为什么无人机都是四个旋转翼?无人机基础运作分析

现在的无人机大多是属于四轴无人机,这样的无人机也是比较的方便。
现在的无人机大多是属于四轴无人机,这样的无人机也是比较的方便。

OFweek电子工程网讯

现在的无人机大多是属于四轴无人机,这样的无人机也是比较的方便。但是你知道为什么四轴无人机会登场吗?按照很多人的想法,翅膀越多消耗的电能也就越多,但是为什么四轴无人机还是成为市场的主流,这就要从它的构造说起了。

四旋翼飞行器配备了两只功能强大的眼睛:一只能看清自己的“位置”,知道自己是在黄山还是泰山,这就是自带的GPS定位系统;另一只能看清自己的“姿态”,就是知道自己是“坐着”、“躺着”,还是“倒立”,这就是陀螺仪。这两只眼睛还要和“加速度计”配合使用,才能更准确地知道自己的姿态和位置,以及姿态和位置的改变情况。

所谓GPS定位系统即全球定位系统(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供三维位置、三维速度等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颗卫星组成,分布在6个轨道平面;三是用户装置部分,由GPS接收机和卫星天线组成。四旋翼飞行器身上安装的就是用户装置部分。

陀螺仪又叫角速度计,就是通过一个不断旋转的陀螺记录“姿态”。它的原理跟小时候玩的抽陀螺一样,陀螺一旦转起来,即使地面是斜的,陀螺还是会保持垂直旋转,具有“定轴性”,我们可以假定这个姿势是“坐姿”。当四旋翼飞行器“躺下”时,便与坐姿产生了一个夹角,但陀螺仪依然会沿着“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大小和方向,从而确定“姿态”的变化。

认清了自己之后,四旋翼飞行器还需要认识他人。一般的四旋翼飞行器会配备一架高级相机,这台高级相机,其实和咱们日常使用的相机是一个原理,只是多了一个高级的视觉处理系统,犹如人的视神经系统一样,可以感知周边环境。“相机”分辨率越高四旋翼飞行器就“看”得越清楚。

四旋翼飞行器拥有对称分布在身体的前后左右的四只“翅膀”,它们在同一高度的平面上,大小完全相同,由四个对称分布在“翅膀”支架端的电机提供动力,支架中间安放着GPS、陀螺仪、加速度计、感应器、视觉感应系统和红外线测距装置等。

四旋翼飞行器的四只“翅膀”不停的转动会提供升力,转速的改变可以改变升力的大小,从而改变四旋翼飞行器的位置和姿态。另外,相邻的翅膀要做相反方向的旋转,这样才能产生平衡的力矩防止四旋翼在空中“打转”。

悬停:

四个电机的输出功率增加,就带动着四只翅膀的转速提升,产生向上的升力,当这个升力超出了四旋翼飞行器自身重力时,四旋翼飞行器便起飞了。所谓在空中悬停,就需要四只翅膀转速带来的升力和地球施加的重力大小相同,方向相反,也就是“静若处子”啦。

前进:

做到悬停之后,四旋翼飞行器又如何前进呢?这需要力的方向发生变化,一定要有使其向前的力,如图7所示,在悬停的基础上增加后面翅膀的转速使得升力增大,减小前面翅膀的转速使得升力减小,如此四旋翼飞行器的身体便会产生倾斜,翅膀的升力差便会产生向前的分量,四旋翼飞行器便可以向前飞行了。

滚转:

如果改变左右两只翅膀的转速,即改变力矩,四旋翼飞行器就能在空中实现滚转。当增大左边减小右边电机的转速或者减小左边增大右边电机的转速时,机体就会倾斜,如此左右不平衡的升力会使得力矩增大,这样飞行器就可以在空中滚转了。

作者:无人机联盟

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