3D動畫為你揭秘無人機的工作原理

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僅依靠四個螺旋槳 無人機是怎麼實現飛行的
這是螺旋槳的葉片 它是這樣彎曲的
當螺旋槳旋轉時 空氣粒子會與葉片發生碰撞
並且葉片頂部空氣流速比底部要快
根據伯努利原理 流速越快 壓力越小
所以底部壓力大於頂部 這就會產生一個向上的作用力
旋轉得越快 向上的推力就越大
螺旋槳就會上升 如果旋轉變慢 推力就會變小
螺旋槳就會下降 在螺旋槳下面連接著一個無刷電機
如果固定住電機 螺旋槳會轉動
如果固定住螺旋槳 電機也會轉動
但是如果直接放開螺旋槳 那麼除了螺旋槳會轉動外
電機會向相反的方向轉動 這就會有一個問題
當螺旋槳旋轉時 無人機的機身也會跟著旋轉
同樣的問題也會發生在直升機上
為了防止直升機機身旋轉 直升機是通過在尾部
添加一個尾翼來解決的 尾翼能提供一個相反的作用力
依此來保持直升機的穩定
但是無人機不可能添加尾翼 那怎麼解決呢?
無人機有四個螺旋槳 如果四個螺旋槳都朝一個方向旋轉
機身還是會旋轉 我們可以這樣
將對角的兩個螺旋槳向相反的方向旋轉
由於相互之間的作用力抵消 無人機就能穩定飛行了
但是現實情況中 無人機可能會遭受各種外力的幹擾
導致無人機傾斜
這就需要通過控制無人機電機的輸出 來穩定無人機
怎麼控制呢?
螺旋槳使用的電機是無刷直流電機
電機通過一個稱為ESC的裝置控制
ESC不僅可以轉換電機需要的電流類型
還能控制電機的旋轉速度
同時在無人機中還內置了一塊FC裝置
它能精確控制無人機 充當無人機的大腦
FC內部安裝了多個傳感器 這是檢測旋轉的傳感器
它可以檢測無人機的傾斜程度
這個是測量加速度的傳感器 可以感知無人機的速度變化
這兩個傳感器相互配合
對無人機的姿態控制起著至關重要的作用
無人機使用遙控器進行控制
並使用2.4GHz的無線電波進行通信
你通過遙控器發出的任何指令
FC模塊都能接收到 並分配給每個電機
如果想讓無人機前進 將後面的兩個螺旋槳旋轉加快
無人機就會傾斜並向前移動
如果想向後移動 將另一側的兩個螺旋槳加速即可
如果當將一個對角的螺旋槳降低轉速
無人機就會旋轉
當四個螺旋槳轉速一致時 無人機就會旋停
很多商用無人機還安裝的有GPS模塊
以便定位無人機當前的位置
即便無人機在風的作用下 偏離原來的位置
根據GPS提供的基準信息 無人機也能回到原來的位置
當衛星定位系統至少存在10米以上的誤差
為了定位無人機的位置 必須至少從三顆衛星接收信號
衛星數量越多 誤差就越小 也就越精確
為了控制無人機飛行 還需要獲取無人機的高度信息
這就需要超聲波傳感器或擠壓高度計
超聲波傳感器通過發射超聲波 來測量與地面的距離
但是測量高度有限 最高也才10米左右
如果要測量更高的距離 就要用到擠壓高度計
距離地表越近 空氣的密度就越大
越往上 空氣的密度越小 大氣壓也越小
所以高度計只需要測量大氣壓 就能確定無人機高度
無人機在飛行過程中經常會遇到各種障礙物
一些高端機器人還會安裝攝像頭和激光雷達等
以便精準躲避障礙物
