奇妙的四螺旋槳遙控直升機「Multicopter」

2020-12-02 人民網財經頻道

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最近，在日本的電視節目中能夠看到利用一種新型遙控直升機「Multicopter」從空中拍攝的影像。NHK電視連續劇《海女》的開場片段等也是使用Multicopter拍攝的，估計很多人看電視劇的時候可能都未注意。比如，貼著河面飛行的影像、從室內直接飛出的影像等，這些鏡頭都是利用直升飛機和大型遙控飛機無法拍到的。

一般的遙控直升機是通過旋轉一個很大的螺旋槳飄浮在空中，而Multicopter是通過旋轉多個螺旋槳來飛行的。估計很多人都見過可以用iPhone和安卓手機遙控的AR.Drone，那就屬於Multicopter。大型Multicopter還曾在大地震時用來拍攝核電站上空的照片。現在日本主要是些愛好者在玩，也有幾家承接電視節目及廣告等航拍的公司。

下面的照片是筆者組裝的有4個機翼的Multicopter。螺旋槳的間隔大約為50cm，重量不到1kg。十字形框架、馬達、4個螺旋槳、馬達控制器、控制裝置、信號接收器及電池這些部件合計不到2萬日元。還需要另配一個信號發射器，造價這麼低的原因是，陀螺儀等高性能傳感器被用於智慧型手機和平板電腦後，這些傳感器現在已經做得非常小，而且非常便宜。

在4個馬達上直接安裝螺旋槳。螺旋槳的直徑為30釐米左右。信號接收器和姿態控制裝置位於中央。電池裝在下面。紅色桌球所指的方向是後方。

飛行中的Multicopter。不太會操控的筆者不能立馬分清前後，因此將前面的兩個螺旋槳染成了橘色，並在後面插了個紅色的桌球。電池充滿電可飛行10分鐘左右。

只控制螺旋槳旋轉的簡單構造

Multicopter的穩定飛行，靠的是中央部分配備的控制裝置。筆者的模型裝有測量3軸旋轉和3軸加速度的傳感器。比如，前部下沉時，就提高前面兩個馬達的轉速，恢復成水平狀態。為了便於操作和實現穩定，關鍵是調整控制裝置。

市面上有很多種控制裝置，基本功能都相同，都是根據接收器發出的信號使機身傾斜或旋轉，以及在未收到轉向信號期間保持機身穩定。

4個螺旋槳中，所有相鄰螺旋槳的旋轉方向相反。有兩個螺旋槳順時針旋轉，兩個螺旋槳逆時針旋轉。螺旋槳的反作用力相互抵消，使機身保持穩定。

4個螺旋槳以相同轉速加快旋轉時，飛行器上升；一起降低轉速會使飛行器下降。使後面的螺旋槳加快旋轉時則機身前傾，使飛行器前進，相反，提高前面兩個螺旋槳的轉速時，飛行器就會後退。同樣，加快轉動左側螺旋槳時，機身右傾，飛行器向右前進，加快旋轉右側螺旋槳時，飛行器向左側前進。

改變機身方向採用的是非常巧妙的方法。按順時針旋轉的兩個螺旋槳和按逆時針旋轉的兩個螺旋槳如果保持速度相同，那麼螺旋槳的反作用力相互抵消，機身保持穩定。Multicopter通過打破這種平衡來改變機身方向。

具有GPS和攝像頭控制功能的整機也已問世

航拍是通過在這樣的Multicopter上配備戶外小型攝像機「GoPro」來實現的。筆者也裝上袖珍數位相機試了幾次，但由於機身的振動和搖晃，未能拍出漂亮的照片。當然最主要的原因是筆者的操控不夠專業。

如果買來接近成品的整機，則可以比較輕鬆地拍攝圖像。比如，中國大疆創新科技公司的「PHANTOM」。該產品在日本也已調試完畢，正在銷售，從該公司Web網站的視頻來看，可以非常穩定地飛行。

裝有GoPro用相機卡口的中國大疆生產的「PHANTOM」。不需要複雜組裝。帶發送器，僅需約7萬日元左右。

跟大多Multicopter一樣，PHANTOM也是把攝像機吊在機身下面進行拍攝。另外，還配備有GPS，因此只需按下開關就輕鬆讓飛行器回到起飛的地方自動著陸。

從大疆官方網頁提供的視頻來看，操作非常簡單，但從未遙控過直升飛機等的人卻很難操控。掌握不好姿態或方向操作錯誤，飛機就會墜落，因此需要多多練習。另外，雖然其尺寸比直升飛機小，但高速旋轉的多個螺旋槳還是非常危險。不言而喻，必須要在沒有人的安全的空曠地帶，跟熟悉操作的人學習。

用來穩定飛行器上安裝的攝像機的朝向和角度的控制裝置，市場上也有銷售。只要具有這個功能，即使飛行器遇到大風使機身傾斜，也可以像消除機身晃動那樣，控制攝像機的角度和方向，因此能夠拍攝穩定的圖像。

控制裝置。左側為GPS天線。右側的板上配備有氣壓高度計、加速度計及陀螺儀等傳感器。這個板子不僅可以控制螺旋槳，還能控制攝像機的角度和方向

正如開篇所述，電視節目等之所以能夠使用Multicopter的航拍影像，是因為基於上述原理、Multicopter能夠穩定拍攝影像。如果您看到一些航拍影像，很難想像是怎麼拍出來的，那說不定就用了Multicopter。（日經技術在線！ 供稿） 

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