Mavic設(shè)計工程師告訴你大疆御無人機(jī)設(shè)計過程
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添加時間：2016-10-06 21:52:38
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作者M(jìn)avic設(shè)計工程師。本文載于知乎：如何評價大疆創(chuàng)新發(fā)布的新產(chǎn)品 Mavic(御)? 主要談了談Mavic的創(chuàng)新和設(shè)計，如果你也是無人機(jī)從業(yè)者，或者對無人機(jī)有興趣，那么本文將是一篇非常有價值的參考——“科普一些無人機(jī)的技術(shù)知識，讓大家能看破一些華而不實(shí)的宣傳，做更好的購買決策。”應(yīng)作者要求，轉(zhuǎn)載請保留原文鏈接，不得刪減內(nèi)容。
“北京時間9月28日凌晨，大疆在紐約發(fā)布了(其實(shí)業(yè)內(nèi)早已知道的)折疊無人機(jī)Mavic，中文名為御。這是大疆發(fā)布的最小的整機(jī)，也是除了精靈系列和悟系列之外大疆推出的第三套(消費(fèi)級無人機(jī)的)ID?！?《解密 | 大疆是如何一夜之間干掉自拍無人機(jī)市場的?》)
以下是正文：
產(chǎn)品終于發(fā)布了，近兩年的努力終于與世人見面，此刻非常激動。作為Mavic的設(shè)計工程師，對它了解得比較全面，所以試著來回答這個問題。第一次認(rèn)真寫回答，希望大神們輕拍。
我會比較詳細(xì)的介紹這款全新機(jī)型的設(shè)計。利益相關(guān)就不用多說了，我是DJI的員工，但這篇文章代表我的個人意見。我會本著工程師的信譽(yù)，實(shí)事求是的敘述。一個人的知識有限，下文中如果有不符合事實(shí)的地方，歡迎指出，我會及時更正。
消費(fèi)無人機(jī)市場還非常的年輕，現(xiàn)在隨著越來越多的新晉廠商入局試水，水準(zhǔn)參差不齊，不少廠商本身缺乏技術(shù)積累，靠夸大宣傳和酷炫的視頻來吸引注意力，讓不明真相的小白用戶掏腰包卻拿不到宣傳中所承諾的產(chǎn)品(比如破產(chǎn)的zano、一直跳票的lily等等)，所以這次順便也會科普一些無人機(jī)的技術(shù)知識，讓大家能看破一些華而不實(shí)的宣傳，做更好的購買決策。
DJI的Phantom系列從無到有的開創(chuàng)了消費(fèi)無人機(jī)的市場，第一次讓消費(fèi)者可以買到到手即飛的無人機(jī)，把航拍從少數(shù)專業(yè)玩家和攝像師的獨(dú)門絕技，變成了一項(xiàng)人人都可以嘗試并享受其中樂趣的活動(大家可以上天空之城看看用戶拍攝的精美作品)。幾年來經(jīng)過歷代技術(shù)更新迭代，目前的Phantom 4已經(jīng)相當(dāng)成熟，從易用性，智能性到影像畫質(zhì)，智能功能，都絕對是消費(fèi)無人機(jī)的行業(yè)標(biāo)桿，一直被模仿，從未被超越。它也是第一臺擁有視覺感知和一定自主飛行能力的消費(fèi)無人機(jī)。然而，對于普通消費(fèi)者來說，Phantom以及這種級別的其他無人機(jī)，有幾個通?。?
