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为了使无人机完美飞行，IMU（惯性测量单元），陀螺仪稳定和飞行控制器技术必不可少。如今，无人机使用三轴和六轴陀螺仪稳定技术向飞行控制器提供导航信息，这使无人机更容易，更安全地飞行。
陀螺仪稳定技术是最重要的组件之一，即使在强风和阵风中，无人机也可以超顺滑地飞行。这种平稳的飞行能力使我们能够拍摄美丽星球的绝妙鸟瞰图。凭借出色的飞行稳定性以及航点导航，无人机可以生成高质量的3D摄影测量图和激光雷达图像。最新的无人机使用集成式云台，其中还包括内置陀螺仪稳定技术，使机载摄像头或传感器几乎没有振动。这使我们能够捕获完美的航空胶片和照片。
在本文中，我们研究什么是陀螺仪稳定，陀螺仪在无人机中的功能，包括三轴和六轴陀螺仪稳定之间的差异。我们列出了具有最佳陀螺仪稳定自主飞行模式和系统的最新顶级无人机。整篇文章中还有许多非常有用的视频。
无人机陀螺仪稳定
陀螺仪技术的主要功能是提高无人机的飞行能力。无人机的硬件，软件和算法可以协同工作，以改善飞行的各个方面，包括完美地悬停或急转弯。具有六轴万向架的无人驾驶飞机向IMU和飞行控制器提供信息，从而大大提高了飞行能力。
陀螺仪需要几乎立即作用于抵抗无人机（重力，风等）的力，以使其保持稳定。陀螺仪为中央飞行控制系统提供必要的导航信息。
IMU中的陀螺仪技术
在绝大多数无人机中，陀螺仪被包含或集成在IMU（惯性测量单元）中。无人机IMU以及卫星定位（GPS和GLONASS）也是飞行控制器系统的组成部分。
无人机IMU
惯性测量单元通过使用一个或多个加速度计检测当前的加速度来工作。IMU使用一台或多台陀螺仪检测旋转属性的变化，例如俯仰，滚动和偏航。无人机上的某些IMU包括磁力计，主要用于协助校准以防止方向偏移。
机载处理器不断计算无人机的当前位置。首先，它将感测到的加速度与重力估计值进行积分，以计算当前速度。然后对速度进行积分以计算当前位置。
为了向任何方向飞行，飞行控制器收集当前位置的IMU数据，然后将新数据发送到电动机电子速度控制器（ESC）。这些电子速度控制器将四旋翼飞行或悬停所需的推力和速度信号发给电动机。
如何起飞和飞行是令人着迷的技术。在另一篇名为“Quadcopter如何飞行”的文章中，我们很好地解释了无人驾驶飞机如何通过调整其马达和螺旋桨方向来起飞，悬停，向任意方向飞行并着陆。本文包括一些非常有用的视频。
无人机有很多零件，您可以在此处阅读有关各个无人机零件的所有信息。这涵盖了大多数四轴飞行器中发现的所有物理组件。
飞行控制器内的IMU
飞行控制器由许多组件组成。它是无人机的中央大脑。因此，我们现在可以看到，陀螺仪是IMU的组成部分，而IMU是无人机飞行控制系统的重要组成部分。
飞行控制器不仅仅是硬件。它包括复杂的软件程序和数学算法并由其控制。飞行控制器内的所有组件必须无缝协作，以使无人机能够以最大的稳定性进行导航和飞行。
以下是DJI A2飞行控制器中的一些功能，其中陀螺仪和IMU提供了基本功能；
智能方向控制（IOC）。
兴趣点飞行模式（POI）。
在推力和方向上向电动机ESC发送信号。
智能起落架功能。
自动返回首页。
多转子故障保护。
高度灵敏的内置阻尼器IMU模块。
高精度卫星接收器。
银行转弯模式和巡航控制功能。
内置蓝牙模块并支持移动参数调整。
早期陀螺仪
第一台陀螺仪是约翰·瑟森（John Serson）在1743年发明的，随后几年又出现了各种陀螺仪。一些最初的机械陀螺仪使用两个高速旋转的沉重黄铜圆盘来检测偏航角的变化。此后，较早的笨重且耗电的技术已被现代的非机械替代品所替代，这些替代品除了可以进行偏航校正之外，还能做更多的事情。
现代陀螺仪的小尺寸和低功耗使其成为飞机，移动设备以及无人机行业必不可少的技术。前5分钟的视频准确地说明了陀螺仪是什么。
无人机的陀螺仪稳定
要了解陀螺仪稳定的作用，重要的是要意识到每架无人机都不断受到来自不同方向的多种力的作用。这些力量（例如风）会影响无人机的偏航，俯仰和横滚，使无人机很难控制。
集成的陀螺仪几乎可以立即检测到无人机的位置变化，并以这种方式进行补偿，以至于它基本上不受影响，因为它每秒每秒数百次重新调整其位置，或者可以平稳地悬停在适当的位置。现代陀螺仪的制造组件尺寸在1到100微米之间，并且通常在单个包装中包含多轴传感器。
