沉寂期（qī）：1990年以前

早在1907年（nián），法国（guó）C.Richet教（jiāo）授指导Breguet兄（xiōng）弟进行了他们的旋翼式直升机的飞行试验，如图1a，这是有记录以来最（zuì）早的构型。第（dì）一（yī）架（jià）成功（gōng）飞行的垂直起降型四（sì）旋翼飞行器（qì）出现在20世纪20年代，但那时几（jǐ）乎没有人（rén）会用到它。1920年，E.Oemichen设计了（le）第一个（gè）四旋翼飞行器的原型，但是第（dì）一（yī）次（cì）尝试空运（yùn）时（shí）失败了。

之后在1921年B.G.De在（zài）美国俄亥俄州西南部城市（shì）代顿（dùn）的美国空军部建造了另一（yī）架如图1c的（de）大型四旋（xuán）翼直升（shēng）机，这架四（sì）旋翼（yì）飞机除飞行员外（wài）可承载（zǎi）3人，原本期望的飞行高度是100米，但是最（zuì）终只（zhī）飞到5米的高度。E.Oemichen的飞机（jī）在（zài）经过重（chóng）新设计之后（如图（tú）1b所示），于（yú）1924年实现（xiàn）了起飞并创造了当时直（zhí）升机领域的世界纪（jì）录，该（gāi）直升机首次实现（xiàn）了14分（fèn）钟的飞行时间。E.Oemichen和（hé）B.G.De设计（jì）的（de）四旋（xuán）翼飞（fēi）行（háng）器都是（shì）靠垂直于主（zhǔ）旋翼（yì）的螺旋桨来推（tuī）进，因此它们都不是（shì）真正（zhèng）的四旋翼飞行器。

早（zǎo）期四旋翼飞行器（qì）的设计受困于（yú）极差的发动机性能，飞行（háng）高度仅仅（jǐn）能达到几（jǐ）米，因此在接下来的（de）30年里，四旋（xuán）翼飞行器（qì）的设计（jì）没有取得多少进步。直（zhí）到1956年，M.K.Adman设（shè）计的第一架真正的四旋（xuán）翼飞行器（qì）Convertawings Model“A”（如图（tú）1d）试飞取得巨大成功，这架飞机重达1吨，依靠两个90马力的发动机（jī）实现悬（xuán）停和机动，对飞机的控制不再（zài）需要垂直于（yú）主旋（xuán）翼（yì）的螺旋桨，而是通过改变主旋翼的推力来（lái）实现。然而，由于操作这架飞（fēi）机的工作量繁（fán）重，且（qiě）飞机在速度（dù）、载重（chóng）量、飞（fēi）行范围（wéi）、续（xù）航（háng）性等方面（miàn）无法（fǎ）与传统（tǒng）的飞行器竞争，因此人们对此失（shī）去了进（jìn）一步研究的兴趣，该研究被（bèi）迫停止。

在20世纪50年代（dài），美国（guó）陆军继续测试（shì）各种垂直起降方案（àn）。Curtiss-Wright是被邀请（qǐng）参（cān）与研制了VZ-7和杠杆燃气涡轮机的几家公司之（zhī）一，杠杆燃气涡轮机的出现提高了VZ-7的功（gōng）率与重量比。因（yīn）此，VZ-7被（bèi）称（chēng）作“Flying Jeep”，如图1(e)所（suǒ）示，其有效载重量为250千克，靠425马力（lì）的杠杆燃（rán）气涡轮发动机驱动（dòng）。VZ-7的（de）测试在1959年（nián）至1960年期间得到实现。虽（suī）然（rán）它相对（duì）稳定，但是它未能达到（dào）军方（fāng）对高度和速度的要（yào）求，该计（jì）划并没有得到更进一步的推（tuī）行（háng）。在1990年以前，惯性导航体积重量过大，动力系统载（zǎi）荷也不够，因此当（dāng）时多旋翼设计得（dé）很（hěn）大。正如前面分析的（de），大尺（chǐ）寸的多旋翼（yì）并没有那（nà）么大优势，与多旋翼（yì）相比，固定翼和直升机（jī）更适合（hé）发展大尺寸（cùn）。在此之后的（de）30年中，四旋翼飞行器的研发没有取得（dé）太大（dà）的进展，几（jǐ）近沉寂。

复苏期：1990年至（zhì）2005年

20世纪90年代之后，随着（zhe）微机电系统（tǒng）（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System）研究的成（chéng）熟（shú），重量（liàng）只有几克（kè）的MEMS惯性导航系统被开（kāi）发运用，使（shǐ）制作多旋翼（yì）飞行器的（de）自动控（kòng）制器成为现（xiàn）实。此外，由于四旋翼飞行器的概念与军事试验渐行渐远（yuǎn），它开（kāi）始（shǐ）以独特的方式通（tōng）过遥控（kòng）玩具市场进入消费领域。