體積：需要幾乎一整個背包，平時帶出去玩還可以，但是出去旅行就麻煩了，除非是自駕游
重量：長途攜帶會比較累;對女性來說太重
麻煩：需要每次使用都拆槳，裝槳，從背包到懸停要幾分鐘
而Mavic很好的解決了這些痛點(diǎn)，第一次將Phantom這個性能和拍攝質(zhì)量級別的無人機(jī)，做到了真正便攜的程度，而幾乎沒有損失性能。我可以自信的說，它將會是一款消費(fèi)級無人機(jī)中具有里程碑意義的革命性產(chǎn)品，讓高質(zhì)量的航拍普及到更廣大的受眾群體。
這么說有些抽象，我先把一些關(guān)鍵參數(shù)扔出來，之后再展開分析：
飛機(jī)折疊后的尺寸：83mm83mm198mm(接近一個運(yùn)動水瓶的體積)
重量：734g
機(jī)械3軸云臺，支持長曝光(效果不是3軸電子防抖能比，后面會細(xì)說。這應(yīng)該也是目前量產(chǎn)的最小的機(jī)械3軸云臺了)
27分鐘續(xù)航 (在無風(fēng)環(huán)境下以25km/h勻速飛行時測得。而在理想條件下懸停時間可以接近29分鐘)
最高7公里圖傳和遙控距離，最高支持1080p(Phantom的5km已經(jīng)碾壓群雄了，這個7km加上最高支持1080p實(shí)在是有些逆天。注 意是美國FCC標(biāo)準(zhǔn)，開闊無遮擋， 無電磁干擾環(huán)境下。國內(nèi)CE標(biāo)準(zhǔn)對功率限值更嚴(yán)，因此是4km。)
1/2.3英寸相機(jī)sensor，4k視頻，最大碼流 60Mbps(和Phantom 4同樣面積的相機(jī)sensor)
前視雙目視覺避障+智能跟隨等自動飛行功能 (這個技術(shù)目前在消費(fèi)無人機(jī)中是DJI獨(dú)家，避障模式最高支持10m/s的飛行速度，遠(yuǎn)超其他廠商)
雙超聲波+雙目的精準(zhǔn)下視定位(懸停精度持平Phantom 4，有效范圍稍微更遠(yuǎn))
最高飛行速度：65km/h (比Phantom 4的72km/h稍低，但遠(yuǎn)高于其他便攜無人機(jī))
DJI飛控和導(dǎo)航系統(tǒng)(DJI的核心技術(shù)，不用多說了，穩(wěn)定，精準(zhǔn)，可靠，多功能)
8.3寸快拆折疊槳 (應(yīng)該是現(xiàn)在市面上唯一一款同時有快拆和折疊的槳，而且無螺絲，后面會細(xì)說)
說到這里，對無人機(jī)產(chǎn)品有了解的人就已經(jīng)能看出Mavic的革新之處：
現(xiàn)在市面上達(dá)到這些性能，體驗(yàn)和可靠性的消費(fèi)無人機(jī)，只有Phantom 4。而市面上體積能做到Mavic這么便攜的無人機(jī)，性能跟Mavic完全不在同一個等級(單續(xù)航來說，就只有Mavic的1/3-1/4)，就像玩具一樣?？梢赃@么說，在性能和便攜性兩個維度上結(jié)合考量，Mavic目前是一騎絕塵，沒有對手的。
配合著我們新設(shè)計的全功能折疊遙控器，Mavic是世界上第一款你可以無負(fù)擔(dān)輕易帶去任何地方，并可以拍攝高質(zhì)量內(nèi)容的智能航拍無人機(jī)，無論是記錄你的生活，旅行，探險，還是大自然的絕美風(fēng)光都駕輕就熟，區(qū)區(qū)自拍更是不在話下。(對之后的詳細(xì)說明沒興趣的，看到這里放心買買買就可以了:)
