沉寂期（qī）：1990年以前

早在1907年，法国C.Richet教授指导Breguet兄弟进（jìn）行了他们（men）的旋翼（yì）式（shì）直升机的（de）飞（fēi）行试验，如图（tú）1a，这是有记录以来最早的构型（xíng）。第（dì）一（yī）架成功飞行的垂直起降型（xíng）四旋翼飞行器出（chū）现在20世纪20年代，但（dàn）那时几乎没有人会用到它。1920年，E.Oemichen设（shè）计了第一个四旋（xuán）翼飞行器（qì）的原型，但是第一次尝试空运时（shí）失败了。

之后在（zài）1921年B.G.De在美国俄亥俄州（zhōu）西南部城市代顿的美国空军部建造了（le）另一架如图1c的大型四旋翼直升（shēng）机，这架四旋翼飞机除飞（fēi）行员（yuán）外可承载3人，原本期望的飞行高度（dù）是（shì）100米（mǐ），但是最终（zhōng）只飞到5米的高度。E.Oemichen的飞（fēi）机（jī）在（zài）经过重（chóng）新（xīn）设计（jì）之后（如图1b所（suǒ）示），于1924年实现了起飞并创造（zào）了当时直（zhí）升机领域（yù）的世界纪录，该直升机首次实现（xiàn）了14分钟（zhōng）的飞（fēi）行时间。E.Oemichen和B.G.De设计的（de）四旋翼飞行器都是靠垂直于主（zhǔ）旋翼（yì）的（de）螺旋桨来推进（jìn），因此它们都不是（shì）真（zhēn）正的（de）四旋翼（yì）飞行器。

早期四（sì）旋翼飞行（háng）器的设计受（shòu）困（kùn）于极（jí）差的发动机（jī）性（xìng）能，飞行高度（dù）仅仅能（néng）达到几米，因此在接下（xià）来的30年里，四旋翼飞行器（qì）的（de）设计没（méi）有取得多少进步。直到1956年（nián），M.K.Adman设计的（de）第一架真正的（de）四旋翼飞行器Convertawings Model“A”（如图（tú）1d）试飞（fēi）取（qǔ）得（dé）巨大成功（gōng），这架飞机（jī）重达1吨，依靠两个90马力的发动（dòng）机实现悬停和机（jī）动，对飞机（jī）的控制不再需要垂直（zhí）于主旋（xuán）翼的（de）螺旋桨，而是（shì）通过改变主旋翼（yì）的推力来（lái）实现。然而，由于操作这架飞机（jī）的工作（zuò）量繁（fán）重，且飞机在（zài）速度、载重量、飞行范（fàn）围、续（xù）航性（xìng）等方面无法与（yǔ）传统的飞行（háng）器（qì）竞争，因（yīn）此人（rén）们对此失去了进一步研（yán）究的兴趣，该研究被迫停止（zhǐ）。

在（zài）20世纪（jì）50年代，美国陆军继续测（cè）试各种垂直起（qǐ）降方案（àn）。Curtiss-Wright是（shì）被邀请参与研制了VZ-7和杠（gàng）杆燃气（qì）涡轮（lún）机的几（jǐ）家公司之一，杠杆燃气涡轮机的（de）出现（xiàn）提高了VZ-7的（de）功率（lǜ）与重量（liàng）比（bǐ）。因此，VZ-7被（bèi）称（chēng）作“Flying Jeep”，如图（tú）1(e)所示，其有效（xiào）载重量为（wéi）250千克，靠425马力（lì）的杠杆燃气涡轮发（fā）动机驱动。VZ-7的测（cè）试（shì）在1959年（nián）至1960年（nián）期（qī）间得（dé）到实现。虽然它相（xiàng）对稳（wěn）定，但是它未能达（dá）到军方对高度和速（sù）度的要（yào）求，该计划并没有得到（dào）更进一（yī）步（bù）的推行。在1990年以前，惯性（xìng）导航体积重量过（guò）大，动力系统载荷也不够，因（yīn）此当时（shí）多旋（xuán）翼设计得很（hěn）大。正如（rú）前面分析的，大（dà）尺寸的（de）多旋翼并没有那么大（dà）优势（shì），与多旋翼（yì）相比，固定翼和直升机更适合（hé）发展大尺寸。在（zài）此（cǐ）之后的30年中，四旋翼飞行器的研发没有（yǒu）取（qǔ）得太大（dà）的进展（zhǎn），几近沉寂。

复（fù）苏期：1990年至2005年（nián）

20世纪90年代之后，随（suí）着（zhe）微机电系（xì）统（tǒng）（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）研究的成熟，重量（liàng）只有几克的（de）MEMS惯性导（dǎo）航系统被（bèi）开发运用，使制作（zuò）多旋翼飞行器的自（zì）动（dòng）控制器成为现实。此外，由（yóu）于（yú）四旋翼飞（fēi）行器的概念与军事试验渐行渐远，它开始以独特的（de）方式通（tōng）过遥控玩具（jù）市场进入消费（fèi）领域。

