1.结构（gòu）形式
旋翼对称分布在机体（tǐ）的（de）前（qián）后、左右四个方向，四个旋（xuán）翼处于同一（yī）高度平（píng）面，且四个旋翼的结构和半径都相同，四（sì）个电机对（duì）称的安装在飞（fēi）行器的支架（jià）端，支架中（zhōng）间空间安放飞行（háng）控制（zhì）计算（suàn）机（jī）和外（wài）部设备。结构形式如图 1.1所示。
2.工作原理
四旋翼飞行器（qì）通过调节四（sì）个电（diàn）机（jī）转速（sù）来改变旋翼转速，实现升力（lì）的变化（huà），从而控（kòng）制（zhì）飞（fēi）行器的姿态和位置。四（sì）旋翼飞行（háng）器（qì）是一种六（liù）自由度的垂直（zhí）升（shēng）降机，但只有四个（gè）输（shū）入力，同（tóng）时却（què）有六个状态（tài）输出，所以它又是一种欠驱动（dòng）系统（tǒng）。
四旋翼飞行器的（de）电机 1和电机 3逆时针旋转的同（tóng）时，电机 2和电（diàn）机 4顺时针旋转，因此当飞（fēi）行器平衡飞行时，陀螺效应和空（kōng）气动力扭矩效（xiào）应均（jun1）被抵消。
在上图中，电机（jī） 1和电机（jī） 3作逆时针（zhēn）旋转，电机（jī） 2和电机 4作顺（shùn）时针旋转（zhuǎn），规定沿 x轴（zhóu）正方向运动称为向前运动，箭头在（zài）旋（xuán）翼的运动平面上（shàng）方表示此电机转速提高（gāo），在下方表示此电机转速下降。
（1）垂直（zhí）运动（dòng）：同时增加（jiā）四（sì）个电机的输出功率，旋翼转速增加使得总的拉力增大，当总拉力足以克服整机（jī）的重量时，四旋翼飞行器便（biàn）离地垂直上升；反之，同时（shí）减小四个电机的（de）输出功率（lǜ），四旋（xuán）翼飞行器则垂直下降，直至平（píng）衡落地，实现（xiàn）了沿 z轴的垂直运动。当外界扰动量为（wéi）零时，在旋翼（yì）产生（shēng）的（de）升力等于（yú）飞行器的（de）自（zì）重时，飞行器便（biàn）保持悬停状（zhuàng）态。
（2）俯仰运动：在图（b）中，电（diàn）机 1的转速上升，电机 3 的转速下降（改变量大（dà）小（xiǎo）应相等），电机 2、电机 4 的转速保持不变。由（yóu）于旋翼1 的（de）升力上升（shēng），旋翼 3 的升力下降，产生（shēng）的不平（píng）衡力矩使机身绕 y 轴旋（xuán）转，同理，当电机 1 的转（zhuǎn）速下降，电机（jī） 3的转速上升，机（jī）身（shēn）便（biàn）绕y轴向另一个（gè）方向旋转（zhuǎn），实现飞行器的俯仰运（yùn）动。
（3）滚转运动（dòng）：与图 b 的原理相同，在图 c 中，改变（biàn）电机 2和电机 4的转（zhuǎn）速，保持电（diàn）机1和电机（jī） 3的转速不变，则可使机身绕（rào） x 轴旋转（zhuǎn）（正向（xiàng）和反向），实（shí）现飞行（háng）器（qì）的滚（gǔn）转运动。
（4）偏航运动：旋翼（yì）转动（dòng）过程中由于空（kōng）气阻力作（zuò）用会形成与转动方向相反的反扭矩（jǔ），为了克服反（fǎn）扭矩影响，可使四个旋翼中的两个正（zhèng）转（zhuǎn），两个反转，且对角（jiǎo）线上的（de）各个旋翼转动方向相（xiàng）同。反扭矩（jǔ）的大小与旋翼转速有（yǒu）关，当（dāng）四个电机（jī）转速相同时，四（sì）个旋翼产生（shēng）的反（fǎn）扭矩相互平衡，四旋翼（yì）飞行器不发生转动；当四个电机转速不完全相同时（shí），不平衡的（de）反扭矩会引起（qǐ）四（sì）旋翼飞（fēi）行器转动。在图 d中，当电机 1和电机 3 的转速上升，电机（jī） 2 和电机 4 的（de）转速下（xià）降时，旋翼（yì） 1和旋翼3对（duì）机（jī）身的反扭矩大于旋翼2和旋翼（yì）4对机身的反扭矩，机身（shēn）便（biàn）在（zài）富余（yú）反扭矩的作用下绕 z轴（zhóu）转动，实现飞行器的（de）偏航运动，转向与电机（jī） 1、电机3的转向相反。
（5）前后（hòu）运动：要（yào）想（xiǎng）实现飞行器（qì）在水（shuǐ）平面内前后（hòu）、左右的运动（dòng），必须（xū）在水平面内对（duì）飞行（háng）器施加一定的力。在（zài）图 e中，增加电机 3转速，使（shǐ）拉（lā）力增大，相应减小（xiǎo）电机 1转速，使拉力减小，同时保持其（qí）它两个电机转速不变，反扭矩仍然要保（bǎo）持平衡。按图（tú） b的（de）理论，飞行器首先发生一定（dìng）程（chéng）度（dù）的倾（qīng）斜，从而使旋翼拉力（lì）产生水平分（fèn）量，因（yīn）此（cǐ）可以实现飞行器的前飞运动。向后飞行（háng）与向前飞行（háng）正（zhèng）好相反。（在图 b 图 c中，飞（fēi）行器（qì）在产（chǎn）生俯仰、翻滚运动的同时也会（huì）产生沿 x、y轴的水平（píng）运动。）
（6）倾向运动：在图 f 中，由于结（jié）构对称，所以倾向（xiàng）飞（fēi）行的工作原理（lǐ）与前后运动完全一样。
加老鹰微信laoyingfly可获得更多无人机飞（fēi）行（háng）知识（shí） |