價格方面大家也不要覺得這么小的飛機(jī)為什么不賣得更便宜點(diǎn)，因?yàn)榭萍籍a(chǎn)品并不是論斤賣，或者按體積賣的。相反，要將同樣的技術(shù)和配置塞進(jìn)一個小很多的空間內(nèi)，難度和成本更高。配置完全相同的筆記本電腦會比臺式電腦更貴就是這個道理。最終公司定的這個價格已經(jīng)相當(dāng)良心了，比我預(yù)想的還要低。
參數(shù)介紹完了，下面進(jìn)入正題，講一下這款飛機(jī)的設(shè)計。好的無人機(jī)機(jī)型設(shè)計，尤其是好的折疊機(jī)的設(shè)計，是一個非常復(fù)雜，需要來回迭代的過程，其中涉及到很多方面：
便攜性，折疊方式，包括體積的最小化，折疊展開步驟的最簡化
結(jié)構(gòu)的簡潔，可靠，耐摔
續(xù)航
外觀
整機(jī)布局，合理布置pcb和散熱，各組件和傳感器的位置，并保證他們能發(fā)揮性能，互不干擾。這是一大塊。
云臺和減震設(shè)計
如何優(yōu)化設(shè)計來優(yōu)化生產(chǎn)和組裝
這些因素之間會相互牽制和影響，而如何平衡取舍，或者如何跳出現(xiàn)有框架，想出新的解決方案做到兩全其美，就是設(shè)計飛機(jī)的難點(diǎn)和樂趣所在。
折疊方式
先從一般人比較感興趣的折疊方式開始說起吧。一開始我接到的要求是設(shè)計一款口袋無人機(jī)，不過稍做了一些調(diào)研分析后，當(dāng)時我果斷放棄了這個方向，因?yàn)椋?
這樣的產(chǎn)品雖然比較吸引眼球，但是實(shí)用性不高，口袋這個空間的競爭已經(jīng)非常激烈，手機(jī)，鑰匙串，錢包等等。幾乎輪不到無人機(jī)這種偶爾用一下的東西。就我個人來說，除了手機(jī)，連錢包一般都不放口袋里的，不舒服，就更別提厚厚的無人機(jī)了。
體積做得小本身是沒有錯的，但為了做到放在口袋里，犧牲了太多的畫質(zhì)和續(xù)航，在普通無人機(jī)20來分鐘續(xù)航大家都嫌不夠的時候，7-8分鐘的續(xù)航是不能接受的。畫質(zhì)也做不到合格的水平(我心目中的合格是持平手機(jī)的拍攝畫質(zhì))。因此這樣的trade off不明智，我們要做的應(yīng)該是在保證產(chǎn)品品質(zhì)和體驗(yàn)的前提下做到便攜，而不是為了便攜犧牲產(chǎn)品其他更重要的品質(zhì)。當(dāng)時有個叫Anura的口袋無人機(jī)在眾籌，我覺得不靠譜，后來果然失敗了。(現(xiàn)在，將近2年過去了，市面上出現(xiàn)了一些量產(chǎn)成功的口袋無人機(jī)，不過續(xù)航，畫質(zhì)等還是很差，只能算是過渡型的產(chǎn)品，我覺得也不會贏得消費(fèi)者的認(rèn)可)
不做口袋無人機(jī)的話，應(yīng)該把產(chǎn)品設(shè)計成什么大小和形態(tài)最好呢?我非常喜歡各種戶外運(yùn)動，有一次在Yosemite國家公園徒步的時候，我一邊在想這個問題。走著走著口渴了，于是我拿出水瓶喝了一口水，然后心中就有了答案?？诖?，但是水瓶的大小應(yīng)該是足夠容納一個品質(zhì)合格的無人機(jī)的。而且出去玩，誰不帶瓶水呢?一般的背包，戶外裝備等，都會專門設(shè)計水瓶的存放空間，如果無人機(jī)折疊后大概是個水瓶的形態(tài)，出去旅行或者戶外運(yùn)動的時候，就能很方便的帶上了。
