四轴飞行器

Posted 2020-11-29 narule

四轴飞行器

第一次知道四轴飞行器还是大二大三那会，在寝室冲浪看到四轴飞行视频就被吸引了，之后有努力去了解四轴飞行器的技术发展与生态。

四轴的出现与发展

据本人了解到，四轴在国外是零几年就火起来了，很多视频都是零几年的，最早好像是06年左右，还有爱好者聚会一起玩四轴，展示自己四轴的视频。在国内大概是2008年之后甚至更晚。现在来说没有很疯狂了，只是目前还没有很好的应用起来，国外也是如此，目前主要应用领域在拍摄和农药碰洒领域，网上有说，亚马逊等跨国公司有使用四轴飞行器做短途快递投送。

四轴的由来

四轴飞行器早在20世界出1920年左右就出现了，因为那时候PID（控制技术）还不成熟，很难做到稳定飞行，知道20世纪末电子技术发展成熟，微处理器越来越来，功能越来越强大，传感技术的提高，让四轴飞行器的高效控制飞行成为可能。四轴技术很多因为是开源的，所以发展很快，四轴飞行研究领域比较领先的是美国几所大学（很多创新视频来自一些美国大学的分享视频）

四轴研究

四轴发展到现在，如何稳定飞行，如何控制已经是成熟的技术，不再是研究的学术性问题。研究的方向已经是在能够飞行的基础上更进一步的智能飞行，在更复杂的环境完成飞行或者搭配机器人做事。

四轴目前研究里程

飞行

最初的研究，四个螺旋桨旋转如何保持稳定飞行

避障

通过超声波和摄像头等成熟的传感器技术，得到飞行器周围物体信息，可以避免碰撞

定位

全球GSP技术，在四轴安装GPS可以支持定位四轴飞行器的位置

返航

GPS之后，通过GPS技术和其他加速度计传感器等技术综合，可以计算出四轴飞行的路程，并且可以计算出四轴返回起飞地点的飞行路线，可以自己返航（智能计算）。

拍摄

四轴可以稳定的飞行，在动力提升的情况下，可以装备其他东西，现在可以装备摄像头，较好的搭配云台相机，可以拍色高空画面，一些高空视角都可以用四轴飞行器来完成

建筑

有见过美国大学演讲视频，四轴可以多个协作飞行，并且四轴安装上机器手，可以按照人们的设计将砖头放到指定位置

捕猎抓取

有见过一个视频，四轴安装了一个机器手，它不同于上面说的建筑机器手，这个机器手是仿生老鹰的爪子，可以飞快的抓取目标，像老鹰那样。

四轴的意义

未来更多可能

四轴未来可能回普遍并且方便人们的生活，如亚马逊的投递服务，高空建筑，夜间巡航等

其他价值

四轴很多方面都有可用价值，但是本人认为四轴最大的价值是学习教育价值。

四轴包含知识技术

重力

飞行器飞行需要重力学支持

动力

产生强大的动力，克服自身重力自由飞行需要动力学知识

电力

通过电能，产生动能，支持通信，微处理器计算等需要电力学知识

超声波

飞行器避障，需要用到超声波技术，如果需要更多高可控制，其他传感器技术也会需要

电磁

无刷电机是利用直流三相电技术，与磁铁相互作用产生电磁力，使电机产生高转速

PID控制理论

光有动力还不行，虽然有动力四轴可以飞起来，但是不可以稳定飞行，或者风一吹飞行器就失控，需要PID控制技术，PID控制理论技术可以计算调整四轴的动力，控制四轴稳定飞行

弱电/单片机/微芯片

PID是控制理论技术，已经成熟，但是PID是一些复杂的计算，这些运算需要用到微处理器来完成。

PCB

PCB指电路板相关技术，电路设计，电路控制，布局，微处理器与各元器件的通信连接，需要PCB技术支持

通信

有线通信

微处理器与传感器之间的通信，微处理器控制电机转速都需要通过电信号来完成，这是有线通信，

无线通信

飞行器在空中，人们需要遥控器来控制飞行器的动作，这里涉及到无线信号传输技术

三轴陀螺仪

飞行器如何知道自己在空中的高度，自己飞行的方向，是否保持水平，需要用到三轴陀螺仪，这是一个电子组合元器件，包括气压计（获取高度），三轴加速度计（获取自生运动形态）

欧拉角

飞行器计算得到自己的运动形态，需要用到欧拉角知识

四轴主要构成

电机

一般是四个无刷电机，安装上螺旋桨高速旋转产生动力

电调

无刷电机的转速是需要控制的，从而达到稳定飞行，电调就是用来控制电机转速的

微处理器

四轴飞行器的大脑，电调用来控制电机的转速，但是转速是多少，飞行器的飞行姿态如何，附近是否有障碍物，与遥控器的通信，都需要微处理器来计算完成

电池

飞行器在空中飞行少不了稳定持久的电能供应，所以必须有电池

主控电路板

传感器，微处理器，电调，电池，电机，都需要电，一般都是电池同意供电，但是个电子元器件的电压环境是不同的，这需要主控电路板去完成控制协调分配。

信号收发器

飞行器与遥控器之间的通信时必须的

遥控器

达到认为的对飞行器控制