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四軸飛行器（Quadrotor）是一種多旋翼飛行器，它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)。與固定翼飛行器相比，四軸飛行器機動性好，動作靈活，可以垂直起飛降落和懸停，缺點是續(xù)航時間短得多、飛行速度不快；而與單軸直升機比，四軸飛行器的機械簡單，無需尾槳抵消反力矩，成本低 。
今天，由創(chuàng)客集結(jié)號為大家簡要介紹四軸飛行器主要工作原理。
1.坐標系統(tǒng)
飛行器涉及兩個空間直角坐標系統(tǒng)：地理坐標系和機體坐標系。地理坐標系是固連在地面的坐標系，機體坐標系是固連在飛行器上的坐標系。地理坐標系采用“東北天坐標系”，X 軸指向東，為方便羅盤的使用，Y 軸指向地磁北，Z 軸指向天頂。而機體坐標系原點在飛行器中心，xy 平面為電機所在平面，電機分布在{|x|=|y|,z=0}的直線上，第一象限的電機帶正槳，z 軸指向飛行器上方。
2.姿態(tài)的表示和運算
飛行器的姿態(tài)是指飛行器的指向，一般用三個姿態(tài)角表示，包括偏航角(yaw)、俯仰角(pitch)和滾轉(zhuǎn)角(roll)。更深一層，姿態(tài)其實是一個旋轉(zhuǎn)變換，表示機體坐標系與地理坐標系的旋轉(zhuǎn)關(guān)系，這里定義姿態(tài)為機體坐標系向地理坐標系的轉(zhuǎn)換。旋轉(zhuǎn)變換有多種表示方式，包括變換矩陣、姿態(tài)角、轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角、四元數(shù)等。
3.動力學原理
螺旋槳旋轉(zhuǎn)時，把空氣對螺旋槳的壓力在軸向和側(cè)向兩個方向分解，得到兩種力學效應：推力和轉(zhuǎn)矩。當四軸飛行器懸停時，合外力為0，螺旋槳的推力用于抵消重力，轉(zhuǎn)矩則由成對的正槳反槳抵消。當飛行器運動時，因為推力只能沿軸向，所以只能通過傾斜姿態(tài)來提供水平的動力，控制運動由控制姿態(tài)來間接實現(xiàn)。
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