零基础入门无人机--无人机姿态--2

四旋翼在其四个轴臂上四个桨的高速转动作用下，会受到四个桨的拉力，拉力方向与机身垂直，当四个桨产生的拉力总和大于机身重力时，飞机处于上升状态；当总拉力小于机身重力时，飞机处于下降状态；当总拉力等于机身重力时，飞机处于悬停状态。

拉力大于重力和拉力小于重力时上升或下降。当然，飞机的运动方式没有这样简单，在实际飞行过程中飞机可能会受各种不同因素的共同作用成产生6个自由度的运动组合。为了掌握飞机的基本运动规律，我们先来了解一下飞机的三个基本姿态：横滚roll、俯仰pitch、偏航yaw。下图为这三个基本姿态的图解：

针对四旋翼来具体分析其三个基本姿态，先来看看十字型四旋翼的拉力情况，在不考虑其它因素的情况下，当四个螺旋桨的拉力相同时，飞机处于水平状态：

 

假设让左右两个电机的转速不同，它们所带动螺旋桨所产生的拉力也就会不同。例如，可以使电机0和电机2的转数不变，而使电机1的转数加快，使电机3的转速减慢。结果就会使右侧的拉力增加，而左侧的拉力减小，从而对飞机产生一个力矩，在这个力矩的所用下，飞机会向左侧横滚。

同理，如果让电机1和3的转速不变，而使电机2的转速增加，电机0的转速减慢，飞机则会产生一个力矩，在这个力矩的作用下飞机会出现俯仰姿态。

实际上，如果四个电机转动的方向是一致的，比如都做顺时针转动，在反作用力的效果下，飞机会受到一个跟电机转动方向相反的力矩，使得飞机生产逆时针的自旋。

这并不是想要的，由于四旋翼结构上的对称性我们可以将电机0和电机2顺时针转动，而让电机1和电机3逆时针转动。这样电机0和电机1对飞机产生的反向力矩就会与电机1和电机3产生的反向力矩相抵消。飞机不再产生自旋。

事实上，并不会完全禁止飞机的自旋，而是希望可以控制其自旋，也就是在想要改变飞机航向时，让其自旋；当不想改变其航向时，就不让其自旋。例如：可以使电机0和电机2加速，同时使电机1和电机3减速。由于电机0和2是顺时针转动，就会产生一个逆时针的力矩，电机1和3是逆时针运动，产生一个顺时针和力矩。由于电机0和2转速比1和3快，所以逆时针的力矩会比顺时针的力矩大，所以飞机会逆时针自旋，也就是偏航运动。反过来，让电机0和2转速减慢，而让电机1和3转数增大，飞机就会进行顺时针的偏航运动。

当飞机处于不同的姿态时，四旋翼的四个桨对飞机产生的拉力会有很大的不同，会对飞机产生上升、下降、前进、后退、左移、右移这6个自由度的运动。