如圖所示，電機1和電機3逆時(shí)針旋轉的同時(shí)，電機2和電機4順時(shí)針旋轉，因此當飛行器平衡飛行時(shí)，陀螺效應和空氣動(dòng)力扭矩效應均被抵消。

四軸飛行器是一個(gè)在空間具有6個(gè)活動(dòng)自由度（分別沿3個(gè)坐標軸作平移和旋轉動(dòng)作），但是只有4個(gè)控制自由度（四個(gè)電機的轉速）的系統，因此被稱(chēng)為欠驅動(dòng)系統（只有當控制自由度等于活動(dòng)自由度的時(shí)候才是完整驅動(dòng)系統）。不過(guò)對于姿態(tài)控制本身（分別沿3個(gè)坐標軸作旋轉動(dòng)作），它確實(shí)是完整驅動(dòng)的。

與直升機相比，四軸飛行器可以實(shí)現的飛行姿態(tài)較少，不過(guò)基本的前進(jìn)、后退、平移等狀態(tài)都可以實(shí)現。但是四軸飛行器的機械結構遠遠比直升機簡(jiǎn)單，維修和更換的開(kāi)銷(xiāo)也非常小，這讓四軸飛行器有了比直升機更大的應用優(yōu)勢。

為了保持飛行器的穩定飛行，在四軸飛行器上裝有3個(gè)方向的陀螺儀和3 軸加速度傳感器組成慣性導航模塊，可以計算出飛行器此時(shí)相對地面的姿態(tài)以及加速度、角速度。飛行控制器通過(guò)算法計算保持運動(dòng)狀態(tài)時(shí)所需的旋轉力和升力，通過(guò)電子調控器來(lái)保證電機輸出合適的力。

垂直運動(dòng)，俯仰運動(dòng)，滾轉運動(dòng)，偏航運動(dòng)  。

圖（a）中，因有兩對電機轉向相反，可以平衡其對機身的反扭矩，當同時(shí)增加四個(gè)電機的輸出功率，旋翼轉速增加使得總的拉力增大，當總拉力足以克服整機的重量時(shí)，四旋翼飛行器便離地垂直上升；反之，同時(shí)減小四個(gè)電機的輸出功率，四旋翼飛行器則垂直下降，直至平衡落地，實(shí)現了沿z軸的垂直運動(dòng)。當外界擾動(dòng)量為零時(shí)，在旋翼產(chǎn)生的升力等于飛行器的自重時(shí)，飛行器便保持懸停狀態(tài)。保證四個(gè)旋翼轉速同步增加或減小是垂直運動(dòng)的關(guān)鍵。

圖（b）中，電機1的轉速上升，電機3的轉速下降，電機2、電機4的轉速保持不變。為了不因為旋翼轉速的改變引起四旋翼飛行器整體扭矩及總拉力改變，旋翼1與旋翼3轉速改變量的大小應相等。由于旋翼1的升力上升，旋翼3的升力下降，產(chǎn)生的不平衡力矩使機身繞y軸旋轉（方向如圖所示），同理，當電機1的轉速下降，電機3的轉速上升，機身便繞y軸向另一個(gè)方向旋轉，實(shí)現飛行器的俯仰運動(dòng)。

與圖（b）的原理相同，在圖（c）中，改變電機2和電機4的轉速，保持電機1和電機3的轉速不變，則可使機身繞x軸旋轉（正向和反向），實(shí)現飛行器的滾轉運動(dòng)。

四旋翼飛行器偏航運動(dòng)可以借助旋翼產(chǎn)生的反扭矩來(lái)實(shí)現。旋翼轉動(dòng)過(guò)程中由于空氣阻力作用會(huì )形成與轉動(dòng)方向相反的反扭矩，為了克服反扭矩影響，可使四個(gè)旋翼中的兩個(gè)正轉，兩個(gè)反轉，且對角線(xiàn)上的各個(gè)旋翼轉動(dòng)方向相同。反扭矩的大小與旋翼轉速有關(guān)，當四個(gè)電機轉速相同時(shí)，四個(gè)旋翼產(chǎn)生的反扭矩相互平衡，四旋翼飛行器不發(fā)生轉動(dòng)；當四個(gè)電機轉速不完全相同時(shí)，不平衡的反扭矩會(huì )引起四旋翼飛行器轉動(dòng)。在圖（d）中，當電機1和電機3的轉速上升，電機2和電機4的轉速下降時(shí)，旋翼1和旋翼3對機身的反扭矩大于旋翼2和旋翼4對機身的反扭矩，機身便在富余反扭矩的作用下繞z軸轉動(dòng)，實(shí)現飛行器的偏航運動(dòng)，轉向與電機1、電機3的轉向相反。因為電機的總升力不變，飛機不會(huì )發(fā)會(huì )垂直運動(dòng)。

