四自由度无人机

一直以为无人机是六自由度，后面经一位前辈提醒，工程应用上四旋翼无人机其实是四自由度，故记录之。

四自由度无人机通常指的是四旋翼无人机（quadcopter），其四个自由度是：

1. 滚转（Roll） - 绕机身Y轴的旋转运动，使无人机左右倾斜
2. 俯仰（Pitch） - 绕机身X轴的旋转运动，使无人机前后倾斜
3. 偏航（Yaw） - 绕机身垂直轴（上下轴）的旋转运动，使无人机左右转向
4. 升降（Throttle/Altitude） - 垂直方向的上下运动，通过调节四个旋翼的总推力实现

这四个自由度通过调节四个旋翼的转速差来实现。虽然四旋翼无人机在三维空间中实际有6个自由度（3个平移+3个旋转），但由于其欠驱动特性，只能直接控制这4个自由度。水平方向的前后左右移动需要通过倾斜机身（改变俯仰或滚转角）来间接实现。

欠驱动特性：

欠驱动特性是指系统的控制输入数量少于其自由度数量的特性。

对于四旋翼无人机来说：

自由度 vs 控制输入

• 在三维空间中，无人机有6个自由度：3个位置（x, y, z）和3个姿态角（滚转、俯仰、偏航）;
• 但只有4个控制输入：4个旋翼的转速（底层电调控制的是四个电机转速）
• 6个自由度 > 4个控制输入 = 欠驱动系统；

实际影响

1. 不能独立控制所有运动 - 无人机不能在保持水平姿态的同时进行水平移动
2. 运动耦合 - 某些运动必须组合实现：
   • 想向前飞？必须先向前倾斜（俯仰），产生向前的推力分量；
   • 想向右飞？必须先向右倾斜（滚转）；
3. 控制策略 - 必须通过巧妙的控制算法来协调这4个旋翼，间接实现6个自由度的运动

类比 就像开车只能控制油门、刹车和方向盘（3个输入），但车在平面上有3个自由度（前后位置、左右位置、朝向角度）。你不能让车横着走，必须通过转向+前进的组合来改变横向位置。

这种欠驱动特性使得四旋翼无人机的控制更具挑战性，需要更复杂的控制算法，但也使其结构更简单、成本更低。