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【科普长文】你不曾熟知的往事,多旋翼无人机发展史

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现如今,多旋翼飞行器早已深入千家万户,我们最熟悉的大疆、零度、亿航、小米等公司都推出了自己的多旋翼飞行器产品,其普及程度之高,就连大多数路人都不再好奇地在你飞飞机的时候问这问那。其实,多旋翼的发展历史已经超过了100年,接下来我们就来讲述这段不为大众所熟知的历史。

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早在1907年,法国Breguet兄弟在C.Richet教授的指导下制造出了世界上第一台多旋翼飞行器,并进行了试飞,这是有文字和图片记录的最早的多旋翼飞行器。
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但是这台飞行器最终只飞了1.5m就落在了地上。

随后在1920年,法国工程师Étienne Oehmichen开始设计自己的多旋翼飞行器,第一次试飞失败,经过重新设计后,这多旋翼飞行器成功起飞,实现了14分钟的飞行,创造了当时直升机领域的世界纪录。

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1921年,俄裔美国人George de Bothezat受美国空军委托,在美国俄亥俄州西南部的空军基地设计建造了一架大型四旋翼飞行器,这架飞机除了飞行员外还能再搭载3名乘客。
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这架被称为“飞行章鱼”的多旋翼成功首飞,并进行了一系列飞行测试,但是由于发动机性能不行,原本设计飞行高度为100m的飞行器只飞到了5m高,最终美国空军放弃了多旋翼飞行器的想法。

时间一晃到了20世纪50年代,美国陆军开始测试各种垂直起降方案,和Curtiss-Wright等几家公司一起设计了一种“飞行吉普”,这种飞行器使用了杠杆燃气涡轮机作为动力,其中Curtiss-Wright VZ-7在1959-1960年期间实现了较为稳定的飞行。
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但是这辆飞行吉普始终未能达到军方的高度和速度要求,最终也被放弃。

从此,多旋翼飞行器的发展陷入了长达三十多年的停滞。

多旋翼飞行器最终与军事试验渐行渐远,它在20世纪90年代初以玩具的形式再次进入了公众视野。
在那个时候,基于MEMS(微机电系统)的惯性导航系统开始应用,它的重量很轻仅有几克,于是多旋翼飞行器开始采用这类系统实现较为稳定的飞行。90年代初,Keyence Gryo Saucer II E-570登陆日本市场。同年代,美国工程M.Dammar开发了由电池供电的四旋翼Roswell Flyer,随后将其卖给了加拿大Dragonflyer公司,后者是世界上最早一批消费级多旋翼无人机厂商之一。
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在2002年德国年轻研究者比赛中,Silverlit X-UFO被设计发明,至今仍有很多玩具多旋翼仍然采用了这种经典的设计。
这一时期,MEMS惯导系统已经广泛应用,但是其传感器噪声很大,于是人们又花了很长时间来研究设计降噪和姿态控制算法,直到2005年,真正稳定的多旋翼飞行控制器才被制造出来。

多旋翼飞行器的商用飞行一直到2004年才开始,美国Spectrolutions公司在这一年推出了Dragonflyer系列多旋翼无人机,并在2006年推出了搭载航拍影像稳定器的版本
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经典的Dragonflyer X6航拍无人机

同年,德国公司Microdrones GmbH推出了MD4-200四旋翼,开创了多旋翼行业应用先河,并推出了多旋翼飞控Mikrokopter,配备该飞控的多旋翼能够像“空中钉子”一般悬停在空中。
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MD4-200四旋翼无人机

此时,当今的消费级无人机巨头大疆创新还只是襁褓中的婴儿。

2004年,法国Parrot公司开始研发消费级多旋翼无人机,并在2010年将AR.Drone四旋翼无人机推向市场,开启了消费级多旋翼时代,当时这款飞行器具有很多先进的特性:
1)采用光流技术,利用下摄像头探测地面纹理,测量飞行器姿态偏移量并利用飞控予以修正,实现室内稳定悬停。
2)通过手机和平板电脑控制,配备实时图传,能将机载相机的画面实时回传到地面。
3)可以一键起飞降落,脱控自动悬停。
4)一体设计,上手简单。
5)开放API,可以供开发者使用。
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Parrot AR.Drone 2.0,这也是我最早见到的多旋翼飞行器。直到现在,Parrot仍然在消费级无人机领域占有一席之地,并推出了MiniDrone、Bebop、Disco等多个产品系列。伴随着多轴惯性传感器、GPS芯片、通信芯片的大规模普及,多旋翼飞行器进一步得到发展。
到了2012年,大疆推出了世界上第一款到手即飞的多旋翼航拍无人机——Phantom,从此曾经高冷的航拍开始走进大众生活,这款飞行器出厂前已完成了组装和调试,用户只需简单安装即可使用,随即大疆名声大噪。
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DJI Phantom 1

此时国内较为活跃的几大消费级无人机厂商还有零度、极飞、亿航等。在很长一段时间内,零度和大疆曾各占半壁江山,有着“南大疆、北零度”的说法。多旋翼无人机的研发制造中心也随即转移到了国内。
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零度HighOne