然后我就在腦海中大概構(gòu)想了幾種折疊方式，有了初步靠譜的想法，非常激動，于是放棄了下午的徒步，直接趕回機(jī)場，借了幾張紙就在機(jī)場畫了起來。這就是第一版設(shè)計的由來，而后來又經(jīng)過了半年多的研發(fā)和改進(jìn)，整機(jī)布局和折疊方式才逐漸定型為今天的樣子。之間的過程和艱辛這里就不說了，我直接講講最終的設(shè)計。
很多人會覺得Mavic后翼下置的造型以及后支臂向下翻轉(zhuǎn)展開的方式很特別很酷炫，但可能不知道我們這么設(shè)計并不是為了特別和酷炫，而是有著很實(shí)在的考慮：最小化折疊后體積的同時，最簡化機(jī)構(gòu)和折疊步驟。這話怎么說呢?大家都知道四旋翼飛行器有4個支臂，4個電機(jī)和螺旋槳。最直接的想法就是直接把它們對折到機(jī)身，大概是這樣(我們Mavic專利中的說明圖，圖中附帶了一些說明文字)：
這個設(shè)計簡單，直觀，但是也有不少問題。大家都知道飛機(jī)的電子系統(tǒng)和電池等主要占體積的部件，都在機(jī)身內(nèi)，機(jī)臂的空間基本上是放不了什么東西，純粹只是為了撐開四個螺旋槳而已。因此我們會盡量把機(jī)臂做的細(xì)細(xì)的，這樣才能盡少的阻礙螺旋槳的下洗氣流。雖然機(jī)臂細(xì)了，但是電機(jī)和螺旋槳卻得要那么寬，因?yàn)榧?xì)了會犧牲動力系統(tǒng)的效率。因此可以看到，這種設(shè)計折疊后，中間能放電池和電子器件的主機(jī)身，只占整體體積的1/3，而紅框中的機(jī)臂，電機(jī)，槳(合稱動力系統(tǒng)吧)，反而占了整體體積的2/3，折疊后有大量空隙和沒有利用上的體積，因此是相當(dāng)?shù)托实恼郫B方式。
還有一種，會好一些，就是把前后機(jī)臂上下錯開(我最初想用的辦法)：
這次，由于上下錯開了，動力系統(tǒng)占得寬度就少了些。從2/3變到了1/2左右。不過上圖有些理想化，因?yàn)閷?shí)際折疊槳會比這個寬，就算在我們優(yōu)化后(后面會細(xì)講)，折疊槳折疊后的寬度依然是機(jī)臂的3倍。因此，這個設(shè)計還有不少優(yōu)化空間 。因?yàn)檎郫B槳占用了大部分的寬度，機(jī)臂本身細(xì)很多，所以機(jī)臂和機(jī)身之間還會有比較大的空隙，沒有利用到。
美國Lockheed Martin有一款無人機(jī)，設(shè)計就介于上面兩種之間，是這樣的(圖片來自網(wǎng)絡(luò)，侵刪)：
沒有地方放云臺，形態(tài)也不美觀，折疊后體積利用率不是很高。
那么應(yīng)該如何最小化折疊后的體積呢?可以看看Mavic的機(jī)身(為了讓大家看清，我先把折疊槳取下來了。圖片都是我自己隨便用手機(jī)拍的工程樣機(jī)，晚些如果有空換些好看點(diǎn)的圖)：
從上面看，機(jī)臂很細(xì)，減少了對螺旋槳下洗氣流的阻礙，與機(jī)身緊密貼合，盡少占用寬度。機(jī)身后方兩個凹坑，容納電機(jī)。電機(jī)之間的 寬度剛好用來放置一塊高性能GPS天線。幾乎沒有空間浪費(fèi)。
從下面看也差不多，機(jī)臂與機(jī)身貼合，云臺后方兩個凹坑容納電機(jī)，電機(jī)之間的寬度剛好用來放置散熱風(fēng)扇(底部是一體化鎂合金散熱底殼，有時候會比較熱，大家使用的過程中稍微注意一下)。唯一浪費(fèi)的空間是云臺左右兩邊比較空。
