四軸飛行器又稱四旋翼飛行器、四旋翼直升機，簡稱四軸、四旋翼。四軸飛行器的四個螺旋槳都是電機直連的簡單機構(gòu)，十字形的布局允許飛行器通過改變電機轉(zhuǎn)速獲得旋轉(zhuǎn)機身的力，從而調(diào)整自身姿態(tài)。因為它固有的復(fù)雜性，歷史上從未有大型的商用四軸飛行器。近年來得益于微機電控制技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)定的四軸飛行器得到了廣泛的關(guān)注，應(yīng)用前景十分可觀。未來四軸飛行器會廣泛運用于安防、建筑等高危領(lǐng)域。下面來看詳細介紹。

一、四軸飛行器的結(jié)構(gòu)原理

四軸飛行器是一個在空間具有6個活動自由度(分別沿3個坐標軸作平移和旋轉(zhuǎn)動作)，但是只有4個控制自由度(四個電機的轉(zhuǎn)速)的系統(tǒng)，因此被稱為欠驅(qū)動系統(tǒng)(只有當控制自由度等于活動自由度的時候才是完整驅(qū)動系統(tǒng))。不過對于姿態(tài)控制本身(分別沿3個坐標軸作旋轉(zhuǎn)動作)，它確實是完整驅(qū)動的。

與直升機相比，四軸飛行器可以實現(xiàn)的飛行姿態(tài)較少，不過基本的前進、后退、平移等狀態(tài)都可以實現(xiàn)。但是四軸飛行器的機械結(jié)構(gòu)遠遠比直升機簡單，維修和更換的開銷也非常小，這讓四軸飛行器有了比直升機更大的應(yīng)用優(yōu)勢。

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自動控制原理

為了保持飛行器的穩(wěn)定飛行，在四軸飛行器上裝有3個方向的陀螺儀和3 軸加速度傳感器組成慣性導(dǎo)航模塊，可以計算出飛行器此時相對地面的姿態(tài)以及加速度、角速度。飛行控制器通過算法計算保持運動狀態(tài)時所需的旋轉(zhuǎn)力和升力，通過電子調(diào)控器來保證電機輸出合適的力。

二、四軸飛行器的發(fā)展方向

四軸飛行器作為時下最熱門的一種飛行器，已經(jīng)越來越受到廣大科學愛好者和商業(yè)公司的關(guān)注，從amazon的用四軸飛行器為客戶投遞包裹的設(shè)想就可見一斑。可以說四軸飛行器未來的應(yīng)用前景十分廣闊。

這里所說的四軸飛行器不是單指四旋翼，是具有一個以上氣動旋轉(zhuǎn)軸的飛行器的俗稱。

四軸飛行器未來發(fā)展方向主要有以下幾個方面：

一是可作為新概念交通工具

早在二戰(zhàn)時，載人四軸的原型機已經(jīng)被設(shè)計出來，但因為控制技術(shù)還跟不上，飛行器因不穩(wěn)定而無法投入實際應(yīng)用。

二是安保領(lǐng)域

隨著人工智能的不斷發(fā)展，配備高清攝像機、各種安保設(shè)備的四軸飛行器將廣泛應(yīng)用在公安、消防、家庭和單位安保領(lǐng)域，四軸將成為極度智能、行動敏捷的電子警察、電子消防員、電子保安、電子管家，也許在不久的將來，你會因為有一個會飛的家庭照看機器人而感到無比的貼心和安全。

三是建筑領(lǐng)域及其它高危作業(yè)環(huán)境

TED大會上展示的四軸飛行器搭建建筑的視頻也許不少愛好者都看過，這是相當有前景的應(yīng)用，比起3D打印一座房子，用一群微小的四軸飛行器來構(gòu)建龐大的建筑更加切合實際和靈活髙效，也許有一天你路過建筑工地，看到頭頂上不是一群建筑工人在忙碌，而是一群嗡嗡作響的四軸飛行器在井然有序的工作，那個時候你可不要吃驚眼前看到的一切。