2013年是消费级无人机集中爆发的一年,随着《爸爸去哪儿》的广告效应,消费级一体式航拍无人机开始向大众普及,两年后汪峰用Phantom 2 Vision+挂着戒指向章子怡求婚,无人机也正式进入寻常百姓家,成为了婚庆的标配,无人机送戒指也就是这个时候开始遍地开花。
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2014年11月,大疆发布重量级产品Inspire 1,首次将远距离OFDM高清数字图传、一体式4K云台相机、独立云台控制应用在一体式消费级无人机上,这款产品在影视航拍市场上获得了巨大的成功。
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Inspire 1机身变形、高清数字图传、360°无遮挡拍摄、室内光流悬停等特性在当时是非常先进的,这也是我的第一款大疆产品。

随后大疆将Inspire 1身上的技术应用在了Phantom系列上,奠定了其消费级无人机霸主的地位。与此同时,国内友商们开始节节败退,在2015年,极飞正式转向农业植保,不再推出任何消费级产品。此时,3D Robotics推出了Solo无人机,面向消费级市场,但市场表现平平;而Lily无人机引入了掌上抛飞、智能跟随、手势控制等新概念,但是直到Lily倒闭也没能卖出任何一款产品,最终Lily的遗志被大疆和零度继承了下来,二者后来分别推出了Spark和Dobby。

2015年,机器视觉也开始了发展,Intel在这一年展示了可用于无人机的机器视觉方案,零度推出了基于联芯1860C的视觉避障平台,大疆也推出了Guidance视觉避障系统,应用在自家的M100无人机上。

2016年,大疆推出Phantom 4,首次将机器视觉应用在自家的消费级无人机上,实现了无人机的自主避障和视觉跟拍,随后推出的Phantom 4 Pro和Inspire 2更是引入了视觉里程计技术,实现自主规划返航路径。Inspire 2的面世,将一体式影视航拍无人机提到了一个新水平。这一年,无人机集群控制技术得到了很大的发展,零度、亿航和Intel都推出了无人机集群控制方案,用于无人机编队飞行表演。

2017年,消费级无人机市场基本处于饱和状态,随着监管趋严,各家无人机厂商也开始在行业应用上寻求发展。背水一战的零度凭借其深厚的军工实力开发了VTOL复合固定翼无人机和高倍率视觉跟踪光电吊舱,开始在行业市场上发力,在消费级领域只保留了技术授权;而极飞已经成为了农业植保市场的强者;大疆则推出了M200系列,主攻电力巡检、安防巡逻和救援等行业,同时推出了如风系列大载重无人机,用于物流和特勤应用。至此多旋翼无人机已经形成了消费级和行业级两大市场。

2018年,DJI Mavic Air和Skydio R1问世,标志着机器视觉在无人机上的应用达到了一个新的高度,视觉处理单元开始主动参与飞控姿态计算,令无人机更加智能、更加安全、更加易于操作。

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拥有16个机载摄像头的Skydio R1完全不使用GPS即可实现无人机的稳定悬停,并可以利用机器视觉和SLAM算法准确感知环境,躲避大多数障碍物,实现各种环境下的自主规划飞行拍摄,还能预测目标物体的运动轨迹进行全自动跟拍,让拍摄更简单。这款机器也已经上市开售。不过由于大量使用机器视觉系统,牺牲了重量和体积,这款无人机的续航仅为16分钟,并且没有遥控器和机械增稳云台,图传也只是WiFi,操控距离很短。即使有这么多不足,Skydio R1仍然可以称为无人机机器视觉集大成者,为未来智能无人机的发展指明了一条道路。
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同年,在CES2018展会上,Autel推出了EVO原型机,首次将一英寸CMOS应用在微型折叠多旋翼无人机上,大疆未来推出的Mavic Pro II将与其展开正面对抗。

未来,多旋翼无人机将进一步智能化、专业化、规范化。在影视剧拍摄中,无人机将进一步取代笨重的摇臂、升降、索道,实现影视创作的无限可能。在生活中,我们也将见到更多无人机的身影。


——飞行视觉团队

2018年3月28日 19:52:46

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持有设备:Inspire 1 单控屌丝版
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不炸鸡的浩  Mavic Air认证用户   3-28 21:02   2#
赞一个!!
镜界-WEI  Inspire 1 RAW认证用户   3-28 21:14   3#
灵魂画家,社会驴导,人狠话不多,卡卡就是画
Fantacyli  Mavic Air认证用户   3-29 12:40   4#
驴导~·有悟3消息吗?
一位来自灵山旧州的DJI学生粉,手持MAVIC AIR ~~~
楼主   认证飞友        3-29 12:42   5#
Fantacyli2018-3-29 12:40
驴导~·有悟3消息吗?
没有,下一位
初级菜鸟  Mavic Air认证用户   4-6 18:29   6#
不够长啊!连御Air都没有——差评!
djiuser_Py7lbDN    4-26 00:40   7#
启期待御2的到来
Bluesky1984  Spark认证用户   5-21 23:14   8#
学习了!!!!!!!!!!!!
独角鲸  Mavic Air认证用户   6-1 07:04   9#
大疆发展真快…从一个无名小卒到独角兽,仅仅几年时间
Seagate  Ronin S认证用户   7-13 15:32   10#
在CES2018展会上,Autel推出了EVO原型机,首次将一英寸CMOS应用在微型折叠多旋翼无人机上,大疆未来推出的Mavic Pro II将与其展开正面对抗。

就冲着这句话=_,=
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