從側(cè)面看，機(jī)臂寬度較寬，增加了強(qiáng)度，同時也沒有增加整機(jī)的體積。云臺收納在機(jī)身前面凹陷內(nèi)，一體性和保護(hù)性都很好，也不需要每次拆下來才能儲存運(yùn)輸。腳架也很巧妙地與機(jī)臂做成一體，收納在了一個不占空間的地方。
最巧妙的是螺旋槳，因?yàn)槁菪龢旧砭褪瞧瑺畹牧慵?，只要與其他面貼合在一起，是可以幾乎不占體積的，因此我們讓折疊槳平順的貼合在了機(jī)身的上面和下面，幾乎沒有增加整機(jī)的體積。到這里，折疊后的形態(tài)就比較完美了，模塊各司其職,各安其位，緊湊的結(jié)合在一起，沒有多少浪費(fèi)的空隙和空間。
用Mavic模擬了一下對比圖：左邊是采用我們獨(dú)特布局的Mavic，右圖是采用一般布局的Mavic(上下錯開了前后支臂，但是螺旋槳只是靠在了機(jī)身兩邊，沒有貼合在機(jī)身上下表面)，可以看到寬度差異相當(dāng)大。
接下來就是如何展開了。前面的兩個機(jī)臂，按照常規(guī)方式向前展開就可以。但是由于后面兩個機(jī)臂的槳，是貼著機(jī)身下面的，如果按照傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸翻開，槳面就會對著地面，離地面很近，那么地上有任何不平整的地方，或者下降有側(cè)傾，都會損壞到槳，然后DJI就可以賣出很多槳配件: )
玩笑話，這當(dāng)然是不行的，所以當(dāng)時也想了很多辦法，比如在支臂上再加一個轉(zhuǎn)軸，展開支臂后，再把螺旋槳翻上來。比如這個早期prototype中顯示的這樣：
或者在飛機(jī)尾部翻出一個很高的腳架來，讓槳離地遠(yuǎn)一些?；蛘咴跈C(jī)身主干上加個大轉(zhuǎn)軸，一次把后面的兩個支臂都翻上去(這些方案也都一并申請了專利)。這些方案雖然也能解決問題，但是并不是上策。因?yàn)樗鼈兌荚黾恿藱C(jī)身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，重量，降低了可靠性，不是簡潔優(yōu)雅的解決方案。
工程師一般都對簡潔可靠的設(shè)計有著特殊的喜好，就像程序員喜歡簡潔高效的代碼和算法，數(shù)學(xué)家著迷于簡潔優(yōu)雅的解法一樣。因此我對這些方案都不是很滿意，于是苦苦思索了好一陣子。
有一天我想到一個平面幾何的規(guī)律：對一個圖形在平面上做任意次數(shù)的平移和旋轉(zhuǎn)動作，從A位置位移到B位置，其實(shí)都能找到一個旋轉(zhuǎn)中心，能用一次旋轉(zhuǎn)來完成這個位移。也就是說，多步的旋轉(zhuǎn)和平移動作，其實(shí)都可以歸納為一個旋轉(zhuǎn)動作，只不過旋轉(zhuǎn)中心不一定在圖形內(nèi)。
于是我就想這個規(guī)律對于3維空間和物體適不適用呢?在稍微探索了一下后發(fā)現(xiàn)，除了一小部分特殊情況，是適用的!于是通過立體幾何的辦法定位了現(xiàn)在的這種斜軸的具體角度和位置，讓機(jī)臂在展開到工作位置的同時，完成螺旋槳翻轉(zhuǎn)到上面的動作，完美。
