沉寂期：1990年以前

早在1907年，法国C.Richet教授（shòu）指导Breguet兄弟进行（háng）了他（tā）们的旋（xuán）翼式（shì）直升机的飞行试验，如（rú）图1a，这是有（yǒu）记录以来最早（zǎo）的构型。第一架成功飞行的垂直起降（jiàng）型四旋翼（yì）飞行器出（chū）现在20世纪（jì）20年代，但那时（shí）几乎没有人会用（yòng）到它。1920年，E.Oemichen设计了第一个四旋翼飞行器（qì）的（de）原型，但是第一次尝试空（kōng）运（yùn）时（shí）失败（bài）了。

之后在1921年B.G.De在美国俄（é）亥俄州西南部城市代（dài）顿的（de）美国空（kōng）军部建造了另一（yī）架如图1c的大型四旋（xuán）翼直升（shēng）机，这架四（sì）旋（xuán）翼飞机除飞（fēi）行员外可承载3人（rén），原本期望的飞行高度（dù）是100米，但是最终只飞到5米的高度（dù）。E.Oemichen的飞机在（zài）经过重新设计之后（如图1b所示），于1924年实现（xiàn）了起飞并创造（zào）了当时直升机领域的世界纪录，该直升机首次实（shí）现了14分钟的飞行时间。E.Oemichen和B.G.De设（shè）计的四（sì）旋（xuán）翼飞（fēi）行器都是靠垂（chuí）直（zhí）于（yú）主旋（xuán）翼的螺旋（xuán）桨（jiǎng）来推进，因此（cǐ）它们（men）都不是真（zhēn）正的四旋翼飞行器。

早（zǎo）期四旋翼飞行器的设计受困于极差的发（fā）动机性（xìng）能，飞行（háng）高度（dù）仅（jǐn）仅能达到几米，因此在接（jiē）下来的（de）30年里（lǐ），四（sì）旋翼飞行器的设（shè）计（jì）没有取得（dé）多少进步。直到1956年（nián），M.K.Adman设计（jì）的（de）第（dì）一架真正的四旋（xuán）翼飞行（háng）器（qì）Convertawings Model“A”（如（rú）图（tú）1d）试飞取得（dé）巨大成功，这架飞机（jī）重达1吨（dūn），依靠（kào）两个90马（mǎ）力的发动机实（shí）现悬停和机动，对飞（fēi）机的控制不再需要（yào）垂直（zhí）于主旋翼的（de）螺旋（xuán）桨（jiǎng），而是通过改变主旋翼的推力（lì）来实现。然而，由于操作（zuò）这架飞机的工（gōng）作量繁重，且飞（fēi）机在速度、载重量、飞行范围、续航性等方（fāng）面无法与传统的飞（fēi）行器竞（jìng）争，因（yīn）此人们对此失去（qù）了进一步研究的兴趣，该研究（jiū）被迫停止。

在20世纪50年（nián）代，美国陆军继（jì）续（xù）测试各种垂（chuí）直起降方案。Curtiss-Wright是被邀请参与研制了VZ-7和杠杆燃气涡轮机的几家公司（sī）之（zhī）一，杠杆燃气涡轮机的出现提高了（le）VZ-7的功率（lǜ）与重量比。因此，VZ-7被（bèi）称作“Flying Jeep”，如图1(e)所示（shì），其（qí）有效载重量为250千克（kè），靠（kào）425马力的杠杆燃（rán）气涡（wō）轮（lún）发动（dòng）机驱动。VZ-7的测试在1959年至1960年期（qī）间（jiān）得到实（shí）现。虽（suī）然（rán）它（tā）相（xiàng）对稳定，但是它未能达到军方对高（gāo）度和速度（dù）的要求，该计划并没有得到更进一步的推行。在（zài）1990年以前，惯性导航体（tǐ）积重（chóng）量过（guò）大，动（dòng）力系统载（zǎi）荷也不够，因此当时多旋翼设计得很大。正如前面分析的（de），大尺寸的多旋翼并没有那么大优势，与多旋（xuán）翼相比，固定翼和直（zhí）升机更适合发展大尺（chǐ）寸（cùn）。在此之后的30年中，四旋翼飞行器的研发没（méi）有取得（dé）太（tài）大的（de）进（jìn）展，几近（jìn）沉寂。

复苏期：1990年至（zhì）2005年

20世（shì）纪90年（nián）代之后，随着微机（jī）电系（xì）统（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）研究的成熟（shú），重量只（zhī）有几克的MEMS惯（guàn）性导航系统被开发运用（yòng），使制作多旋翼飞行器（qì）的自动控制器成为现实。此外，由于（yú）四（sì）旋翼飞行器的概（gài）念与军事试验渐行渐远，它开始以独特的（de）方式通过（guò）遥控玩具市场进入（rù）消（xiāo）费（fèi）领（lǐng）域（yù）。

