现在的无人机大多是属于四轴无人(rén)机,这样的无(wú)人机也是比较的方便。但是(shì)你知道为什么(me)四轴(zhóu)无人(rén)机会(huì)登场吗?按(àn)照(zhào)很(hěn)多(duō)人的想法,翅膀越多消(xiāo)耗的电能(néng)也就越多,但是为(wéi)什么(me)四轴(zhóu)无人机还是成为市场的主(zhǔ)流,这就要(yào)从它的构造(zào)说起了。
四旋(xuán)翼(yì)飞行器配备了两只功(gōng)能强(qiáng)大的(de)眼睛(jīng):一只能看清自己(jǐ)的“位(wèi)置”,知(zhī)道自己是在黄(huáng)山还是(shì)泰(tài)山,这就是自带的GPS定位系统;另一只能看清自己的“姿态(tài)”,就是知道自己是“坐着”、“躺着”,还是“倒立”,这就(jiù)是陀螺(luó)仪。这两只(zhī)眼睛还(hái)要(yào)和“加速度计”配合使用,才(cái)能更准确地知道(dào)自己的姿态和位置,以及姿态(tài)和(hé)位置的(de)改变(biàn)情况。
所谓GPS定位(wèi)系统即全(quán)球定位(wèi)系(xì)统(tǒng)(GlobalPositioningSystem),是一种以(yǐ)全球24颗定位人造卫星为基础,向全球各地全天(tiān)候地提供三维位置、三(sān)维(wéi)速度等信息的无(wú)线电导航(háng)定位系统(tǒng)。它(tā)由三部(bù)分构(gòu)成:一是地(dì)面控制部分,由主(zhǔ)控站、地面(miàn)天线、监(jiān)测站及通讯辅助(zhù)系统(tǒng)组成;二(èr)是空间部分,由24颗卫星组(zǔ)成,分布在6个轨道平(píng)面;三是用(yòng)户装置部(bù)分,由GPS接收机和卫星天线组成。四旋(xuán)翼(yì)飞(fēi)行器身上(shàng)安装(zhuāng)的就是用(yòng)户装(zhuāng)置部分(fèn)。
陀螺仪(yí)又(yòu)叫角速度计,就(jiù)是通过一个不(bú)断旋转的陀螺记录(lù)“姿(zī)态”。它的(de)原(yuán)理(lǐ)跟小时候玩(wán)的(de)抽陀(tuó)螺(luó)一样,陀螺一旦转(zhuǎn)起(qǐ)来,即使地面是斜的,陀螺(luó)还是会保持垂直旋(xuán)转(zhuǎn),具有“定轴性”,我们可以假定(dìng)这个姿势是“坐(zuò)姿”。当四旋翼飞行器“躺下(xià)”时,便与(yǔ)坐姿产生了(le)一个夹角,但陀螺仪依(yī)然会(huì)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(de)大小和方向,从而确定“姿态”的变化。
认清了自己之后,四(sì)旋翼飞行(háng)器还需要认识他人。一般的四旋翼飞行器会配(pèi)备一架高级(jí)相机(jī),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(duō)了一个高(gāo)级的(de)视(shì)觉处理系(xì)统,犹如人(rén)的(de)视神经系统一样,可以感知(zhī)周边环境。“相(xiàng)机”分(fèn)辨率越高四旋翼飞行器就“看(kàn)”得越清楚。
四旋翼飞行器拥有对称分布在身(shēn)体(tǐ)的前后左右(yòu)的(de)四只“翅(chì)膀”,它(tā)们在同一高度的平(píng)面上(shàng),大小完全相同,由(yóu)四个对(duì)称分布在“翅膀”支架端(duān)的电(diàn)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(gǎn)应系统(tǒng)和红外线测距装置等。
四旋翼飞行器的(de)四只(zhī)“翅膀(bǎng)”不停的转动会(huì)提(tí)供升力,转(zhuǎn)速的改变可以改变升力的大小,从(cóng)而改(gǎi)变四旋翼飞行器的位置(zhì)和姿(zī)态(tài)。另外(wài),相邻的翅膀要做相(xiàng)反方向的旋转,这样才(cái)能产生平衡的力(lì)矩防(fáng)止四旋翼(yì)在空中“打转”。
悬停:四个电机(jī)的输(shū)出(chū)功率增加,就带动着四只翅膀的转速提升,产(chǎn)生(shēng)向上(shàng)的(de)升(shēng)力,当这(zhè)个升力(lì)超(chāo)出了(le)四旋翼飞行器自身重(chóng)力时(shí),四旋翼(yì)飞行器便起飞(fēi)了。所谓在空中悬停,就需(xū)要四只翅膀转速带来(lái)的升力和地球施加的重(chóng)力(lì)大小相同(tóng),方向相反,也就是“静若处子”啦。
前进:做到悬停之后(hòu),四旋翼飞行器又如何前进呢?这(zhè)需要力的方向(xiàng)发生变(biàn)化,一定要有使其(qí)向前的力,如图7所示,在(zài)悬停的基础上增(zēng)加后面翅膀的转速使得升力(lì)增大,减小前面翅膀(bǎng)的转速(sù)使(shǐ)得升(shēng)力减(jiǎn)小,如此(cǐ)四(sì)旋翼飞行器的身体便会(huì)产(chǎn)生倾斜,翅膀的(de)升力(lì)差便会产生向前的分量,四旋(xuán)翼(yì)飞行器便可以向前飞行了(le)。
滚转(zhuǎn):如果(guǒ)改变左右两只翅膀的转速,即改变力矩,四旋翼飞行(háng)器就能在空中实现(xiàn)滚转。当增大左边减小右(yòu)边电(diàn)机的转速或者减小左(zuǒ)边增大(dà)右边电机(jī)的转速时(shí),机体(tǐ)就会倾(qīng)斜(xié),如(rú)此左右不平(píng)衡的(de)升力(lì)会使得(dé)力(lì)矩增大,这样飞(fēi)行器就可以在空中滚转了。

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