以旋翼為主要特征的無人機(jī)主要通過控制旋翼的轉(zhuǎn)速來改變空間姿態(tài)和位置。
以四旋翼電動(dòng)無人機(jī)為例，4個(gè)旋翼布局方式為“X”型，相鄰兩旋翼轉(zhuǎn)向相反，當(dāng)兩對(duì)轉(zhuǎn)向相反的旋翼產(chǎn)生的升力相等時(shí)，反轉(zhuǎn)扭矩的作用剛好抵消，從而防止無人機(jī)自旋。通過控制兩對(duì)旋翼的轉(zhuǎn)速即可實(shí)現(xiàn)對(duì)無人機(jī)各種運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的控制。
無人機(jī)擁有6個(gè)自由度，分別為前后、上下、左右移動(dòng)，橫滾、俯仰、偏航旋轉(zhuǎn)，而控制通道只有升降通道（Thrust），橫滾角（Roll）控制通道，俯仰角控制通道（Pitch）和偏航角控制通道（Yaw）4個(gè)，因此無人機(jī)是一種欠驅(qū)動(dòng)耦合性強(qiáng)的非線性系統(tǒng)。以無人機(jī)質(zhì)心為原O，正前方為X軸正方向，右側(cè)方為Y軸正方向，豎直向上為Z軸正方向建立機(jī)體坐標(biāo)系，分析各種運(yùn)動(dòng)姿態(tài)原理，如圖所示。
升降運(yùn)動(dòng)：在圖a中，同時(shí)增大無人機(jī)四個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速，使得總升力大于無人機(jī)整體重量后無人機(jī)將沿著Z軸垂直上升，反之，減小四個(gè)旋翼轉(zhuǎn)速使總升力小于無人機(jī)自身重量后，無人機(jī)將垂直降落。在無外界干擾的情況下當(dāng)總升力等于機(jī)體重量時(shí)無人機(jī)將保持懸停。
前后運(yùn)動(dòng)：如圖b所示，3、4號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速增大，1、2號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速保持，前后升力差會(huì)導(dǎo)致無人機(jī)出現(xiàn)“前低后高”的姿態(tài)，旋翼推力在X軸正方向的分力將驅(qū)動(dòng)無人機(jī)前進(jìn)；同理當(dāng)1、2號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速增大，3、4號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速不變時(shí)無人機(jī)將會(huì)后退。
左右移動(dòng)：與前后移動(dòng)原理相同，在圖c中，1、4號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速增大時(shí)無人機(jī)向左移動(dòng)，2、3號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速增大時(shí)無人機(jī)向右移動(dòng)。
偏航運(yùn)動(dòng)：如圖d所示，當(dāng)一對(duì)正轉(zhuǎn)旋翼與一對(duì)反轉(zhuǎn)旋翼轉(zhuǎn)速相同時(shí)，產(chǎn)生的扭矩則相互抵消，無人機(jī)不旋轉(zhuǎn)。和當(dāng)1、3號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速增大而2、4號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速不變時(shí)，1、3號(hào)旋翼對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的扭矩大于2、4號(hào)旋翼的反扭矩，因此無人機(jī)將繞Z軸進(jìn)行逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；反之，當(dāng)2、4號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速大于1、3號(hào)旋翼轉(zhuǎn)速時(shí)，無人機(jī)將繞Z軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
其他6旋翼、8旋翼無人機(jī)的飛行原理也與此一致。
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