认清自己(jǐ)
为了认清自(zì)己,四旋翼飞行器配备了(le)两只功(gōng)能强大的眼睛:一只能看清自己(jǐ)的“位置”,知道(dào)自(zì)己是在黄山还是泰山,这就是自带的GPS定位系统;另一(yī)只能看清自己的(de)“姿态”,就是知(zhī)道自己(jǐ)是(shì)“坐着(zhe)”、“躺着”,还是“倒立”,这就是陀(tuó)螺仪。这两(liǎng)只眼(yǎn)睛(jīng)还要和“加速度计(jì)”配合使用,才(cái)能更准确地知道自己的姿(zī)态和位置,以(yǐ)及姿(zī)态和位置的改变情况。

所谓GPS定位系统即全球定位(wèi)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(tí)供三维位置、三维速度等(děng)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(zhǔ)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(wèi)星组成,分布在6个轨道平面;三是用户装置(zhì)部分(fèn),由GPS接收机和卫星天线(xiàn)组成。四(sì)旋翼(yì)飞行器(qì)身(shēn)上安装的就是(shì)用户装置(zhì)部分。
陀螺仪又(yòu)叫角速(sù)度计,就(jiù)是通过(guò)一个不断旋转的陀螺记录“姿态(tài)”。它的原理跟小时(shí)候玩的(de)抽陀螺一样(yàng),陀螺一旦转起来(lái),即使(shǐ)地面是斜的(de),陀螺(luó)还是会保持(chí)垂直旋(xuán)转,具(jù)有“定轴性(xìng)”,我们可以假定这(zhè)个姿势是“坐姿”。当四旋翼飞行器(qì)“躺(tǎng)下”时,便(biàn)与(yǔ)坐姿(zī)产(chǎn)生了一个夹角,但陀螺(luó)仪依然(rán)会沿着“躺姿”的轴继续高速旋转,具有(yǒu)“进动性”。利用(yòng)安装在陀(tuó)螺仪上的传感器就(jiù)可以知道这个夹角的(de)大小和方向,从(cóng)而确定“姿态”的变化。
光有(yǒu)GPS和(hé)陀(tuó)螺仪还不能很(hěn)好地知道自己准确的“姿态(tài)”和(hé)“位置”及动态变化的情况,还(hái)需(xū)要有加速度计的配合。
设计者在加速度(dù)计的内部配置了两(liǎng)个电容的连接点,并且在(zài)中间放置一(yī)个(gè)可导电、可(kě)晃动的(de)物(wù)质,透过监(jiān)测该(gāi)物质移动引(yǐn)起的电容改(gǎi)变,得到四旋(xuán)翼飞行器位置(zhì)变化的剧烈程度。
认识他(tā)人(rén)
认清了自己之后,四旋翼(yì)飞行器还需要认识他人(rén)。一般的四(sì)旋翼飞(fēi)行器会配备一架高级相机,这台高(gāo)级相机,其实(shí)和咱们日常使用(yòng)的(de)相机(jī)是一个(gè)原理,只是(shì)多了一个(gè)高级的视觉处(chù)理系统,犹如人(rén)的视神经(jīng)系统一样(yàng),可以感(gǎn)知周边环境(jìng)。“相机”分辨率越高四(sì)旋翼飞行器(qì)就“看”得越清楚。
四(sì)旋(xuán)翼(yì)飞行(háng)器还(hái)师从蝙(biān)蝠,仿照超声波测距(jù),配备红外线发射(shè)装置,通过发射出去的波和反射回来的(de)波之(zhī)间的时间(jiān)差,测出(chū)目标距离(lí)自(zì)己有多(duō)远。
四旋翼飞行器拥有对(duì)称分布在身体的前(qián)后左右的四只“翅膀”,它们在(zài)同一高(gāo)度的(de)平面上,大小完全相同,由四个对称分(fèn)布在“翅膀”支架端的电(diàn)机提(tí)供动力(lì),支架中间安放着GPS、陀螺仪、加速度计、感(gǎn)应(yīng)器、视觉感应(yīng)系统和(hé)红外线测距(jù)装置等。
拥有(yǒu)如(rú)此简单(dān)的构(gòu)架,四(sì)旋翼飞行器又是如何飞翔的呢(ne)?
四旋翼飞行器的四只“翅膀”不停的转动会提供升(shēng)力,转速的改变可以改变升力(lì)的大小,从而改变四旋翼飞行器的位置和姿态(tài)。另外,相邻的(de)翅膀要做相(xiàng)反方向的旋转,这(zhè)样才能产生平衡的力矩防止四旋翼(yì)在空中(zhōng)“打(dǎ)转”。
下(xià)面就让我们看(kàn)看四旋翼飞(fēi)行器的飞行绝技。
悬(xuán)停:四个电机的(de)输出(chū)功率增加,就带动着(zhe)四只(zhī)翅膀的(de)转速提升,产生向上的升力,当这个升力(lì)超出了四旋翼飞行器自身重力时,四旋翼飞行器便起飞了(le)。所谓在空(kōng)中悬停(tíng),就需要(yào)四只翅膀转速带来的升力和地(dì)球(qiú)施加的重力大小(xiǎo)相(xiàng)同,方向(xiàng)相反,也(yě)就是“静若处(chù)子”啦。
前进:做到悬停之(zhī)后(hòu),四旋(xuán)翼飞行器又(yòu)如何前进(jìn)呢(ne)?这(zhè)需(xū)要力的方向发生变化,一定要(yào)有使其向前(qián)的(de)力,如图7所示,在悬停的基(jī)础上增(zēng)加后面翅膀的转速使(shǐ)得(dé)升力(lì)增大,减小(xiǎo)前面(miàn)翅膀的转速使得升力减小,如此四旋翼飞行器的身(shēn)体(tǐ)便会产生倾斜,翅膀的升(shēng)力差便(biàn)会产生向(xiàng)前的分量,四旋翼(yì)飞行器便可以向前飞行了。
滚转:如果改(gǎi)变左右两只翅膀的转速,即改变力矩,四旋翼(yì)飞行器就(jiù)能在空中(zhōng)实现滚转。当增大左边减小右边电机的(de)转速或者减小(xiǎo)左边增大右边(biān)电机的转速时,机体就会倾斜,如此左(zuǒ)右不平衡的升力会使得力矩增大,这样飞行器就可(kě)以在空中(zhōng)滚(gǔn)转了。

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