要想實(shí)現飛行器在水平面內前后、左右的運動(dòng)，

前后運動(dòng)(2張)

必須在水平面內對飛行器施加一定的力。在圖（e）中，增加電機3轉速，使拉力增大，相應減小電機1轉速，使拉力減小，同時(shí)保持其它兩個(gè)電機轉速不變，反扭矩仍然要保持平衡。按圖（b）的理論，飛行器首先發(fā)生一定程度的傾斜，從而使旋翼拉力產(chǎn)生水平分量，因此可以實(shí)現飛行器的前飛運動(dòng)。向后飛行與向前飛行正好相反。當然在圖（b）圖（c）中，飛行器在產(chǎn)生俯仰、翻滾運動(dòng)的同時(shí)也會(huì )產(chǎn)生沿x、y軸的水平運動(dòng)。

在圖（f）中，由于結構對稱(chēng)，所以側向飛行的工作原理與前后運動(dòng)完全一樣。

小型的四軸飛行器可以自由地實(shí)現懸停和空間中的

四軸飛行器(6張)

自由移動(dòng)，具有很大的靈活性。此外，因為它結構簡(jiǎn)單，機械穩定性好，所以成本低廉、性?xún)r(jià)比很高。主要的應用是玩具、航模，以及航拍，新的應用也在不斷的拓展之中。

到2012年左右，國際上普遍認為四軸飛行器的控制已經(jīng)不再是學(xué)術(shù)研究問(wèn)題，而是成熟的技術(shù)。學(xué)術(shù)研究的方向也轉向了基于四軸飛行器做智能導航或者多飛行器的編隊控制。

四軸飛行器的智能導航指的是利用機器視覺(jué)技術(shù)、人工智能技術(shù)讓四軸飛行器能像人一樣在復雜環(huán)境中活動(dòng)。

多飛行器的編隊控制是指同時(shí)控制多個(gè)飛行器，或者讓多個(gè)飛行器自主編隊飛行。

世界上較為優(yōu)秀的四軸飛行器研究機構有美國賓夕法尼亞大學(xué)、瑞士聯(lián)邦蘇黎世理工學(xué)院、中國香港科技大學(xué)。

四軸飛行器作為時(shí)下最熱門(mén)的一種飛行器，已經(jīng)越來(lái)越受到廣大科學(xué)愛(ài)好者和商業(yè)公司的關(guān)注，從amazon的用四軸飛行器為客戶(hù)投遞包裹的設想就可見(jiàn)一斑?？梢哉f(shuō)四軸飛行器未來(lái)的應用前景十分廣闊。
　　這里所說(shuō)的四軸飛行器不是單指四旋翼，是具有一個(gè)以上氣動(dòng)旋轉軸的飛行器的俗稱(chēng)。
　　筆者認為四軸飛行器未來(lái)發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)方面：
　　一是可作為新概念交通工具。
　　早在二戰時(shí)，載人四軸的原型機已經(jīng)被設計出來(lái)，但因為控制技術(shù)還跟不上，飛行器因不穩定而無(wú)法投入實(shí)際應用。

隨著(zhù)人工智能的不斷發(fā)展，配備高清攝像機、各種安保設備的四軸飛行器將廣泛應用在公安、消防、家庭和單位安保領(lǐng)域，四軸將成為極度智能、行動(dòng)敏捷的電子警察、電子消防員、電子保安、電子管家，也許在不久的將來(lái)，你會(huì )因為有一個(gè)會(huì )飛的家庭照看機器人而感到無(wú)比的貼心和安全。

TED大會(huì )上展示的四軸飛行器搭建建筑的視頻也許不少愛(ài)好者都看過(guò)，這是相當有前景的應用，比起3D打印一座房子，用一群微小的四軸飛行器來(lái)構建龐大的建筑更加切合實(shí)際和靈活髙效，也許有一天你路過(guò)建筑工地，看到頭頂上不是一群建筑工人在忙碌，而是一群嗡嗡作響的四軸飛行器在井然有序的工作，那個(gè)時(shí)候你可不要吃驚眼前看到的一切。