虽（suī）然MEMS惯性导航系统已被广泛应（yīng）用，但是（shì）MEMS传（chuán）感（gǎn）器数据噪音很大，不能直接读（dú）取并（bìng）使用，于是人们又（yòu）花费大量的时（shí）间研究去除噪（zào）声的各种数（shù）学算法。这些（xiē）算（suàn）法以及自动控制器本身通常需（xū）要运算速（sù）度较快（kuài）的单片机，可当时的单（dān）片机运算速度（dù）有限，不足以（yǐ）满足需求。接着科研人员（yuán）又花费若干年（nián）理解多旋（xuán）翼飞行器的非线性系统结构（gòu），并为其（qí）建模、设计控制算法、实现控制方（fāng）案。因此，直到2005年左右，真正稳定的多旋翼（yì）无（wú）人机自动控制器才被制作出来。

起步期：2005年至2010年

在生（shēng）产制造（zào）方面（miàn），德国（guó）Microdrones GmbH于2005年成立，2006年推出的md4-200四旋翼（如图2a）系统开（kāi）创了电动四旋翼（yì）在专（zhuān）业领（lǐng）域应用（yòng）的先（xiān）河，2010年推出的md4-1000四旋翼（yì）无人机系统，在全球（qiú）专业无人机市场取得成功（gōng）。另外，德国人H.Buss和I.Busker在2006年主导了一个四轴开源项目，从（cóng）飞控到电调（diào）等（děng）全部开源，推出（chū）了四轴飞行器最具参考的自驾仪Mikrokopter。2007年，配备Mikrokopter的（de）四旋翼像“空中的钉（dìng）子”一般停留在空中。很快他们又进一步增加了组件，甚至使它半自主飞行。美国Spectrolutions公司在2004年推出Draganflyer IV四旋翼（如图2b），并（bìng）随后在（zài）2006年推出了搭载SAVS（稳定航（háng）拍视（shì）频系统）的版本。

在（zài）学术方面，2005年之后（hòu）四旋（xuán）翼飞（fēi）行器继（jì）续（xù）快速（sù）发展，更多的学术研究人员开始研究多（duō）旋翼，并（bìng）搭建自己（jǐ）的四旋翼。之前（qián）一直被各种技术瓶颈限制（zhì）住的多旋翼飞行器系统瞬间（jiān）被炒得（dé）火热，大家惊喜地发（fā）现（xiàn）居然有这样一种小（xiǎo）巧、稳定、可垂直起降、机械结构简单的飞行器的存在。一时间研究者蜂拥而（ér）至，纷纷开（kāi）始多旋（xuán）翼飞行器的研发和使用。而国（guó）内的爱（ài）好者也纷纷研（yán）究，并开设论坛。虽（suī）然多旋翼的算（suàn）法（fǎ）易懂（dǒng），但组装一（yī）架多旋翼却不是一件（jiàn）容易的事（shì）情。在早期（qī）研究阶段，科研人员把很多时间都花在了飞行器的组装调试（shì）环节。然而，有（yǒu）能（néng）力（lì）开（kāi）发工（gōng）艺的人往往（wǎng）缺乏对飞（fēi）控（kòng）的深（shēn）入了解，一（yī）般只是（shì）复现国外的技术，谈不上（shàng）进（jìn）一（yī）步对系统进行（háng）改进。当时既掌握飞控技术又精通多旋翼工艺的经常是那（nà）些（xiē）原来从事固定翼或直升机飞（fēi）控的公司。德国（guó）Microdrones虽然较（jiào）早地推出产品，但是（shì）工（gōng）业级的四旋翼的价格（gé）对于普通消费者来（lái）说简直是遥不可及（jí）。除此之（zhī）外，消费（fèi）级的（de）Draganflyer 四旋翼之所以没有推广（guǎng）是因为其（qí）操控性（xìng）及娱乐性不（bú）强（智能手（shǒu）机或平版电脑（nǎo）还尚未普及（jí））、二次开发能力（lì）弱以及（jí）销售渠道窄。

