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這兩年，在綠草如茵的公園里經常會出現(xiàn)一些“科學怪人”，他們手握遙控器，草坪上空的四旋翼忽高忽低，專心調試樂此不疲。甚至，這個年輕的隊伍中也不乏一些白發(fā)蒼蒼的老人…
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聽說，2014年年美國銷售最火爆的圣誕禮物之一是無人機：50美元可買到一架裝有攝像機的微型四軸飛行器，能完美的拍攝自家花園的鳥瞰圖；700美元可買到一架裝有陀螺穩(wěn)定攝像機的無人機，還配有腕帶式追蹤器，當你滑雪，騎自行車，或風箏沖浪時可以用它來自拍。
那么問題來了，四旋翼（四軸飛行器、無人機）究竟有什么魅力？
無人駕駛飛機簡稱“無人機”，英文縮寫為UAV（Unmanned Aerial Vehicle或Drone），是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。
近兩年，由于四軸飛行器的穩(wěn)定性好、門檻低、操作簡單以及可應用于航拍、表演、載重等應用中，成為了天空中的一大神器。最重要的是，無人機可能使所有的商業(yè)領域發(fā)生變革。
因為無人機不需要飛行員在機艙內進行駕駛，飛行全過程在電子設備的控制下自動完成。無人機上不用安裝任何與飛行員有關的設備，這樣可以騰出空間和重量裝更重要的設備。另外，使用無人機不用擔心飛行員傷亡的問題。
整片天空，都被你“承包”了
目前，全球約有4.8萬架無人機。有人斷言，無人機將在未來20年至50年主宰人類天空。
下面，我們先來暢想一下?lián)碛袩o人機的生活會是怎樣的：
在藍天的見證下，用一臺四軸飛行器，向心愛的女友求婚；
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在大海的見證下，用一臺無人直升機，完成婚紗照和航拍錄影；
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清晨，四旋翼飛行器陪你一起健身；
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傍晚，把老家?guī)Щ氐牟枞~蛋捎給隔壁老王。
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庖丁解“機”：無人機里面的那些高科技
按技術實現(xiàn)類型來定義，無人機主要分為無人直升機、無人固定翼機、無人多旋翼飛行器、無人飛艇、無人傘翼機等，而四旋翼飛行器是無人機的其中一種。
無人機最初被應用于軍事用途，能走入平民生活主要得益于商用電子元件的成本下降。智能手機里的許多裝置都能用于無人機，包括陀螺儀，加速度計，無線收發(fā)器，信號處理器，及衛(wèi)星導航系統(tǒng)。
無人機可被直接用于測繪土地，成本低效率高。無人機拍攝公路的分辨率可達到2厘米，而衛(wèi)星只能達到30厘米，而且成本比衛(wèi)星低三分之一。農民開始用無人機監(jiān)測莊稼生長狀況，然后利用現(xiàn)代農業(yè)機械施放適量、適合種類的化肥。在法國，這種技術已經得到了廣泛應用，農民使用無人機能使每公頃的收益提高50歐元 （62美元）。無人機還能改善安全性：它們可被用于執(zhí)行各種任務，比如檢查輸電線，目前仍需直升機通過繩索把人懸在空中檢查。利用無人機送貨更快：敦豪快 遞公司（DHL）正在使用“parcelcopter”無人機將藥品送往德國沿海的尤伊斯特島。
四軸飛行器，又稱四旋翼飛行器、四旋翼直升機，簡稱四軸、四旋翼。這四軸飛行器（Quadrotor）是一種多旋翼飛行器。四軸飛行器的四個螺旋槳都是電機直連的簡單機構，十字形的布局允許飛行器通過改變電機轉速獲得旋轉機身的力，從而調整自身姿態(tài)。 因為它固有的復雜性，歷史上從未有大型的商用四軸飛行器。
