“舊時王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”。無人機也像那堂前燕，從以前爲軍事所專屬，負責偵查和戰鬥，飛入民用領域，在航拍、植保、快遞、救災、巡檢、拍攝等行業大顯身手，無人機+的應用遍地開花，成爲智能時代機器人領域的尖兵。
無人機，顧名思義，即不載人的飛行器。目前飛行器主要分爲3類：固定翼（fixed wing）；直升機（helicopter）；多旋翼（multi-rotor）。最近風頭最熱、也最有前景的，當屬多旋翼大家族的主力軍——四旋翼無人機（quadcopter），大大小小的無人機廠商如雨後春筍般冒出來。大的有DJI、零度、億航、極飛等，小的就數不勝數了，最近京東也衆籌了一款PowerEgg無人機，無人機行業的繁榮可見一斑。各飛行器的特點簡介如下：
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飛行器分類 |
固定翼 |
直升機 |
多旋翼 |
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穩定性 |
自穩定 |
不穩定，完整驅動 |
不穩定，欠驅動 |
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續航時間 |
長 |
中 |
短 |
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飛行效率 |
高 |
中 |
低 |
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載荷 |
大 |
中 |
小 |
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其他 |
起飛助跑，降落滑行 |
可垂直起降，機械結構複雜 |
可垂直起降，機械結構簡單 |
本系列博客的重點也是四旋翼無人機。四旋翼含4個螺旋槳，即4個電機，4個自由度，而三維空間的位姿有6個自由度，4<6，因而稱欠驅動。受控的自由度可以從遙控器的輸入看出端倪：左邊的搖桿控制上下的高度和機頭的朝向（Yaw），右邊的搖桿控制飛機的前後和左右，共4個自由度。而欠驅動的2個自由度爲飛機的俯仰（Pitch）和橫滾（Roll），和飛機的前後、左右是耦合的，因此也可以說右邊的搖桿控制飛機的俯仰和橫滾。無人機在前後左右運動時機身會產生一定傾斜的原因即在於此。
上表大致總結了各飛行器的特點，那麼問題來了，多旋翼各項指標落後仍受大衆青睞到底爲哪般？讓我們走近科學，探祕多旋翼。由於多旋翼系統不穩定、欠驅動，需要自動控制器來控制飛行器的姿態，而要取得姿態，就不得不提慣性導航系統（Inertial Navigation System，以下簡稱INS）。INS的主要原理是利用加速度計和陀螺儀，對時間積分獲得速度，進而獲得飛行器的位置和姿態。INS最初用於導彈、火箭等軍事領域，十幾公斤的大鐵疙瘩對於按噸計的巨型鐵疙瘩來說那都不算事兒。但要放到多旋翼頭上，這可是泰山壓頂，愚公有心也無力，多旋翼的研究一度停滯。
到了上世紀90年代，隨着微機電系統（Micro-Electro-Mechanical System，以下簡稱MEMS）的發展，幾克重的mm級INS被開發出來，多旋翼的自動控制器又重新擡頭。但是條件還不夠，傳感器的噪聲、多傳感器的數據融合、多旋翼的非線性系統結構、飛行控制算法等問題仍像一座座大山，等待探路者去征服。到了2005年，穩定靠譜的多旋翼自動控制器才正式面世。四旋翼作爲多旋翼無人機中最簡潔的一種，開始受到廣泛關注和研究。由於其結構簡單、控制靈活、成本較低，也逐漸進入了商業領域和大衆視野。
之後的歷史，諸君都是見證者。2009年，《三傻大鬧寶萊塢》中Geek的小四軸，把新鮮感帶給了大衆。2010年，法國Parrot公司發佈AR.Drone——世界首款流行的四旋翼，上能飛天拍大地，下可懸停擺造型，成爲人們的天空之眼。此時的四旋翼，還是小衆人羣的玩具。直到2013年，DJI的Phantom與GoPro結合，讓四旋翼從一個玩具變身成了航拍精靈。先手優勢一發不可收，至今DJI已成爲世界上首屈一指的無人機廠商，成爲中國智造的驕傲，也成功幫汪峯求婚，新娘頭條雙豐收！除了DJI，國際的3D Robotics、AscTec，國內的零度、億航也加入戰局，羣雄爭霸，硝煙四起。
一個Interesting&Exciting的無人機時代正在拉開序幕，讓我們拭目以待。
PS： 無人機系列的第1篇至此結束，有關無人機的基礎知識，且看下回分解。