人人可以上手 消费级无人机技术浅析

在上一期我们分析了消费级无人机趋势，从短期来说，消费级无人机面临许多问题，例如航程短、智能化偏低、航空管制等问题，不过从长远来看，消费级无人机大有用武之地，目前热火朝天的发展态势也证明消费级无人机大有可为。为了帮助用户了解消费级无人机的特点和结构，本期我们就一起和大家来谈谈无人机的发展、结构和技术方面的内容。

人人可以上手 消费级无人机技术浅析

随着技术的成熟和市场需求的出现，无人机和相关的技术成为近一段时间非常火爆的话题，尤其是消费者无人机在多个场合惊艳亮相后，很多玩家期待着自己的飞行梦能从一驾小小的无人机开始。不过，你对无人机的了解是否充分呢？消费级无人机的结构和特点是什么呢？又是如何控制的呢？

四旋翼结构—消费级无人机的天然选择

自从莱特兄弟在1903年成功造出全球第一家依靠自身动力载人飞行的飞机后，飞上蓝天就不再仅仅是梦想了。随后的1920年，第一架无人飞机就被作为靶机运用在军事训练中。从此之后，无人机就开始了它漫长的发展历程。尤其是在军队中，无人机更是大放异彩。不过，飞机和无人机一直以来都是巨贾大商或者航空公司、军队才能拥有的“高档货”，对普通百姓来说，多也就是坐坐飞机或拥有相关飞行职位，拥有一架飞机恐怕想都不会想一下。直到近几年，随着无线技术、控制技术以及机械部件的发展和成熟，消费级无人机才真正成为人们触手可及的、能够真正拥有的飞行设备。

从结构和设计角度来看，目前的无人机多采用了四旋翼结构。所谓四旋翼结构，就是指飞机上有个四个旋翼。看起来复杂，实际上这是一种简单和直观的稳定控制结构。说到这里很多读者可能迷惑了，表面上看，消费级无人机基本运作方式和印象中的直升机几乎一样，那为什么消费级无人机要用多旋翼结构呢？一般来说，常见的载人直升飞机，几乎都是由主螺旋桨和尾螺旋桨构成的。其中主螺旋桨提供升力和动力，尾螺旋桨用来控制方向，此外还有复杂的控制系统和传动系统—这两者极为重要，因为两个旋翼只有良好配合，才能做出很多复杂的动作和飞行姿态。对大飞机来说，人可以操作，机器空间和功率都可以做的相对很大，但在小小的无人机上加载如此多的系统（尤其是机械部件）就显得非常不切实际，因为本身消费级无人机的功率就不大，因此重量控制就显得非常重要，复杂的系统和控制设备会使得整个无人机载重能力和飞行能力降低，甚至难以起飞。

四旋翼无人机结构简单，配合飞控系统控制也可以轻松实现各种飞行姿态，是入门级消费级无人机的首选。

消费级无人机的飞行控制系统成品，可见复杂的信号出口。飞行控制器实际上就是个单片机，承担了无人机旋翼的控制功能，还支持多种类型的控制模式，高档的飞行控制器系统目前一般都会集成GPS、Wi-Fi等模块。

这个时候，四旋翼结构无人机的优势就可以体现出来了。在飞机发展的早期，四旋翼机型就很是被看好，主要原因就是其结构简单，容易设计，几乎不太需要太多控制传动装置。但有利也有弊，四旋翼机型之前未能大发展的核心问题就是同时协调四个旋翼状态来改变飞行姿态的方法实现起来很困难—尤其是计算机控制还不成熟年代，要知道四旋翼飞机的所有姿态都是通过调整四个旋翼的状态来实现的，比如俯仰运动、滚转、偏航、前后和侧向，都需要不同旋翼紧密配合才能完成，如果配合不好，四旋翼飞机可能失态甚至坠落。此外，四旋翼飞机还存在旋翼效率较低、载荷较低、续航时间不够长等问题，再加上四旋翼飞机是典型的不稳定系统和欠驱动系统，姿态控制也不好做，因此一直以来都没有大型飞机采用。

但随着2005年以来微处理器技术、微机电系统等设备的发展以及飞机控制技术的进步，四旋翼飞机昔日的弱点们纷纷变得不那么困难，它的优势就逐渐凸显了出来。对消费级无人机来说，航程和飞行高度、载重量都不会太高，但是结构的轻量化和简单化、悬停能力、稳定性、垂直起降等特点反而更为令人关注，这些恰恰是四旋翼飞机的优势，因此，目前的消费级无人机都主要以四旋翼结构为主。

目前的消费级无人机大部分都是四旋翼（其实还有更多的旋翼机型，比如八旋翼），宏观结构都是十字形，或者说四旋翼的发动机一般都布置在十字位置的四个顶点上。其余的部件比如电池、飞行控制系统、GPS、云台、遥控系统、摄像系统等统统集成在悬臂架或者中央机身上，基本结构都不算太复杂。其中飞行控制系统比较重要，因为它直接关系到机器的飞行和安全。在信号方面，为了增大无人机和控制器之间的有效无线传输距离，部分无人机还配备了中继器用于放大手持操控器的信号。对拍摄有需求的玩家，还可以选择选择云台来连接无人机和摄像机，除了传统的云台外，现在也有专门为航拍设计的消除抖动云台。此外，无人机上还布置了大量的传感器，比如三轴陀螺仪用于探测飞机姿态、三轴加速器用于探测当前加速度、GPS传感器用于定位当前位置、高度传感器用于探测高度、气压传感器等用于探测目前的大气环境等，都可以根据用户需求来一一选择。