虽然MEMS惯性（xìng）导（dǎo）航系统已被广泛应用（yòng），但是MEMS传（chuán）感器数据噪音很大，不能直接读取并使用，于是人们又花费（fèi）大量的（de）时间（jiān）研（yán）究去（qù）除噪声（shēng）的各种数学算法。这些算法以及自动控制器本身通常需要运（yùn）算（suàn）速度较快的单（dān）片机（jī），可当时的单片机运算（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（nián）理解多旋翼飞行器的非线性系统结构，并为其建模、设计控制算法（fǎ）、实现控制方案（àn）。因此（cǐ），直到2005年左右（yòu），真（zhēn）正稳定的多旋翼无人机自动控（kòng）制器才被制作（zuò）出来。

起步期：2005年至（zhì）2010年

在生产制（zhì）造方面，德国Microdrones GmbH于（yú）2005年成立，2006年推出（chū）的md4-200四旋翼（如图2a）系统开创（chuàng）了电动（dòng）四（sì）旋翼在专业领域应用的先河，2010年推出的md4-1000四旋（xuán）翼无人机（jī）系（xì）统，在全球专（zhuān）业无人机市场取得成功。另外（wài），德国人H.Buss和I.Busker在（zài）2006年主导（dǎo）了一个四（sì）轴（zhóu）开源项目（mù），从飞控到电调等全部开（kāi）源，推出了四轴（zhóu）飞（fēi）行器最具参考（kǎo）的自驾仪Mikrokopter。2007年，配备Mikrokopter的四旋翼像“空中的钉子”一（yī）般停留在空中。很快他们又进（jìn）一步增（zēng）加（jiā）了（le）组件，甚至使它半自主（zhǔ）飞行。美国Spectrolutions公司在2004年推出（chū）Draganflyer IV四（sì）旋翼（如图2b），并随后在2006年推（tuī）出了（le）搭载SAVS（稳定航拍视频系（xì）统）的（de）版本。

在学术方面（miàn），2005年之后四（sì）旋（xuán）翼（yì）飞行器继续快速发展，更多的学术研究人员（yuán）开（kāi）始（shǐ）研（yán）究多旋翼，并搭建自己的四旋（xuán）翼。之前一直被（bèi）各种技术瓶颈限制住的多旋翼（yì）飞行器系统瞬间被炒得火热，大家惊喜地（dì）发现（xiàn）居然有这样（yàng）一种小巧、稳定、可垂（chuí）直（zhí）起（qǐ）降、机械结（jié）构（gòu）简单的（de）飞行器的存（cún）在。一时（shí）间研究者蜂拥（yōng）而至，纷（fēn）纷开始多旋翼飞行器的研发和使（shǐ）用。而（ér）国内的爱好者（zhě）也纷纷研究，并开设（shè）论坛（tán）。虽然多旋翼的算（suàn）法（fǎ）易懂，但（dàn）组装（zhuāng）一架多（duō）旋（xuán）翼却不是一件容易（yì）的事情（qíng）。在早期研究阶段，科（kē）研人员把很多时（shí）间都花在了飞行器的组装调试环节（jiē）。然而（ér），有能力开发工艺的人往往（wǎng）缺乏对飞控的（de）深入了解，一般只是复现（xiàn）国（guó）外的技术，谈不上进一（yī）步对系（xì）统进行改进。当时（shí）既（jì）掌握（wò）飞控技术又精通多旋翼工艺的经常是那些原来从（cóng）事固定翼或直升（shēng）机飞控的公司。德（dé）国Microdrones虽然（rán）较（jiào）早地推（tuī）出（chū）产品，但是工业级的四（sì）旋翼的价格对于普通消费（fèi）者（zhě）来说简直是遥不可及（jí）。除此之外，消费级的Draganflyer 四（sì）旋（xuán）翼之所以没（méi）有（yǒu）推（tuī）广是因为其（qí）操（cāo）控性及娱乐性不强（智能（néng）手机或平版电脑（nǎo）还尚（shàng）未普及）、二（èr）次（cì）开发能力弱以及销售渠道（dào）窄。