三轴vs六轴陀螺仪稳定
三轴陀螺仪测量的旋转速度约为3轴：滚动，俯仰和偏航。
滚动：绕前后轴旋转。
螺距：绕左右轴旋转。
偏航：绕垂直轴旋转。
只要旋转继续，陀螺仪就会一直提供非零的读数。但是，当旋转停止时，陀螺仪会静音，因为就其而言，一切都应该达到预期。
那么，六轴陀螺仪测量的3个附加轴是什么？没有。陀螺仪只能测量3个可能的轴。相反，术语“六轴陀螺仪”实际上是指由3D陀螺仪（3轴）和3D加速度计组成的集成系统。极少数情况下，加速度计可以用3D指南针代替。
3D加速度计
3D加速度计的功能是测量无人机相对于地球表面的方向。它通过使用相同的技术来感应重力加速度来工作，这也是陀螺仪MEMS（Micro Electro-Mechanical Systems）背后的技术。这些微小的机电结构可以与电子设备相连接，从而使工程师可以在非常小的空间内构建一些非常令人惊奇的东西。
现在，这是一个很棒的视频，它向您确切显示了加速度计的工作原理。这使用的是手机，但原理与无人机相同。
六轴陀螺仪稳定的优点
3D陀螺仪和3D加速度计的组合使六轴陀螺仪能够测量由于重力而产生的静态加速度以及动态加速度。这两个测量值可以帮助我们确定设备倾斜的角度并确定设备的移动方式。
结果，带有这种陀螺仪的无人机更加稳定和宽容，这对于刚学会如何飞行的初学者尤其有用。它们还能更快地响应影响无人机运动的任何意外力，例如阵风，从而有可能防止无人机坠毁。
常规的三轴陀螺仪在急转弯时没有太大帮助，而六轴陀螺仪则使这种先进的操纵变得轻松。
总而言之，六轴陀螺仪稳定器对于从初学者到经验丰富的职业人士来说都是非常有用的，他们想要将无人机推到最大极限。要在3D影像等先进应用中使用无人机，六轴陀螺仪的稳定性至关重要。
加速度计和陀螺仪示例
以下是一段出色的视频，向您展示了无人驾驶飞机如何将3轴加速度计，陀螺仪，ToF距离传感器（Teraranger One）和照相机置于空中后稳定自己。
加速度计会检测到它已被扔到空中，并坠落回地面。然后，陀螺仪将在一秒钟内稳定其方向。接下来，距离传感器将无人机稳定到距地面特定的预设高度。然后，无人机将锁定到当前位置。这是一个了不起的视频，解释得很好。
飞行稳定性最佳做法
现在，您可以拥有最好的6轴陀螺仪技术，但是如果您的无人机硬件（螺旋桨，马达，轴承，轴等）不平直，没有清洁或无法正常运行，则该无人机仍会不规则地飞行甚至坠毁。
在每次飞行之前和之后检查无人机的零件始终是一个好主意。备有备用零件以防万一有裂痕或弯曲是一个好主意。保持无人机清洁是另一种好的做法。要检查螺旋桨是否笔直，那么最好有一个螺旋桨平衡器。如果所有组件看起来都正常并且无人机飞行不规律，请将其立即放回原处。
如果无人机飞行不规律，请在平坦的表面上重新校准IMU。有时需要多次校准IMU。还应检查无人机制造商的网站上的固件更新，以解决飞行控制器内的任何问题。如果存在其他问题，那么无人机可能会在IMU或飞行控制器中出现硬件故障。
具有最佳飞行稳定性的最新无人机
以下是一些最新的无人驾驶飞机，它们具有最佳的集成GPS，陀螺仪稳定性，IMU技术和自动飞行系统。这些还具有稳定的云台和4k摄像机。这些无人驾驶飞机具有安全功能，例如，上锁和返回家中。这些都是梦幻般的无人机。
DJI Mavic 2 Pro和Mavic 2 Zoom– 2018年8月发布的2款新四轴飞行器具有最新的导航，飞行控制，稳定功能以及顶级相机。与去年相比，它们是对早期Mavic Pro的重大改进。
Mavic 2 Pro和Mavic 2 Zoom配备了向前，向后，向下和横向视觉系统，包括向上和向下的红外传感系统。
向前，向后和向下视觉系统的主要组件是位于Mavic 2四轴飞行器的机头，后端和下侧的六个摄像头传感器。横向视觉系统是2台摄像机，Mavic 2四轴飞行器的每一侧都有一台摄像机。向上和向下红外传感系统的主要组件是位于Mavic 2四轴飞行器顶部和底部的2 x 3D红外模块。
飞行控制器，IMU以及视觉系统和红外传感系统可帮助Mavic 2超级平稳，准确地飞行。悬停时，这些系统可帮助Mavic 2保持当前位置并非常精确地悬停在适当位置。视觉和红外感应系统还使Mavic 2可以在室内或无法提供GPS信号的其他区域飞行。
