无人飞行器介绍

无人飞行器介绍向来被视为消费性电子产品年度指标风向球的国际消费电子展CES，

今年展场上最耀眼的，

不是物联网，

也不是电动车，

而是无人机，

参展厂商至少14家以上，跟去年比起来多了10家。英特尔发表的穿戴式小型无人机手环Nixie更是全场焦点，

戴在手上的手环抛向半空中时，

瞬间变成一台小型无人机，

不用遥控器也不用手机操作

，执行长Brian

Krzanich甚至在台上用无人机自拍

。亚马逊、

Facebook、Google、迪斯尼都相继投入，

在今年正式启动无人机升空计划。

它是天上的物联网，

更是盘旋高空的大数据，

可以空拍、可以送货

……，

这场天空中的科技战争，

正在发生。科学不一样-无人飞行器

(01:32)无人飞行载具（UnmannedAerialVehicle，

UAV）

或称无人飞机系统（

UnmannedAircraftSystem，

UAS），

广义上为不需要驾驶员登机驾驶的各式遥控飞行器

。无人机最早的开发是在一战后，

乃是指向藉由遥控或者自动驾驶技术，

进行科学观测及侦查等任务的飞行载具。与传统飞机相比较，

具有操作成本低、运用弹性大及支援装备少等特性

。无人机的演进，

主要可分为下列三种：1.

军用无人机无人机的起源为二战后美国开发的无人靶机

，此后陆续可见到侦查、情报搜集、追踪和通讯等用途的军事用无人飞机。1943年德国开发出轰炸机

，用无线电操控炸弹投放

。军用无人机大多采用高端技术且造价昂贵，

主要用途是在战争中减少人员伤亡

。2.遥控模型飞机模型飞机最早出现的历史已不可考，但1905年国际航空联合会诞生，

航空模型被列为其管辖的项目之一，

随之成为一项世界性运动

。遥控模型飞机外型为缩小版的实体飞机，

有直昇機和平翼式等類型，

使用者以遥控器与无线讯号操作，

一般被视为玩具

。3.智慧无人飞行载具当今市场讨论热度最高的无人机属于此类，

其特点为旋翼式而非平翼，

大小与模型飞机相仿，但拥有军用无人机的智慧技术

。2006年后，

随着无人飞机关键零组件的制造成本日渐下降、通讯技术越来越先进，

以及操作门槛降低等因素，

无人机开始摆脱玩具地位和军事用途

,走入大众消费市场

。定翼型UAS的优势在于航程长、

抗风能力强、

酬载能力高，

因此适合用于长距离越野拍摄。

高展弦比的设计也使得该机种具有极高的飞行效率与极佳的抗风性能

。现行UAS的使用限制在于每次任务都要申请飛行空域，

有迫切性需求的任务需要另行与相关机关进行协调，

以维护任务执行之安全性

。另一个使用限制是需要跑道进行起降，

若无适当的跑道则需由较远的地方飞进目标区后始可进行航拍任务

。全球首座无人

机场计划早期单旋翼型UAS需由地面操作人员进行目视距离下的直接控制

,近年来由于电子设备与无线电设备的快速进步，

可利用空中拍摄及无线电影像传送系统来增加操作的距离

。随着科技的进步，

近几年来已设计出可装载于小型单旋翼型UAS的飞控计算机，

因此单旋翼型UAS具备有自主停悬、

速率控制及导航飞行的功能。在拥有这些功能后，

以往需要全程由地面人员控制的情况进化到只需要由地面人员进行监控即可，

操作的范围也由目视距离拓展到视距外控制。

另外，

单旋翼型UAS的优点在于不需要起降跑道，在使用上较为灵活

。多旋翼型UAS系由多个旋翼动力组所组成的飞行器，

亦具有垂直起降的功能。

根据载台的酬载与滞空能力，

又可分为小型与大型两种型态

。小型的多旋翼系统可以搭载200g左右的任务酬载，

适合用于短距离的监控任务，

因为其云台具有水平90度转动与自动补偿的功能，

因此也可用于小范围的垂直拍摄运用

。大型的多旋翼系统可以酬载1000g以上之酬载，

并进行30分钟以上之飞行，

适合用于小范围长时间的监控任务，

配合搭载数字单眼相机，

可取得较佳的影像质量

。全球疯无人机，兆元商机蠢动

(02:21)零件用途GPS芯片能够同时获取和跟踪不同的GNSS（

全球导航卫星）系统

。无线数据双向传输结合地面工作站，

接收多旋翼飞行数据

，亦可于地面工作站执行任务规划后，

传输至多旋翼执行自动导航任务

。锂聚合物电池根据无刷马达及电子变速器的使用电压

，来选择电池电压及容量，

由于电池占多旋翼较大比例重量，

因此必须配合飞行时间来选择电池容量

。电子变速器有几轴就会有几个变速器，

一个变速器控制一轴的马达

。零件用途概念厂商视讯传输系统多旋翼上安装摄影机或GoPro运动相机

，透过视讯传输系统，

将影像实时回传至地面视讯接收站，

配合两轴稳定云台，

可空拍照片或影片，

或做第一人称飞行

。飞控系统无人机的心脏，

以MCU微控制器做为飞控系統核心，

结合三轴陀螺仪、

加速计、

磁力计组成，

据此侦测多旋翼的姿态及方位移动。

其中多旋翼的高度控制，

由飞控板上面的气压计做飞行高度之侦测及控制

。无刷马达與螺旋槳依据多旋翼所欲达到的工作目的及功能

，如载重或长时间飞行，

来选择合适的无刷马达及螺旋桨

。力的一种飞行载具。不同于直升飞机，

多轴飞行器的旋翼角度是

固定的

，

通

过

改变

不同

旋

翼

之间的

相

对

速

度

,可以改变推进力的扭矩，

从而控制飞行器的运

行轨迹。

由于多旋翼比较简单稳定，

外型相对飞

机来说小很多，

因而适合业余使用

。空拍机飞行

原理

(01:21)