复兴（xìng）期：2010年至2013年

经（jīng）过6年努力（2004年至（zhì）2010年），法国Parrot公司于2010年（nián）推（tuī）出消费级（jí）的AR.Drone四旋翼玩具，从而开启了多旋翼消（xiāo）费的新时代。AR.Drone四旋翼在玩具市场非常成功，它的技（jì）术和理念也十分领先。第一，它采（cǎi）用（yòng）光流技术，能够测量飞行器速（sù）度，使得AR.Drone四旋翼(图3a)能够在室内悬停。第二（èr），可以做到一键（jiàn）起飞，操控性得到极大（dà）提升（shēng）。第（dì）三，它（tā）采（cǎi）用手机（jī）、平板电脑或（huò）笔记本电脑控制，视频（pín）能够直接回传（chuán）至电脑，娱乐（lè）感较（jiào）强。第四，整个（gè）飞行器为一体（tǐ）机，并（bìng）带有防护装（zhuāng）置，比较安全。第（dì）五，AR.Drone开放了API接口，供科研人（rén）员开（kāi）发应用。AR.Drone的成功也（yě）引发了一些（xiē）自驾仪研发公司（sī）的思（sī）考。两年后，大（dà）疆推出的小精灵Phantom一（yī）体机(图3b)正（zhèng）是借鉴了（le）其设计理念。伴随着苹（píng）果在iphoness上大量应用加速计、陀（tuó）螺仪、地磁传感器等，MEMS惯性传感器（qì）从2011年开始大规（guī）模兴起，6轴、9轴（zhóu）的惯性传感器也逐渐取代了单个（gè）传感器，成本和功耗进一步降低，成本仅为几美元。另外（wài）GPS芯片（piàn）仅重0.3克（kè），价格不到5美元。WiFi等通信芯片被用于控制和传输（shū）图像（xiàng）信（xìn）息，通信传（chuán）输速度和质量已经可以（yǐ）充分满足几（jǐ）百米的传（chuán）输（shū）需求。同时，电池能（néng）量密度（dù）不（bú）断（duàn）增加，使无人机在保持较轻的重量（liàng）下，续航时间达到15-30分（fèn）钟，基本满足日常的（de）应用需求。近年来（lái）移（yí）动终端同样促进了锂（lǐ）电（diàn）池、高像素（sù）摄像头性能的急剧提（tí）升（shēng）和成本下降。这些都促进（jìn）了多旋（xuán）翼更进（jìn）一（yī）步发展。

与此同时，学术界也开（kāi）始高度关注多旋翼技术。2012年2月（yuè），宾夕（xī）法（fǎ）尼亚大学的（de） V.Kumar 教授在 TED大会[2]上做出了四旋翼飞（fēi）行器发展历（lì）史（shǐ）上里程（chéng）碑式的演讲,展示了（le）四（sì）旋翼的灵（líng）活性以及（jí）编队协作能力。这一场（chǎng）充满（mǎn）数学公式的（de）演讲大受欢（huān）迎，它让（ràng）世人看到了多（duō）旋（xuán）翼的内在潜能。2012年，美国（guó）工（gōng）程师协会的机器（qì）人和自动（dòng）化（huà）杂志（Robotics & Automation Magazine,IEEE）出版空中机器人（rén）和四（sì）旋翼（Aerial Robotics and the Quadrotor）专刊（kān），总结（jié）了阶段性成果，展示了（le）当时最先进（jìn）的技术。在这（zhè）期间，之前不（bú）具备（bèi）多旋翼控制功能的开源（yuán）自驾仪增加了多（duō）旋翼这一功能（néng），同（tóng）时（shí）也有新的开（kāi）源自驾仪不断加入，这极大地降低了初（chū）学者的门（mén）槛，为多旋翼（yì）产业发展（zhǎn）装上了（le）翅膀。

爆发期：2013年至今

2012年初，大疆推出小精灵Phantom一（yī）体机。Phantom与AR.Drone一样控制简便，初学者（zhě）很快（kuài）便可上手（shǒu）。同时，昆明（míng）俊鹰无人机自主设计的劲鹰1300型8旋翼航（háng）测航（háng）拍载（zǎi）机（jī）试（shì）飞（fēi）成功！相比AR.Drone四（sì）旋翼飞行（háng）器，Phantom具备一定（dìng）的抗风（fēng）性（xìng）能、定位功（gōng）能和载（zǎi）重（chóng）能（néng）力，还可搭载小型相（xiàng）机。当时利用Gopro运（yùn）动相（xiàng）机拍摄（shè）极（jí）限运动已经成为欧（ōu）美年轻人（rén）竞相追逐的（de）时（shí）尚潮流，因此Phantom一体（tǐ）机一（yī）经推出（chū）便迅速走红。

连线杂志主编C.Anderson于（yú）2012年年底（dǐ）担任3D Robotics公司CEO，该（gāi）公司于（yú）2013年（nián）8月推出Iris遥控四旋（xuán）翼飞行器，于（yú）2014推（tuī）出X8+四旋（xuán）翼飞（fēi）行器（qì），并很快（kuài）于2015年推出Solo四旋翼飞（fēi）行器（qì）。

此时，学术界对于多旋（xuán）翼的研究（jiū）更（gèng）偏向（xiàng）智（zhì）能化、群（qún）体（tǐ）化。2013年，苏（sū）黎世联（lián）邦理工学（xué）院的R.D'Andrea教授在（zài）TEDGlobal的机器人实（shí）验室展示了四旋（xuán）翼（yì）的惊人运动机（jī）能。纵观学术界的（de）发展，以“四旋（xuán）翼(quadrotor)”和（hé）“多旋翼（multirotor）”为关键词的文献在近年成井喷（pēn）趋势。这（zhè）些研究往往具备（bèi）前瞻性，将推动多旋翼产（chǎn）业未来的发展。

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