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小白要懂的 4 个飞行控制的概念

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与无人驾驶技术所关注的车辆定位不同,无人机的位置必须用 x,y 和 z 三个坐标才能确定,而且还需要关注飞行姿态的问题。钟德夫在之前的文章《入门大疆 SDK 开发前,你需要了解这些…》提及到:

无人机 app 的开发是面向三维的开发,了解空间坐标系系统(负责定位),及 Roll、Pitch 和 Yaw 的原理(负责移动)将会对开发很有帮助。

所以今天就为大家整理一下涉及到飞行控制的一些概念:

▶▶▶ 飞行器朝向和运动方向
对于高度对称的多轴无人机来说,搞清楚飞行器的机头方向是控制其运动向量的重要概念。以大疆的飞行器为例,飞行器启动后,我们可以根据 LED 指示来判断机头方向(红灯常亮代表机头方向),另外也可以根据 DJI Go (4) 界面里的姿态球功能来判断机头方向和运动状态。
姿态球显示飞机的姿态变化、相对位置和机头转向:
▷ 飞机向前飞行时,蓝色水平面相应上升。
▷ 飞机向后飞行时,蓝色水平面相应下降。
▷ 飞机向右飞行时,蓝色水平面朝右侧倾斜。
▷ 飞机向左飞行时,蓝色水平面朝左侧倾斜。
▷ 飞机旋转机头时,红色飞机相应旋转,尖角方向为机头方向
▷ 姿态球中红色飞机机头方向有一束绿光,表示相机镜头朝向
▷ 姿态球中心表示遥控器所在位置,一束白光为遥控器朝向


▶▶▶ 三维坐标系统
在我们地球的三维空间,我们通常用 3 个轴的矢量位移来描述一个物体在三维空间的运动和位置,这三个轴通常表示为 x(经度),y(纬度)和 z(高度)。而围绕这 3 个轴的转动所引起三种不同的运动被称为Roll, Pitch 和 Yaw。
▶▶▶ 飞行器的移动指令
▷ Roll – 以 x 轴为轴心进行旋转,形成左右「失衡」的倾角
▷ Pitch – 以 y 轴为轴心进行旋转,形成前后「翘动」的倾角
▷ Yaw – 以 z 轴为轴心进行旋转,产生机头朝向变化的倾角

Roll,Pitch 和 Yaw 的移动都由飞手通过对控制器上的 4 个油门进行操作而完成。每种移动的快慢都可以通过改变对相应的油门大小来完成。图例如下,红色代表机头方向:
▶▶▶ 飞行器的飞行原理
多旋轴飞行器的各种运动都是通过改变电机转速(增减油门)来实现的,电机会带动各轴上的螺旋桨旋转从而产生升力,在同一个轴坐标中(如 x 轴),当其中一侧的螺旋桨升力大于另外一侧,飞行器就会朝升力较大的一侧飞行。

上面所介绍的 3 个移动指令形成的倾角,其实就代表着原本悬停在半空中的飞行器上各螺旋桨升力的变化,因此:

▷ Roll 指令形成的倾角会产生左/右飞行的效果
▷ Pitch 指令形成的倾角会产生前进/后退飞行的效果
▷ Yaw 指令则基于飞行器中心点改变旋转机头的朝向


▶▶▶ 小结
要真正理解底层的飞行原理,那是一门机械控制和空气动力学混合的学科,这里就不加赘述了。但无论是普通飞行还是基于飞行器做开发,掌握一定的基础知识还是有助于理解和掌握飞行器的飞行状态,能在一定程度上降低「提控回家」的概率。

祝大家顺利爽飞。

(大家可以给 DroneDev 公众号留言沟通,也欢迎加群互撩。)
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S.先生  Goggles认证用户 2018-1-23 2#
不错 支持一下 飞行专业知识
极限军事俱乐部 摄影师|如影随行影音工作室
微信:34217508   极限公众号:sacetc
极限军事俱乐部 带你领略狂野非洲!
楼主  Osmo Mobile 2认证用户 2018-1-23 3#
S.先生悟22018-1-23 16:23
不错 支持一下 飞行专业知识
比较入门的,有些太过专业的也不太好消化
骨子里的骄傲  Osmo Mobile 2认证用户 2018-1-23 4#
可以说是很专业了。
超级霹雳无敌小豆芽  Mavic 2 Zoom认证用户 2018-1-23 5#
收藏学习   
我就是我,我看到自己都上火 。
楼主  Osmo Mobile 2认证用户 2018-1-24 6#
骨子里的骄傲2018-1-23 16:50
可以说是很专业了。
希望能浅显地让大家了解一下
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