尽管理论上用单个电机和螺旋桨就能让无人机飞行,但在实践中几乎无法控制;因此直升机需要第二个旋翼来保持平衡和实现转向。而单旋翼方案通常因巨大的螺旋桨而显得笨重。Joshua Bird 想要开发一款非常小巧的单螺旋桨无人机。
解决方案的关键在于铰接式螺旋桨毂,它以极高的转速运转,并通过改变桨叶角度来实现俯仰(pitch)和横滚(roll)控制。由于不直接测量电机转速、而是依赖反电动势(EMF)的标准电调(ESC)力不从心,因此需要专门的控制代码和长时间的反复试验。无人机因丢失位置而坠落的问题,通过放置在房间内的红外信标和无人机上的传感器得以解决。
项目文件已在 GitHub 上分享。下一步是添加一台扫描仪,让无人机能够参考周围环境的特征,从而也能在室外飞行。
为何重要
这个项目质疑了”无人机的平衡与转向只能通过第二个旋翼实现”这一根深蒂固的假设——尽管只是在业余爱好者的规模上。用高转速和可变桨叶角度来控制单个螺旋桨,是一个标准电机驱动器无法胜任、还要求在软件层面重新思考的工程难题;因此,这一解决方案对于那些既关注硬件、也关注控制算法的人来说同样具有示范意义。文件在 GitHub 上公开,意味着想要钻研同一问题的人不必从零开始自己的尝试。但这架无人机仍然要依靠房间内的红外信标来确定自己的位置;只要对室内环境的依赖没有消除,该设计的实用价值就仍然有限。计划中添加的扫描仪能否让室外飞行成为可能,将是这个项目下一个真正的考验。