多旋翼無人機是一種具備垂直升降,懸停等靈活飛行性能優(yōu)勢的無人飛行器,因此在某些環(huán)境下比固定翼無人機具有更好的適用性。多旋翼無人機通過上下共軸放置的三組共六個電機提供升力,通過改變旋翼轉(zhuǎn)速來調(diào)整姿態(tài),通過調(diào)整姿態(tài)進一步實現(xiàn)位置控制,具有懸停性能優(yōu)異、移動靈活、機械結(jié)構(gòu)緊湊、零部件可靠性高等優(yōu)點。
多旋翼無人機是通過調(diào)節(jié)多個電機轉(zhuǎn)速來改變螺旋槳轉(zhuǎn)速,實現(xiàn)升力的變化,進而達到飛行姿態(tài)控制的目的。 一般分為四個方向的運動,分別為:升降、俯仰、前后和偏航。
1、升降運動
在圖a中,同時增大無人機四個旋翼轉(zhuǎn)速,使得總升力大于無人機整體重量后無人機將沿著Z軸垂直上升,反之,減小四個旋翼轉(zhuǎn)速使總升力小于無人機自身重量后,無人機將垂直降落。在無外界干擾的情況下當總升力等于機體重量時無人機將保持懸停。
2、俯仰運動
多旋翼無人機任意兩對角線上的電機保持轉(zhuǎn)速不變,對角線兩側(cè)的電機形成差速,為了不因為旋翼轉(zhuǎn)速的改變引起多旋翼無人機整體扭矩及總拉力改變,對角線上的兩旋翼轉(zhuǎn)速變量的大小應(yīng)相等。由于對角線一側(cè)的兩旋翼的升力上升,另一側(cè)的旋翼的升力下降,產(chǎn)生的不平衡力矩使機身繞對角線旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)多旋翼無人機的俯仰運動。
3、前后運動
前后運動飛行原理:如圖b所示,3、4號旋翼轉(zhuǎn)速增大,1、2號旋翼轉(zhuǎn)速保持,前后升力差會導(dǎo)致無人機出現(xiàn)“前低后高”的姿態(tài),旋翼推力在X軸正方向的分力將驅(qū)動無人機前進;同理當1、2號旋翼轉(zhuǎn)速增大,3、4號旋翼轉(zhuǎn)速不變時無人機將會后退。
4、偏航運動
如圖d所示,當一對正轉(zhuǎn)旋翼與一對反轉(zhuǎn)旋翼轉(zhuǎn)速相同時,產(chǎn)生的扭矩則相互抵消,無人機不旋轉(zhuǎn)。和當1、3號旋翼轉(zhuǎn)速增大而2、4號旋翼轉(zhuǎn)速不變時,1、3號旋翼對機體產(chǎn)生的扭矩大于2、4號旋翼的反扭矩,因此無人機將繞Z軸進行逆時針旋轉(zhuǎn);反之,當2、4號旋翼轉(zhuǎn)速大于1、3號旋翼轉(zhuǎn)速時,無人機將繞Z軸順時針旋轉(zhuǎn)。