虽然MEMS惯性导（dǎo）航系统已被广泛应用，但是（shì）MEMS传感器数据噪音很（hěn）大，不能直接读取并使用，于是（shì）人们又花费大（dà）量的时间（jiān）研究去除噪（zào）声的各（gè）种（zhǒng）数学算法（fǎ）。这些算法（fǎ）以（yǐ）及（jí）自（zì）动控制器本（běn）身通常需要（yào）运算速度较（jiào）快的单片机，可当时（shí）的单片机运算（suàn）速度有限，不足以满足需求。接着科研人员又花费若干（gàn）年理解多旋翼飞（fēi）行器的非线性系统结构，并为其建模（mó）、设计控（kòng）制算法、实（shí）现控（kòng）制方（fāng）案。因此，直到2005年（nián）左右，真正稳定的（de）多（duō）旋翼无（wú）人机自动控（kòng）制器才（cái）被（bèi）制作出来。

起步期：2005年至2010年

在生产制造方面，德国Microdrones GmbH于2005年成立（lì），2006年推（tuī）出（chū）的md4-200四（sì）旋翼（如图2a）系统开创了电（diàn）动四旋（xuán）翼（yì）在专业领域应用的先河（hé），2010年推出的md4-1000四旋（xuán）翼无人机（jī）系统，在全球专业（yè）无人机市场取得成功。另（lìng）外，德国人（rén）H.Buss和I.Busker在2006年主导了一个（gè）四轴开源项目，从飞控到电调等全部（bù）开（kāi）源，推出了四轴飞（fēi）行器最具参（cān）考的自驾仪Mikrokopter。2007年，配（pèi）备Mikrokopter的四旋翼像“空中的（de）钉（dìng）子”一（yī）般（bān）停（tíng）留（liú）在空中。很快他们又进一步增加了组（zǔ）件，甚至使它半（bàn）自主飞行。美国Spectrolutions公司在2004年推出Draganflyer IV四旋翼（如图2b），并随后在2006年（nián）推出了搭（dā）载（zǎi）SAVS（稳定航拍（pāi）视频系统）的版（bǎn）本。

在学术方（fāng）面，2005年之后四旋翼飞行器继续快速发展（zhǎn），更多的学术研究人员开始研究多旋翼，并（bìng）搭建自己的四旋翼。之前一直被各种技术（shù）瓶颈限（xiàn）制住（zhù）的多旋翼飞（fēi）行器（qì）系统瞬间被炒得火热，大家惊喜地发现居然有这样一种小（xiǎo）巧、稳定、可垂直起降、机械结构（gòu）简单的飞行器的存在。一时（shí）间研究者蜂拥而（ér）至，纷纷（fēn）开始多旋翼飞行（háng）器（qì）的研（yán）发（fā）和（hé）使用（yòng）。而国内的爱好者也纷（fēn）纷研究，并开设论坛。虽然多旋翼的算法易（yì）懂，但组装（zhuāng）一架多旋翼却不（bú）是（shì）一件容易的事情。在早期研究阶段，科研人员（yuán）把很多时间都花（huā）在了飞行器的组装调试环节。然而，有能力开发工艺的人往往缺乏对飞控的（de）深（shēn）入了解，一般只是复现国外（wài）的技术，谈不上（shàng）进一步对系统进行改进。当时既掌握（wò）飞控技术又（yòu）精（jīng）通（tōng）多旋翼工艺的经常是那些原来从事固定翼或直（zhí）升机飞控的公（gōng）司。德国Microdrones虽（suī）然较早地推（tuī）出产品，但是（shì）工业级的四旋翼的价格对于普通消费者来说简（jiǎn）直是遥不可及。除此（cǐ）之（zhī）外（wài），消费级的Draganflyer 四旋翼之所（suǒ）以没有推广（guǎng）是因为其操控性（xìng）及娱乐（lè）性不强（智能手机或平版电脑还尚未普及（jí））、二（èr）次开发能力弱以及（jí）销（xiāo）售渠道窄。