多轴飞行器（

Multirotor）是一种具有两个旋翼轴以上的旋翼航空器，

它是利用每个轴末端的马达来带动旋翼，

以加速或减速来产生向下推以四轴飞行为例，它是靠正反转速差所产生的反作用的力矩差来移动

，

当电机2和电机4逆时针旋转的同时

，电机1和电机3顺时针旋转

，

就可以平衡旋翼对机身的反扭矩

。

另外

,通过调节四个电机转速来改变旋翼转速

，

实现升力的变化

，

进而来控制姿态和位置

。顺时针逆时针平衡状态旋翼方向示意图顺时针逆时针四轴飞行器水平方向的移动

，

是透过加速一边

（

增加推力

）

的两个马达

，

并将另一边的两个马达减速来达成

。如果想往左侧横移

,那就提高机架右侧两个马达的速度

，

并降低左侧两个马达的速度；若想往前移动

，

则提高后面

、

降低前面两个马达的速度即可达成

。降低转速提高转速

飞行器往左边飞行

左侧横移示意图提高转速降低转速降低转速提高转速飞行器往左边旋转往左旋转示意图若要让飞行器往左或右旋转

，

则是提高对角两个马达

、

降低另外两个马达的速度即可

。垂直方向的移动则是暂时性的提高或降低所有马达的速度来完成

,当飞行器往所要飞行的角度倾斜时

，

增加所有马达推力会加快往该方向移动的速度

，

倾角愈大，

移动速度愈快

。由于多轴飞行器容易制造和控制，

所以常用来制作模型和遥控飞行器，

常见的有四轴、六轴与八轴飞行器。

它的体积小、重量轻，

因此携带方便，

能轻易进入人不易进入的各种恶劣环境

。当多轴飞行器拥有自动飞行能力时，

即可称作无人机。

也就是将加速度计与罗盘的资料、GPS和定高计的资料做结合，

这样一来，

飞行控制系统不只能知道飞行器的姿态，

也能了解它目前所处的位置

。无人机的发展不仅快速，

许多服务计划也逐渐展开

！

Amazon从2011年便开始陆续实行无人机送货的

Amazon

PrimeAir宅配服务计划

。

就在今年三月，

得到美国联邦航空管理局的试飞许可证

,更说明离这项计划成功的日子也不遠了！Google则打造Project

Wing飞行计划。

除了小型货物配送外，

紧急物资救援则成了这项飞行机的主要特色服务

。Facebook的巨型无人机「Aquila」Facebook推Aquila无人机，将网络带给世上每个人

(01:12)脸书执行长在几个月前透露，未来想以无人机在世界各地散播无线网络资源的计划，也已在英国执行试飞成功！近年来无人机也开始有了越来越多的附加装置，如摄影机就是一种非常实用的结合。由于无人机的机动性高，又可以运输工具的概念在高空完成拍摄

、监测等工作，可说是着实发展出了一股新的产业革命。透过无人机的高度侦测，监控作物的成长及产量、收成等，甚至对土壤及湿度做侦测，加速农作效率。除了拍摄及监测外

，也有结合穿戴装置而发展出的无人机自拍手环Nixie

。

它不仅能化身为一个小型无人机

，

起飞至空中替使用者满足各种自拍任务

,当然也能透过智能型手机做位置追踪及设定拍摄模式。

逐渐将物联网的范自拍神器再进化：用飞的！

(01:07)围从地面带向空中。电影

「

看见台湾

」

也运用了无人机空拍

，

让我们看见台湾山川

、

河流、稻田之美

，

以及大自然的反扑等种种问题

。我们从来没有站在那样的角度和高度来看待这片生养我们的土地

，

也让我们对空拍摄影有不一样的体验及认识

。将无人机与知名品牌乐高积木和摄影大厂GoPro的摄影镜头做结合，增加消费者印象无人机与摄影镜头的应用，

也开始让镜头、飞行芯片、GPS定位、传输系统、传感器等各项软硬件产品受到各科技大厂的关注，

并开始有了投资声浪传出，准备替这些产业注入新的活力

。你认为无人飞行器有哪些隐含的争议呢？四轴飞行器不仅广受业余爱好者欢迎，

也有许多可能的商业用途，

而这要归功于传感器和电子学的惊人发展，

使这些飞行器非常稳定又容易操控

。大部份的四轴飞行器可以自动起飞与降落——你只要按下按钮，

它们就可以水平悬停、在时速约50公里的强风中丝毫不动，等候你的下一步指令

。紧接着，

摄影机的搭配应用，

使你在操控无人飞机时，

可以实时在手机或平板计算机上看到空拍画面，

享受它的视野

。你认为无人飞行器有哪些隐含的争议呢？视野的解放正在改变各种产业

……

电影工作者可经常运用无人飞机拍摄前所未见

、令人屏息的追逐场景

。 工程师不必冒险攀爬，就能检查桥梁和建筑物。 农夫可以从远端监控作物。

亚马逊公司正计划透过无人飞机递送包裹

，

让你在下单后30分钟内就能收到货品

。但是，

前景看来一片大好的无人机，

却也可能因着人们的滥用，产生着极大的