有些設(shè)計比較偷懶，折疊后需要把槳拆掉，雖然也可以做到體積緊湊，但是每次飛都要拆槳裝槳，對于用戶來說是很不方便的，因此我們沒有做這樣的設(shè)計。最后總結(jié)一下，四個支臂，四個轉(zhuǎn)軸，從普通展開狀態(tài)折疊到最緊湊的折疊狀態(tài)，只需要四個動作，5s之內(nèi)搞定，從折疊結(jié)構(gòu)和使用步驟來說，都幾乎不能再簡單再緊湊了，可以說是四旋翼折疊的終極方案。不服來辯。(開玩笑~如果真的有更好的方案，歡迎畫幾張簡單的說明圖私信我，確認(rèn)之后可以給你一個DJI的工作offer，過來把它實(shí)現(xiàn))
轉(zhuǎn)軸
折疊方式說完了，接下來具體談?wù)務(wù)郫B轉(zhuǎn)軸。當(dāng)時為了給用戶一個最好的手感，我們參考了很多不同的轉(zhuǎn)軸，包括zippo打火機(jī)，各種單車撐，翻蓋手機(jī)，筆記本電腦……最終的結(jié)果也是挺滿意：Mavic的轉(zhuǎn)軸是半自動的，也就是說，你掰開一定角度，它會自動彈開到展開位置，并且會有一個彈力一直壓著，而不是靠機(jī)構(gòu)完全鎖死的。這樣做有幾個好處：
靠機(jī)構(gòu)完全鎖死的轉(zhuǎn)軸，需要用戶在打開機(jī)臂之后執(zhí)行一個額外鎖死的步驟。Mavic的不需要，在5s內(nèi)完成折疊，或者展開的全過程。
一旦發(fā)生跌落和碰撞，完全鎖死的轉(zhuǎn)軸會承擔(dān)巨大的局部應(yīng)力，非死即傷。Mavic的支臂在遭受足夠的撞擊后會自動彈回，卸掉部分沖擊，轉(zhuǎn)軸也不容易損壞。
手感干脆爽快，大部分人在第一次拿到Mavic時候都會忍不住的來回掰它的機(jī)臂玩: ) 。這也是為什么我們要求折疊壽命至少是5000來回。
類似于汽車的懸掛，這樣的彈性設(shè)計可以濾掉一部分來自電機(jī)和螺旋槳震動，讓云臺和飛控imu更穩(wěn)定。
缺點(diǎn)也有，一個是成本比較高，二是重一些，因?yàn)檗D(zhuǎn)軸基本上是全金屬的，塑料材料承受不了這么大的壓強(qiáng)。不過我覺得對于Mavic這樣中高端的機(jī)型，這些代價是值得的。你會享受每一次展開Mavic的過程，并能充分的信任它的機(jī)構(gòu)能夠保證它在天空自由翱翔。
來張轉(zhuǎn)軸的X光照鎮(zhèn)樓：
云臺
懂拍攝或者懂航拍的人都知道3軸機(jī)械云臺的必要性，下面先給不了解的人稍微講解一下，老司機(jī)可以跳過。大家都知道，四旋翼無人機(jī)都是靠調(diào)整飛機(jī)的姿態(tài)來調(diào)整飛行方向的，也就是說，飛行的過程中機(jī)身會左搖右擺，各種顛婆。這是低頻的，但是大幅度的晃動。還有螺旋槳和電機(jī)高速轉(zhuǎn)動帶來的高頻，小幅的震動。這種晃動和震動對于錄像和攝影來說，都是致命的。(對于攝影，如果把快門調(diào)的很高，倒還可以緩解這個問題，但還是會有果凍紋)。
目前，對這個問題唯一靠譜的解決辦法，就是機(jī)械云臺。通過減震系統(tǒng)以及電機(jī)轉(zhuǎn)軸的隔震，再加上精密的主動控制，機(jī)械云臺能把這些晃動和擺動都隔離出來，讓他們傳不到相機(jī)，這樣我們才能得到穩(wěn)定的視頻和清晰的照片。