复（fù）兴（xìng）期：2010年至（zhì）2013年

经过6年努力（2004年至2010年），法国Parrot公司于2010年（nián）推出消费级的AR.Drone四（sì）旋（xuán）翼玩具，从而开启了多（duō）旋翼消费（fèi）的新时代（dài）。AR.Drone四（sì）旋翼在玩具（jù）市场非常成功，它的技术（shù）和理念也十分领（lǐng）先（xiān）。第一，它（tā）采（cǎi）用光（guāng）流技术，能够测量飞（fēi）行器速度，使（shǐ）得AR.Drone四旋翼(图3a)能够在室内悬（xuán）停。第（dì）二，可以做到一键起飞（fēi），操控性得到极大（dà）提升。第（dì）三，它采（cǎi）用手机、平板电脑或笔记本电脑控制，视频能够直接回传至电（diàn）脑，娱乐感较强。第（dì）四，整（zhěng）个（gè）飞（fēi）行器（qì）为一（yī）体（tǐ）机，并带（dài）有防护装置，比较安全。第（dì）五，AR.Drone开放了API接口，供科研人（rén）员开发应用。AR.Drone的成功（gōng）也（yě）引发了一些自（zì）驾仪研发（fā）公司的思考。两年后，大疆推出的（de）小精灵Phantom一体机(图3b)正是借鉴了其设计理念。伴随着苹果在iphoness上（shàng）大（dà）量（liàng）应用加速计、陀螺（luó）仪、地（dì）磁传感器等，MEMS惯性传感器（qì）从2011年开始大规模兴起（qǐ），6轴（zhóu）、9轴的（de）惯性传（chuán）感器也逐（zhú）渐取代（dài）了单（dān）个传（chuán）感器，成本和功耗进（jìn）一步降低，成本（běn）仅为几美元（yuán）。另外GPS芯片仅重0.3克，价格（gé）不到5美元。WiFi等通信（xìn）芯片被用于控制和传输图像信息，通信传输速度（dù）和质量已（yǐ）经可以充分满足几百米的（de）传输需求。同（tóng）时，电池能量密度不断增加，使无人机在保（bǎo）持较轻的重量下，续航时间达到15-30分钟，基本满足日常的应用（yòng）需求（qiú）。近年来（lái）移动终端同样促进了锂电池、高像素摄像（xiàng）头性（xìng）能的急剧（jù）提升和成本（běn）下降（jiàng）。这些都促进了多（duō）旋翼（yì）更进一步发展（zhǎn）。

与此同时，学术界也（yě）开始高度（dù）关注多旋翼技术。2012年2月，宾夕法尼（ní）亚大（dà）学的 V.Kumar 教授在 TED大会（huì）[2]上做（zuò）出了四旋翼（yì）飞（fēi）行器发展历史上（shàng）里程碑式的演讲（jiǎng）,展示了（le）四旋（xuán）翼的灵活性（xìng）以及编队协（xié）作能（néng）力。这一场充满数（shù）学公式的演（yǎn）讲大（dà）受欢迎，它让世人看到了多旋翼的内在（zài）潜能。2012年，美（měi）国工程师（shī）协会的（de）机器人和自（zì）动化杂志（Robotics & Automation Magazine,IEEE）出版空中（zhōng）机器人和四旋翼（yì）（Aerial Robotics and the Quadrotor）专（zhuān）刊，总结了阶段性成果，展示了当时最先进的技术（shù）。在这期（qī）间，之前不（bú）具（jù）备（bèi）多旋翼控（kòng）制功（gōng）能（néng）的开源自驾仪（yí）增加（jiā）了多旋（xuán）翼这一功能，同时也有新的开源自驾仪（yí）不断加（jiā）入，这极大地（dì）降低（dī）了初学（xué）者的门槛，为多旋翼产业发展装上了翅膀。

爆发期：2013年（nián）至（zhì）今

2012年初，大（dà）疆推出（chū）小精灵Phantom一体机。Phantom与AR.Drone一样控制简便，初学者很快便（biàn）可上手。同时，昆明俊鹰（yīng）无人机自主（zhǔ）设计的（de）劲鹰（yīng）1300型8旋翼（yì）航测航（háng）拍载机试飞（fēi）成功！相比AR.Drone四旋翼飞行器（qì），Phantom具备（bèi）一定（dìng）的抗风性能（néng）、定（dìng）位功（gōng）能和载重能力，还可搭载小型相机。当时（shí）利用Gopro运动相机拍摄（shè）极限运动已（yǐ）经成为欧美年轻人竞（jìng）相追逐的（de）时尚潮流，因（yīn）此Phantom一体机一经推出便（biàn）迅速走红。

连（lián）线杂（zá）志主编C.Anderson于2012年年底担任3D Robotics公司CEO，该公司于2013年8月推出Iris遥（yáo）控（kòng）四旋翼飞行器，于2014推出X8+四旋翼飞行器，并很（hěn）快（kuài）于（yú）2015年（nián）推出Solo四（sì）旋翼（yì）飞行（háng）器。

此时，学术界对于多旋翼的研究（jiū）更（gèng）偏（piān）向智能化、群体化（huà）。2013年，苏黎世联邦理工学院（yuàn）的R.D'Andrea教授在TEDGlobal的机器（qì）人实验（yàn）室展示了四旋翼的惊人运（yùn）动机能。纵观学（xué）术（shù）界的发展，以“四旋翼(quadrotor)”和（hé）“多旋（xuán）翼（multirotor）”为关（guān）键词（cí）的文献在近年成井喷（pēn）趋（qū）势。这些研究往往具（jù）备前瞻性（xìng），将推（tuī）动多旋（xuán）翼产业（yè）未来（lái）的发展。

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