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如圖所示，電機1和電機3逆時針旋轉的同時，電機2和電機4順時針旋轉，因此當飛行器平衡飛行時，陀螺效應和空氣動力扭矩效應均被抵消。
四軸飛行器是一個在空間具有6個活動自由度（分別沿3個坐標軸作平移和旋轉動作），但是只有4個控制自由度（四個電 機的轉速）的系統(tǒng)，因此被稱為欠驅動系統(tǒng)（只有當控制自由度等于活動自由度的時候才是完整驅動系統(tǒng)）。不過對于姿態(tài)控制本身（分別沿3個坐標軸作旋轉動作），它確實是完整驅動的。
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與直升機相比，四軸飛行器可以實現(xiàn)的飛行姿態(tài)較少，不過基本的前進、后退、平移等狀態(tài)都可以實現(xiàn)。但是四軸飛行器的機械結構遠遠比直升機簡單，維修和更換的開銷也非常小，這讓四軸飛行器有了比直升機更大的應用優(yōu)勢。
近年來得益于微機電控制技術的發(fā)展，穩(wěn)定的四軸飛行器得到了廣泛的關注，應用前景十分可觀。國際上比較知名的四軸飛行器公司有中國大疆創(chuàng)新公司、法國Parrot公司、德國AscTec公司和美國3D Robotics公司。
商用無人機，快遞哥還是間諜帝？
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最近，亞馬遜跟美國聯(lián)邦航空局（FAA）較上勁了。原因是亞馬遜的Prime Air項目，目前無法得到美國聯(lián)邦航空局的許可。不過顯然，亞馬遜已經有些急不可耐，。據(jù)說，亞馬遜相關團隊還聲明，如果美國仍不批準，那么他們就將研發(fā)團隊和相關資源遷出美國。目前亞馬遜官網說，只要2015年批準一下來，無人機項目便可投入使用。
Prime Air項目的無人送貨機，使用GPS導航，只要包裹重量在5磅之內（不過已經涵蓋了86%的訂單），且目的地距離亞馬遜的物流中心不超過10公里，則物品 將在下訂單后半個小時之內，由圖中這個小家伙送到用戶手中。不過該服務是否會產生額外收費，目前仍未知。
此外，無人機可實現(xiàn)高分辨率影像的采集，在彌補衛(wèi)星遙感經常因云層遮擋獲取不到影像缺點的同時，解決了傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感重訪周期過長，應急不及時等問題。
最初的一代主要以偵察機為大宗，一些無人機已經裝備了武器（例如RQ-1捕食者裝備AGM-114地獄火空對地導彈）。由無人機擔任更多角色的軍事預想，最初是轟炸和對地攻擊，空對空戰(zhàn)斗，飛行員最后一塊領域。裝備有武器的無人機被稱為無人戰(zhàn)斗機飛機（UCAV）。
新一代的無人機能從多種平臺上發(fā)射和回收，例如從地面車輛、艦船、航空器、亞軌道飛行器和衛(wèi)星進行發(fā)射和回收。地面操縱員可以通過計算機檢驗它的程序并根據(jù)需要改變無人機的航向。而其他一些更先進的技術裝備、如高級竊聽裝置、穿透樹葉的雷達、提供化學能力的微型分光計設備等，也將被安裝到無人機上。
看來，如果不和政府搞好關系，亞馬遜被扣上個“無人機間諜”的帽子還是分分鐘的事……
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巨大的商業(yè)潛力下， 被權力“銬牢”的無人機
但是，無人機的潛力有賴于管理。這是因為無人機可能帶來危險，航空公司飛行員緊張的報告無人機正在飛近他們，這樣的事件越來越多。政府需要為無人機的使用制定法規(guī)，各國對待商用無人機的方式也會有所差別。目前，美國聯(lián)邦航空總署（FAA）禁止一切商用無人機的使用。
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不過，這種局面將很快改變，美國國會命令該機構在2015年9月30日出臺針對商用無人機飛行的管理條例。但未來幾周即將出臺的草案建議可能顯示，美國聯(lián)邦航空總署會繼續(xù)堅持限制態(tài)度，要求無人機操作者擁有有人飛機的駕駛經驗，并一直讓無人機保持在視線之內。無人機產業(yè)人士懷疑這是管制俘獲，即美國聯(lián)邦航空總署在為飛行員游說。