而且你還能夠通過云臺精密地控制相機(jī)的運(yùn)動和指向，拍出柔順的運(yùn)動鏡頭。再者，有了機(jī)械云臺后，一臺穩(wěn)定懸停的飛機(jī)(DJI新一代的飛機(jī)停得最穩(wěn))就像一個空中3腳架，可以支持長曝光，3s曝光成功率非常高(最長支持8s，不過清晰的幾率不高，空中基本上都會有風(fēng))。比如這張照片就是我之前用phantom 3 advanced隨便拍出來的，3s曝光，已經(jīng)有汽車光流的效果：
很多其他的無人機(jī)就算有3軸云臺，因?yàn)轱w機(jī)和云臺的穩(wěn)定性/精度不夠，也做不到長曝光。拍夜景，暗光環(huán)境，沒有長曝光還真不行。
而現(xiàn)在很多廠商或由于缺乏技術(shù)儲備，或?yàn)榱私档统杀?，放棄了機(jī)械云臺，而采用了“3軸”電子增穩(wěn)或者電子防抖技術(shù)，在宣傳上也有意混淆機(jī)械增穩(wěn)和電子增穩(wěn)之間的區(qū)別。實(shí)際上兩者從手段到效果都有本質(zhì)的區(qū)別。
電子增穩(wěn)，更準(zhǔn)確的來說應(yīng)該是“電子除抖”，因?yàn)樗⒉荒苁古臄z的原始視頻更穩(wěn)定，而是靠后期的動態(tài)裁切，從一個抖動震動的視頻里裁切出一個分辨率更低的視頻出來，而且抖動越嚴(yán)重，需要裁掉的畫面就越多。它可以說是一種后期手段，是以畫質(zhì)和分辨率為代價的低成本方式。對畫面有一點(diǎn)追求的攝像師都不會采用這種辦法，只有預(yù)算低，或者沒有其他辦法時，才會使用。
尤其是無人機(jī)上，由于飛機(jī)姿態(tài)變化很大，一般電子防抖都hold不住，會要截取掉過多的畫面，導(dǎo)致畫面出現(xiàn)大面積黑邊。一般廠商都是這兩種辦法解決：
限制無人機(jī)的姿態(tài)，也就是限制飛機(jī)的加速性能和極速性能，讓飛機(jī)本身飛的很慢，反應(yīng)遲鈍，這樣畫面自然不會這么抖。這樣飛機(jī)的抗風(fēng)性能會變差，就只能在地面附近飛飛，速度慢了也只能拍慢節(jié)奏的視頻，飛行樂趣也無從說起。
采用魚眼鏡頭，讓原始視頻的視野特別大，這樣就可以有充分的畫面讓電子除抖來裁切。然而，魚眼鏡頭之后的相機(jī)感光元件，面積也就這么大(一般無人機(jī)上用的最大的也就1/2.3英寸)，用了魚眼再裁切，相當(dāng)于視頻只使用了不到感光器1/4的面積。因此畫質(zhì)是相當(dāng)抱歉的，連你的手機(jī)自拍攝像頭都不如。
最后，電子增穩(wěn)只對視頻有效，對于照片的長曝光完全沒辦法，喜歡攝影的同學(xué)也就不用考慮了。因此，就航拍來說，千萬不要覺得電子增穩(wěn)是什么高大上的東西，只是為了降低成本，減小體積而大大犧牲畫質(zhì)的妥協(xié)方案。
科普完了，具體介紹一下Mavic引以為傲的3軸機(jī)械云臺：
目前量產(chǎn)消費(fèi)產(chǎn)品中最小的3軸機(jī)械云臺(寬度36.5mm)
在目前搭載了3軸機(jī)械云臺的量產(chǎn)消費(fèi)無人機(jī)中，Mavic是體積最小的(折疊后)
以上記錄是以2016年9月底的時間為準(zhǔn)。我沒有做過全面的調(diào)查，如果誰知道有哪個產(chǎn)品超過了Mavic，請指出，我會更新這個陳述。
它還有個比較特別的功能，就是roll軸可以旋轉(zhuǎn)90度，讓用戶拍攝垂直構(gòu)圖的照片或者視頻。另外，這個云臺中搭載的1/2.3英寸的傳感器，也是跟Phantom 4同一級別的。至于那個透明的云臺保護(hù)罩，主要是平時不用的時候，以及惡劣環(huán)境飛行的時候保護(hù)云臺的，會讓畫質(zhì)下降些，所以平時飛行的時候建議摘下來，畫質(zhì)和續(xù)航都會好些。