复兴（xìng）期：2010年至（zhì）2013年

经过6年努力（2004年（nián）至2010年），法（fǎ）国Parrot公（gōng）司于2010年推（tuī）出消费（fèi）级的AR.Drone四旋翼玩具（jù），从而（ér）开启（qǐ）了多旋翼消费（fèi）的新时代。AR.Drone四旋翼在玩（wán）具（jù）市（shì）场非常成功，它的（de）技术和理念也十（shí）分（fèn）领先。第（dì）一，它采用（yòng）光流（liú）技术，能（néng）够测量飞行器速度，使得AR.Drone四旋翼(图3a)能（néng）够（gòu）在室内悬（xuán）停。第（dì）二，可以（yǐ）做到一（yī）键起飞，操控性得到极（jí）大提升。第（dì）三，它采用手机、平板电脑或笔（bǐ）记本电（diàn）脑控制（zhì），视频能够直接回传（chuán）至电脑，娱乐感较强。第四，整个飞行器为一体机，并带有防护装置（zhì），比较（jiào）安全。第（dì）五，AR.Drone开放了API接口（kǒu），供科（kē）研人员开发应用。AR.Drone的成功（gōng）也引发了一些自驾仪（yí）研发公（gōng）司的思考（kǎo）。两年后（hòu），大疆（jiāng）推出的小精灵（líng）Phantom一体机(图3b)正是借（jiè）鉴了其设计理念。伴随着（zhe）苹果在iphoness上大量应用加速计、陀螺仪（yí）、地（dì）磁传感（gǎn）器（qì）等，MEMS惯性（xìng）传感器从（cóng）2011年开始大规模兴起，6轴、9轴的（de）惯性（xìng）传感器也逐渐取代了单个传感器，成（chéng）本和功耗（hào）进一（yī）步降低，成本仅为几美元。另外GPS芯片（piàn）仅重（chóng）0.3克，价格不（bú）到（dào）5美元。WiFi等通信芯片（piàn）被用于控制和（hé）传输图像信息，通（tōng）信传输速度和（hé）质（zhì）量已经可以充分满（mǎn）足几（jǐ）百米的传输（shū）需求。同时（shí），电池能量密度不断增加，使无人机在保（bǎo）持（chí）较轻的重量（liàng）下，续（xù）航时间达到（dào）15-30分钟，基本满足日常的应（yīng）用需求（qiú）。近年来（lái）移动终端同样促进了（le）锂（lǐ）电池、高像素摄像头性能（néng）的急剧提升和成本下降（jiàng）。这些都促进了多旋（xuán）翼更进一步发（fā）展。

与此同时（shí），学术界也开始高度关注多旋翼技术。2012年2月，宾夕法尼（ní）亚大学（xué）的 V.Kumar 教授在（zài） TED大会[2]上做出了四旋翼飞行器发展历史上里程碑式的（de）演讲,展示了四旋翼（yì）的灵活性以及编（biān）队（duì）协作能（néng）力。这一场充满（mǎn）数学公式（shì）的演讲大受欢（huān）迎，它让世人看到了（le）多（duō）旋翼的（de）内（nèi）在潜能（néng）。2012年，美国工程（chéng）师协会的（de）机器（qì）人和自动（dòng）化杂志（zhì）（Robotics & Automation Magazine,IEEE）出版空中机（jī）器人和四旋翼（Aerial Robotics and the Quadrotor）专（zhuān）刊（kān），总（zǒng）结了阶段性成果，展示了当时最先进的技术。在这期（qī）间，之前不（bú）具备多（duō）旋翼控制功能的开源（yuán）自驾仪增加了多旋翼（yì）这一功能，同时也有新（xīn）的开源自驾仪不断加入（rù），这极大地降低了初学者的门（mén）槛，为多（duō）旋翼产（chǎn）业（yè）发展装上了翅膀。

爆发（fā）期：2013年至今

2012年初，大疆（jiāng）推出小精灵（líng）Phantom一体（tǐ）机。Phantom与AR.Drone一样控制简便（biàn），初学者很快便可（kě）上（shàng）手。同时，昆（kūn）明俊鹰无人机自主（zhǔ）设计的（de）劲鹰1300型8旋翼航测（cè）航拍载机试（shì）飞（fēi）成功！相比AR.Drone四（sì）旋翼飞行器，Phantom具备一定（dìng）的（de）抗风性能、定（dìng）位功能和载重能力，还可搭载（zǎi）小型相机。当（dāng）时（shí）利用Gopro运动相机拍摄极限运动已经成为欧美（měi）年轻人（rén）竞（jìng）相追逐的时尚潮流，因此Phantom一体机一经推出（chū）便迅速走红。

连线（xiàn）杂志（zhì）主编（biān）C.Anderson于（yú）2012年（nián）年（nián）底担任3D Robotics公司CEO，该公司于2013年8月（yuè）推出（chū）Iris遥控四旋翼飞（fēi）行器（qì），于2014推出X8+四旋翼（yì）飞行器，并很快于2015年（nián）推（tuī）出Solo四旋翼飞行器。

此时，学术界对于多旋翼的研（yán）究更偏向智能化、群体化。2013年，苏黎世联邦理工（gōng）学院的（de）R.D'Andrea教授在TEDGlobal的机器（qì）人实验（yàn）室展示了（le）四旋翼（yì）的（de）惊人（rén）运动机能（néng）。纵观学（xué）术界的发（fā）展，以“四旋翼(quadrotor)”和“多（duō）旋翼（multirotor）”为（wéi）关键词的文献在近年成井喷趋势（shì）。这（zhè）些研究往（wǎng）往具备前瞻（zhān）性，将推动多旋翼产（chǎn）业未来的发展。

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