行器拥有对称分布在身体的前后左右的(de)四只“翅膀(bǎng)”,它们在同一高度(dù)的平面上,大小(xiǎo)完全(quán)相(xiàng)同,由四个(gè)对称分(fèn)布在“翅膀”支架(jià)端的电机提供动(dòng)力,支架中间安放着GPS、陀螺仪、加速度(dù)计、感应器、视觉感应系统和红外线(xiàn)测距装置等。
四旋翼飞行器的四只“翅膀”不停的转动会(huì)提供升力,转速(sù)的改变可(kě)以改变升力的大小(xiǎo),从而改(gǎi)变(biàn)四旋翼飞行器(qì)的位置和姿态。另外,相邻(lín)的翅膀要(yào)做相反(fǎn)方向的旋转,这样才能产生平(píng)衡的力矩防止四旋(xuán)翼在空(kōng)中“打转”。
悬停:四个电机的输出功率(lǜ)增加,就带动着四只翅膀(bǎng)的转速提升,产生(shēng)向上的升力,当这个升(shēng)力超(chāo)出了四旋翼飞行器自身重力时,四旋(xuán)翼飞(fēi)行器便(biàn)起(qǐ)飞了。所谓在(zài)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(lì)大(dà)小相同(tóng),方向相反,也就是(shì)“静若处子(zǐ)”啦。
前(qián)进:做(zuò)到悬停之后,四(sì)旋翼(yì)飞(fēi)行器(qì)又如何前(qián)进(jìn)呢?这需要力的方向发生变化,一(yī)定要有使其向前的力,如图7所示,在悬(xuán)停的基(jī)础上(shàng)增加后面翅(chì)膀的转速使得升力增大,减(jiǎn)小前面翅膀的转速使(shǐ)得升力减小,如此四旋(xuán)翼飞行器的身体便会(huì)产生倾(qīng)斜,翅(chì)膀的升(shēng)力差便(biàn)会产(chǎn)生向前的分(fèn)量,四旋翼飞行(háng)器便(biàn)可以向前飞行(háng)了。
滚转:如果改变左(zuǒ)右两只翅膀的(de)转速,即改(gǎi)变力矩,四旋翼飞行(háng)器就能在空中实现滚转(zhuǎn)。当增大左边减小右边(biān)电机的转速或者减小左边增大右边电机的转速(sù)时,机体就会倾斜,如此左右不(bú)平衡的升力会使得力(lì)矩增(zēng)大,这样飞行器(qì)就可以在空中滚转了。

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