四轴飞行器又称四旋翼飞行器、四旋翼直升机,简称四轴、四旋翼。这四轴飞行器(Quadrotor)是一种多旋翼飞行器。四轴飞行器的四个螺旋桨都是电机直连的简单机构,十字形的布局允许飞行器通过改变电机转速获得旋转机身的力,从而调整自身姿态。 电机1和电机3逆时针旋转的同时,电机2和电机4顺时针旋转,因此当飞行器平衡飞行时,陀螺效应和空气动力扭矩效应均被抵消。 四轴飞行器是一个在空间具有6个活动自由度(分别沿3个坐标轴作平移和旋转动作),但是只有4个控制自由度(四个电机的转速)的系统,因此被称为欠驱动系统(只有当控制自由度等于活动自由度的时候才是完整驱动系统)。不过对于姿态控制本身(分别沿3个坐标轴作旋转动作),它确实是完整驱动的。 与直升机相比,四轴飞行器可以实现的飞行姿态较少,不过基本的前进、后退、平移等状态都可以实现。但是四轴飞行器的机械结构远远比直升机简单,维修和更换的开销也非常小,这让四轴飞行器有了比直升机更大的应用优势。 自动控制原理 为了保持飞行器的稳定飞行,在四轴飞行器上装有3个方向的陀螺仪和3 轴加速度传感器组成惯性导航模块,可以计算出飞行器此时相对地面的姿态以及加速度、角速度。飞行控制器通过算法计算保持运动状态时所需的旋转力和升力,通过电子调控器来保证电机输出合适的力。