认清自(zì)己(jǐ)
为了认清自(zì)己,四(sì)旋翼飞行器(qì)配备了两只功能(néng)强大的(de)眼(yǎn)睛:一只能(néng)看清自(zì)己的“位(wèi)置”,知道(dào)自己(jǐ)是(shì)在(zài)黄山还是泰山,这就是自带的(de)GPS定位系统;另一只能看(kàn)清自己的“姿态(tài)”,就是知道自(zì)己(jǐ)是(shì)“坐着”、“躺着”,还是“倒立”,这就是陀螺仪。这(zhè)两(liǎng)只眼(yǎn)睛(jīng)还要和“加速度计”配合使用,才能更准确地知道(dào)自己的姿(zī)态和位置,以及(jí)姿态和位置的改变(biàn)情况(kuàng)。

所谓(wèi)GPS定位系统即全球定位(wèi)系统(GlobalPositioningSystem),是一种以全球24颗定(dìng)位(wèi)人造卫星为基础,向全球各地(dì)全天(tiān)候地提供三维位置(zhì)、三维速度(dù)等信息(xī)的无(wú)线(xiàn)电导航定位系统。它由三部分构成:一是地(dì)面(miàn)控(kòng)制(zhì)部分,由主控(kòng)站、地面天线、监测站(zhàn)及(jí)通讯辅助系统组成(chéng);二(èr)是空间部分,由24颗卫星组成,分布在6个轨道平(píng)面;三是用户(hù)装(zhuāng)置部分,由GPS接收(shōu)机和(hé)卫(wèi)星天(tiān)线组成(chéng)。四旋(xuán)翼飞行(háng)器身上安装的就(jiù)是用户装置部(bù)分。
陀螺仪又叫角速度(dù)计,就是通过一(yī)个不断旋转的陀螺记录“姿态”。它的(de)原理跟小时(shí)候(hòu)玩的(de)抽陀螺一样,陀螺一旦转起来,即使地面是(shì)斜(xié)的,陀螺(luó)还是会保持垂直旋转,具有“定轴性”,我们可以假定这个姿势是“坐姿”。当四旋翼飞(fēi)行器“躺(tǎng)下”时,便与坐姿(zī)产生(shēng)了一个夹角,但陀(tuó)螺仪依然会沿着“躺姿”的轴继续高速旋转(zhuǎn),具有(yǒu)“进动性”。利用(yòng)安(ān)装在陀螺(luó)仪上(shàng)的(de)传感器就可以(yǐ)知道这个夹角的大小和(hé)方向,从而确定“姿态”的变化。
光有GPS和陀螺仪(yí)还(hái)不能很好(hǎo)地知道自己(jǐ)准确的“姿态”和(hé)“位置”及动态变化的(de)情况,还需要有(yǒu)加速度计的配合。
设计者在加速度计(jì)的内部配置了两个电容的(de)连接点,并(bìng)且在(zài)中间放置(zhì)一个(gè)可导(dǎo)电、可晃动(dòng)的物质,透过(guò)监测该物质移动(dòng)引起的电容改变(biàn),得到四旋翼飞行(háng)器位置(zhì)变(biàn)化的剧(jù)烈程度。
认识他人
认清了自己之后(hòu),四旋翼飞行器还需要认识他人。一般的(de)四旋翼飞行器会(huì)配备一架高级相(xiàng)机,这台高级相机,其实和咱们日常使用的相机是一个原理,只是多了一个高级的视觉处理系统(tǒng),犹如人的视神经系统一样,可(kě)以感知周边环境。“相(xiàng)机”分辨率越高(gāo)四(sì)旋翼飞行器就“看”得越清楚。
四旋翼飞(fēi)行器还师从蝙(biān)蝠,仿(fǎng)照超声波测距(jù),配备红外(wài)线发射(shè)装置,通过(guò)发(fā)射出去的波和(hé)反射回来的波之间的时间差,测(cè)出目标距离自己有多远。
四旋翼飞行器拥有(yǒu)对称分布在身体的前后左右的四(sì)只“翅膀”,它们在(zài)同一高(gāo)度的(de)平面上,大小完全相同,由四个对称分布在(zài)“翅膀”支架(jià)端的电机提供动力,支架中间安放着GPS、陀螺仪、加(jiā)速度计、感应器(qì)、视觉感应系统和红外线测距装置等。
拥有如(rú)此(cǐ)简单(dān)的(de)构架(jià),四旋翼飞行器又(yòu)是(shì)如何(hé)飞翔的呢?
四旋翼飞行器的四只“翅膀(bǎng)”不停的(de)转(zhuǎn)动会(huì)提供升力(lì),转速(sù)的改变(biàn)可以改变升力的大小,从而改变(biàn)四(sì)旋翼飞(fēi)行器(qì)的(de)位置和姿态。另外,相邻的翅膀要做相反方向(xiàng)的(de)旋(xuán)转,这样(yàng)才能产生平(píng)衡(héng)的(de)力(lì)矩防止四旋翼在空中“打转”。
下面就让我们看看四(sì)旋(xuán)翼(yì)飞行器的飞行(háng)绝技。
悬停(tíng):四个电机的输出功(gōng)率增加,就带动(dòng)着四只翅膀的转速提升,产生(shēng)向上(shàng)的升力,当这个升(shēng)力超出了四旋翼飞行器(qì)自(zì)身(shēn)重力(lì)时,四旋翼(yì)飞行器便起(qǐ)飞了。所谓在空中悬停,就需(xū)要四(sì)只翅(chì)膀转速带来的升力(lì)和地球施(shī)加的重力(lì)大小相同,方(fāng)向相反,也(yě)就是“静若处子”啦。
前(qián)进(jìn):做到悬停之后,四旋翼飞行器(qì)又如何前进呢?这需要力(lì)的方向发生变化,一(yī)定要有使其向(xiàng)前的力,如(rú)图7所示(shì),在悬停(tíng)的基础(chǔ)上增加(jiā)后面(miàn)翅膀的转(zhuǎn)速使得升力增(zēng)大(dà),减(jiǎn)小前面翅膀的(de)转速使(shǐ)得升力减小,如此(cǐ)四旋翼飞行器的身体便会(huì)产(chǎn)生倾斜,翅膀的升力(lì)差便会产生向(xiàng)前的分量,四旋翼飞行器便可以向(xiàng)前(qián)飞行了。
滚(gǔn)转(zhuǎn):如果改变左右两只翅膀的转速,即(jí)改变(biàn)力矩,四旋翼飞行器就(jiù)能在空中实现滚转。当增大左边减小右边(biān)电机的转速或者减(jiǎn)小左边增大右边电(diàn)机的转速时,机体就会倾斜(xié),如此左(zuǒ)右不平衡的升力会使得力矩增大(dà),这(zhè)样飞行(háng)器就可以在空中滚转了。

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