美國聯(lián)邦航空總署的態(tài)度正在損害美國的無人機產業(yè)。企業(yè)正在把無人機業(yè)務轉移到其他國家。亞馬遜在加拿大測試了無人機送貨服務，谷歌在澳大利亞試驗了機器人飛機。過分的保護性管制也降低了空中安全性，人們對現(xiàn)有禁令普遍視而不見，新法規(guī)可能也將面臨同等命運。未來將出現(xiàn)未經許可的飛行，來路不明的飛行器，以及沒有參加保險的操作者。
與所有顛覆性技術一樣，商用無人機將會損害已有行業(yè)。隨著越來越多的農民和物流公司使用無人機，而不再租用直升機或飛機，這會導致部分飛行員失業(yè)?，F(xiàn)在反對無人機產業(yè)的聲音是可以理解的，但相關機構應當站在更加客觀的角度，解放商用無人機。
無人機的歷史
20世紀20年代最早出現(xiàn)，當時是作為訓練用的靶機使用的。是一個許多國家用于描述最新一代無人駕駛飛機的術語。從字面上講，這個術語可以描述從風箏，無線電遙控飛機，到V-1飛彈從發(fā)展來的巡航導彈，但是在軍方的術語中僅限于可重復使用的比空氣重的飛行器。
20世紀40年代，二戰(zhàn)中無人靶機用于訓練防空炮手。
1945年，第二次世界大戰(zhàn)之後將多於或者是退役的飛機改裝成為特殊研究或者是靶機，成為近代無人機使用趨勢的先河。隨著電子技術的進步，無人機在擔任偵查任務的角色上開始展露他的彈性與重要性。
20世紀55年到74年的越南戰(zhàn)爭，海灣戰(zhàn)爭乃至北約空襲南斯拉夫的過程中，無人機都被頻繁地用于執(zhí)行軍事任務。
1982年以色列航空工業(yè)公司(IAI)首創(chuàng)以無人機擔任其他角色的軍事任務。在加利利和平行動（黎巴嫩戰(zhàn)爭）時期，偵察者無人機無人機系統(tǒng)曾經在以色列陸軍和以色列空軍的服役中擔任重要戰(zhàn)斗角色。以色列國防軍主要用無人機進行偵察兵，情報收集，跟蹤和通訊。
1991年的沙漠風暴作戰(zhàn)當中，美軍曾經發(fā)射專門設計欺騙雷達系統(tǒng)的小型無人機作為誘餌，這種誘餌也成為其他國家效彷的對象。
1996年3月，美國國家航空航天局研制出兩架試驗機：X－36試驗型無尾無人戰(zhàn)斗機。該機長5.7米，重88公 斤，其大小相當于普通戰(zhàn)斗機的28%。該機使用的分列式副翼和轉向推力系統(tǒng)比常規(guī)戰(zhàn)斗機更具有靈活性。水平垂直的機尾既減輕了重量和拉力，也縮小了雷達反 射截面。無人駕駛戰(zhàn)斗機將執(zhí)行的理想任務是壓制敵防空、遮斷、戰(zhàn)斗損失評估、戰(zhàn)區(qū)導彈防御以及超高空攻擊，特別適合在政治敏感區(qū)執(zhí)行任務。
20世紀晚期之前，他們不過是比全尺寸的遙控飛機小一些而已。美國軍方在這類飛行器上的興趣不斷增長，因為他們提供了成本低廉，極富任務彈性的戰(zhàn)斗機器，這些戰(zhàn)斗機器可以被使用而不存在機組人員死亡的風險。
20世紀90年代，海灣戰(zhàn)爭后，無人機開始飛速發(fā)展和廣泛運用。美國軍隊曾經購買和自制先鋒無人機在對伊拉克的第二次和第三次海灣戰(zhàn)爭中作為可靠的系統(tǒng)。
20世紀90年代后，西方國家充分認識到無人機在戰(zhàn)爭中的作用，競相把高新技術應用到無人機的研制與發(fā)展上：新翼型和輕型材料大大增加了無人機的續(xù)航時間；采用先進的信號處理與通信技術提高了無人機的圖像傳遞速度和數(shù)字化傳輸速度；先進的自動駕駛儀使無人機不再需要陸基電視屏幕領航，而是按程序飛往盤旋點，改變高度和飛往下一個目標。
聊了這么多，土撥鼠君已砰然心動，準備今年任性一次，入手一臺“小無人機”玩玩。各位工程師朋友，你嘞？被無人機“騷擾”的未來生活，你準備好了嗎？
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