四旋翼四轴飞行器飞行原理

四旋翼四轴飞行器主要分 “×” 型和 “＋” 型两种，两种四轴飞行器的主要区别在于机头方向的选择。
四旋翼四轴飞行器的简化结构如下图所示，无刷电机转动带动四个桨叶高速旋转产生向上的升力作用于四轴飞行器，当推动遥控器的油门使升力逐渐超过四轴飞行器自身重力时
四旋翼四轴飞行器便能够起飞升空，控制器发出的指令不断改变四轴飞行器的电机转速，就可以使四轴飞行器切换到不同的运动模式。考虑到“×” 型四旋翼四轴飞行器机动性更好，故本项目将采用 “×” 型四旋翼四轴飞行器设计。

本项目以 “×” 型飞行器为设计标准，故后续以 “×” 型飞行器的运动控制学进行分析，该类型飞行器结构图如下：


为了方便描述，将四旋翼四轴飞行器的四个电机分别编号为：Motor1、Motor3、Motor2、Motor4。
Motor1和 Motor3电机逆时针进行旋转，从而可以产生逆时针方向的扭矩，Motor2和 Motor4电机顺时针进行旋转，从而可以产生顺时针方向的扭矩。
如此，四个旋翼旋转所产生的扭矩便可相互抵消。当四个旋翼具有相同的转速，产生的上升合力正好与自身重力相等，则飞行器将进入悬停状态！

1 垂直运动



如上图所示，在保证四旋翼四轴飞行器每个旋翼转速大小相同（产生的总扭矩为零），对每个旋翼增加/减小大小相同的转速，便可实现四轴飞行器的垂直上升/下降运动。
旋翼总升力>四轴飞行器重力，垂直上升；
旋翼总升力<四轴飞行器重力，垂直下降。

2 俯仰运动



将电机Motor1、Motor4的转速减小或者将Motor2、Motor3增加时，四旋翼会产生向前上方的力，使四旋翼向前飞行。
反之，如果将Motor1、Motor4的转速增加或者将Motor2、Motor3减小时，四旋翼会产生向后上方的力，使四旋翼向后飞行。

3 滚转运动




将电机Motor1、Motor2的转速增加或者将Motor3、Motor4的转速减小时，四旋翼会产生向右上方的合力，使四旋翼向右飞行。

反之，如果减小Motor1、Motor2的转速或者增加Motor3、Motor4的转速，四旋翼会产生向左上方的合力，使四旋翼向左飞行。

4 偏航运动



将电机Motor2、Motor4的转速增加或者将Motor1、Motor3的转速减小，四旋翼会向右旋转，实现向右偏航。

反之，如果将Motor2、Motor4的转速减小或者将Motor1、Motor3的转速增加，四旋翼会向左旋转，实现向左偏航。

非常详细的讲解

四轴飞行器非常不错的设计理念

讲解的非常清楚，四旋翼飞行器通过调整四个电机转速实现飞行。电机带动螺旋桨旋转产生升力，当总升力等于重力时悬停；前 / 后电机减速，机身前倾 / 后倾实现前进 / 后退；一侧电机减速，机身侧倾实现左右平移；对角电机反向差速旋转实现偏航。