DJI Mavic Air–这款迷你无人机于2018年1月发布，使用了最新的陀螺仪IMU技术。Mavic Air是从地面或从您的手中发射的，因此它使用了上面视频中的技术，但功能更加先进和稳定。在长草丛或下雪的地区，从您的手中摘下的选项很棒。
从您的手中发射时，Mavic Air会平稳升起，并在瞬间之间完美稳定地徘徊。您也可以使用手势或手机来飞行Mavic Air。Mavic Air还具有面部识别功能。它使用视觉传感器和算法来检测并聚焦在前方的人或物体。Mavic Air还使用视觉传感器和非常复杂的视觉提示机器学习算法来进行障碍检测和避免碰撞。Mavic Air可以在障碍物周围飞行，如果障碍物太大，它将悬停在障碍物前面。这是令人难以置信的先进技术，这是一篇有关无人机中障碍物检测和避免碰撞的好文章，以进一步了解。
现在，Mavic Air拥有许多智能飞行模式，例如火箭，德罗尼，Circle，螺旋和小行星。这些智能的飞行模式使飞行和拍摄变得非常容易。
DJI Mavic Pro–这种折叠起来的无人机可以飞行并完美地盘旋。该技术称为“ FlightAutonomy”，由7个组件组成，包括5个摄像头（前后双视传感器和主摄像头），双频卫星定位（GPS和GLONASS），2个超声波测距仪，冗余传感器和一个24个功能强大的专用计算核心组。
Mavic正面左侧和右侧的摄像头使用铝制支架固定在适当的位置，以确保视觉传感器镜头的最佳对准。
随着Mavic的飞行，双向前和向下视觉传感器通过从所有四个摄像头拍摄照片并使用该信息创建一个3D地图来准确地指示障碍物的位置，从而测量自身与障碍物之间的距离。
双向前和向下视觉传感器需要可见光才能起作用，在强光下可以看到前方最多49英尺（15米）的距离。在所有智能飞行模式（包括所有ActiveTrack模式，TapFly和地形跟随。在自动返回家中时也可以使用它，因此Mavic可以轻松地返回，而不会碰到任何东西。
DJI Phantom 4 Pro–仅在2016年11月发布，这款四旋翼飞机具有陀螺稳定的自主飞行模式，包括避免碰撞和视觉感知。可编程陀螺仪稳定的飞行模式有“绘制航点”，“ TapFly”，“ ActiveTrack跟我来”，“地形跟随”，“手势模式”，“运动”模式等等。
Phantom 4无人机具有集成的稳定式云台，可以捕获令人惊叹的4k视频并拍摄12百万像素的静止图像。您可以在此处进一步阅读并观看一些精彩的视频，向您展示Phantom 4 Pro。本文包括有关其智能飞行模式和防撞技术的信息和视频。
Yuneec台风H–来自Yuneec的最新多旋翼飞机在CES 2016上展出，它拥有您可能在无人机中寻找的所有东西。它具有陀螺仪稳定的集成自主飞行模式，例如轨道，兴趣点，旅程，弧形凸轮，跟随我/观察我。它可以通过集成的3轴稳定云台以4k拍摄视频并捕获12百万像素的静止图像。
六轴陀螺仪稳定功能
航拍和摄影之外的某些区域受益于无人机六轴陀螺仪稳定技术。
无人机杂技和赛车
许多人只是出于杂技和赛车的纯粹乐趣而享受无人机。没有六轴陀螺仪的稳定，很难以陡峭的角度飞行，尤其是在不坠落的情况下翻转无人机。
无人机赛车是一项正在发展的运动，它依靠非常快速的飞行控制系统，因为赛道上充满了障碍。这些无人驾驶飞机速度很快，必须以极低的延迟传输返回飞行员的实时视频。您可以在有关FPV实时视频的本文中进一步阅读。
3D制图和摄影测量
下一个无人机视频来自一个项目，Pix4D与加拿大无人机制造商Aeryon Labs Inc和里约热内卢PUC大学一起在里约创建了基督救世主雕像的第一个3D地图。
天气和条件不断变化，阵风高达30 mph（50 km / h），使该项目特别困难。这个项目不可能手动飞行。一阵阵风，无人机在飞行员做出反应之前很容易在几秒钟内偏离航道几米。
Pix4D是使用摄影测量软件创建3D地图和模型的市场领导者之一。您可以在此处阅读其他顶级3D映射软件公司的评论。
无人机的飞行控制系统具有6轴陀螺仪稳定性以及GPS，航点导航功能，使该项目成为可能。其他项目和行业也从数百年前首次发明的这项技术中受益。
2022-07-07 11:02
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