现在的无人机大(dà)多是属于四轴无人机,这样(yàng)的无人机也是比较的方便。但是你知道为什么四轴(zhóu)无人机会登场吗?按照(zhào)很多(duō)人(rén)的想法,翅(chì)膀越多消耗的电能也(yě)就越多,但是为(wéi)什么四轴无(wú)人机还是成为市(shì)场(chǎng)的主流,这就要(yào)从它的构造说起了。
四旋翼飞行(háng)器配备了两只(zhī)功能强大的眼(yǎn)睛:一(yī)只能看清自(zì)己的“位置(zhì)”,知(zhī)道自己是在(zài)黄山还是泰山,这就是自带的GPS定位(wèi)系统;另一(yī)只能看清自己的“姿态”,就是(shì)知(zhī)道自己(jǐ)是“坐着”、“躺着”,还是“倒立”,这就是陀(tuó)螺仪。这两只(zhī)眼睛还要和(hé)“加速度计”配合使用,才能更准确地知道自己的姿态(tài)和(hé)位置,以及姿态和位置的改变情(qíng)况。
所谓GPS定位(wèi)系统即全(quán)球(qiú)定位系统(GlobalPositioningSystem),是(shì)一种以全(quán)球24颗(kē)定位人造卫星(xīng)为基(jī)础,向全球各地全天候地提供三维位(wèi)置、三(sān)维速度等信息的无线电(diàn)导航定(dìng)位系统。它(tā)由三部(bù)分构成:一是地面控制部分,由主控站、地面天(tiān)线、监测(cè)站及(jí)通讯辅助系(xì)统组成;二(èr)是(shì)空(kōng)间部分,由24颗卫星组成(chéng),分(fèn)布在6个(gè)轨道平面;三是用(yòng)户装置部分(fèn),由(yóu)GPS接收机和卫星天线组成。四旋(xuán)翼(yì)飞行(háng)器(qì)身(shēn)上安装的(de)就是用(yòng)户装置部分。
陀螺仪又叫角(jiǎo)速度计,就是通过(guò)一个不断(duàn)旋转的陀螺记录“姿态”。它的原理(lǐ)跟小(xiǎo)时候玩的抽陀螺一样,陀螺(luó)一旦转起来(lái),即使地(dì)面是斜的,陀螺还是会保持垂直旋转,具有“定轴(zhóu)性”,我们可以假定这(zhè)个姿势是“坐姿”。当四旋翼(yì)飞行器(qì)“躺下”时,便(biàn)与坐姿产生了(le)一个(gè)夹角(jiǎo),但陀螺仪依(yī)然(rán)会(huì)沿着“躺(tǎng)姿”的轴继续高速旋转,具(jù)有“进动性”。利用安装在(zài)陀螺仪上的传感器就(jiù)可以知道这个(gè)夹(jiá)角的大小和方(fāng)向,从而确定“姿(zī)态”的变化(huà)。
认清(qīng)了自己之后,四旋翼飞行器还(hái)需要认(rèn)识他人。一般的四旋翼(yì)飞行器(qì)会配备一(yī)架高级(jí)相机,这台高(gāo)级相机,其实和咱们日常使(shǐ)用的相(xiàng)机是一个原(yuán)理,只是多了一(yī)个高级的视觉处理(lǐ)系统,犹如人的(de)视(shì)神经系统一样,可以感知周边环(huán)境。“相机”分(fèn)辨率越高四旋翼飞行(háng)器就“看”得越(yuè)清楚。
四(sì)旋翼飞行器拥有对称分布在(zài)身(shēn)体的前后左(zuǒ)右的四只(zhī)“翅膀”,它们在同一高(gāo)度的平面上(shàng),大(dà)小完全(quán)相同,由四个对称分布在“翅膀”支架端的电(diàn)机提(tí)供动力,支架中间安放着(zhe)GPS、陀螺仪、加(jiā)速度(dù)计、感应器、视(shì)觉感应系统和红外线测距装置等。
四旋(xuán)翼飞行器的四只“翅膀”不停的(de)转动(dòng)会提供升力,转速的改变可以改变升力的大小,从而改(gǎi)变四旋翼飞行器的位置和姿(zī)态。另外,相邻的翅膀要(yào)做(zuò)相(xiàng)反方向的旋转(zhuǎn),这样才能产生平衡(héng)的(de)力矩(jǔ)防止四旋(xuán)翼在空中(zhōng)“打转(zhuǎn)”。
悬停:四个(gè)电机的输出(chū)功率增加,就(jiù)带动着四只翅膀的转速提(tí)升,产生向上的升(shēng)力,当这个升(shēng)力超(chāo)出了四旋翼(yì)飞行(háng)器自身(shēn)重(chóng)力时,四旋(xuán)翼飞行(háng)器(qì)便起飞了(le)。所谓在空中悬停,就需要(yào)四只翅膀转速带来的升力和地(dì)球施加的重(chóng)力大小相同,方向(xiàng)相反,也就是“静若处子”啦。
前进:做到悬停之后,四旋翼飞行器(qì)又如何前进呢?这(zhè)需要力的方向发生变化,一定要(yào)有使其向前的力,如图(tú)7所(suǒ)示,在(zài)悬停的基础上增加后面翅膀的(de)转速使得升力(lì)增(zēng)大,减小(xiǎo)前面(miàn)翅膀的转速使得升力减(jiǎn)小,如此四旋翼(yì)飞行(háng)器(qì)的身体便会(huì)产生倾斜(xié),翅膀的升力差(chà)便(biàn)会产生向前的分量,四旋翼飞行器便可(kě)以向(xiàng)前飞行了。
滚转:如果(guǒ)改变左(zuǒ)右两只翅膀的转(zhuǎn)速(sù),即(jí)改变力矩,四旋(xuán)翼飞行器就(jiù)能在空中实现滚转。当(dāng)增(zēng)大左边减小右边电机的转(zhuǎn)速(sù)或者减小左边增大(dà)右边电机的转速(sù)时,机体(tǐ)就(jiù)会倾斜,如此左右不平衡的(de)升(shēng)力会使得力矩(jǔ)增大,这样飞行(háng)器就可以(yǐ)在空中滚(gǔn)转(zhuǎn)了(le)。

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