這云臺夠帥：
續(xù)航
跟所有移動電子產(chǎn)品一樣，由于電池長期以來沒有突破，續(xù)航一直是無人機(jī)最大的一個痛點(diǎn)之一。DJI雖然在續(xù)航方面也一直是行業(yè)標(biāo)桿，但不到30分鐘，還是 會讓人意猶未盡，經(jīng)常需要多帶幾塊電池。而以Mavic折疊后的體積大小，要做到27分鐘的續(xù)航，是挺逆天的(在無風(fēng)環(huán)境下以25km/h勻速飛行時測得。而在理想條件下懸停時間可以接近29分鐘)。其實(shí)要做好續(xù)航，不僅僅是高密度的電池，還有這些因素：
槳要大，越大越好，將能量轉(zhuǎn)換為升力的效率就越高。(稍微解釋一下：根據(jù)動量守恒原理，螺旋槳靠把空氣向下加速，而獲得一個向上的動量，抵御重力帶來的沖量。這個動量=mv，就是排出空氣的質(zhì)量m乘以排出空氣的速度v。而這部分空氣帶走的能量為1/2mv^2，這部分能量是由飛機(jī)提供的，是要耗電的。由于這部分能量損耗與m的一次方成正比，與v的二次方方成正比，因此在保證同樣動量的情況下，增加m，減少v，能夠減少這部分能量損耗。也就是說，同樣都是讓飛機(jī)懸停在空中，這種方式能讓耗損的電能更少。那么如何在減少空氣速度的同時增加排出空氣的質(zhì)量呢?增加槳盤的面積，也就是增加槳的長度。)因此，我們在設(shè)計機(jī)型的時候，也就把能容納大槳的設(shè)計需求的優(yōu)先級提的很高。Mavic的8.3寸槳，長度是遠(yuǎn)超同類便攜無人機(jī)的。加上我們有專業(yè)的螺旋槳和電機(jī)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，致力于優(yōu)化飛機(jī)動力系統(tǒng)的效率，才讓Mavic的續(xù)航碾壓同行。
機(jī)身輕量化。這個要解釋比較簡單，就是保證功能，性能，可靠性的前提下，通過簡化結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)計，移除不需要以及效率低的材料，更換強(qiáng)度密度更高的材料等手段，讓飛機(jī)盡可能的輕。這從兩個方面對續(xù)航有利：一個是讓飛機(jī)的需要提供的拉力減小，減少能耗，二是讓飛機(jī)的動力效率更高，減少能耗。因?yàn)橐话銇碚f，同一個動力系統(tǒng)，需要提高的拉力越高，效率也會越低。所以我們的飛機(jī)除了前期設(shè)計盡可能的用簡潔的結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)，后期也都會經(jīng)過幾輪狠狠的減肥工作。
機(jī)身機(jī)臂設(shè)計盡量少的阻擋螺旋槳的下洗氣流，這個比較好理解。
當(dāng)然，我們用的電池性能和質(zhì)量也是業(yè)界最高的。
有天我在外面吃飯，坐旁邊的幾個女生吃完后擺著各種姿勢各種組合足足自拍了40多分鐘，那時我就想，現(xiàn)在市面上的那些自拍無人機(jī)藥丸。都不到10分鐘的續(xù)航，根本不能滿足自拍需求……
話說回來，那些自拍無人機(jī)雖然都比Mavic小，便宜，但是要達(dá)到Mavic一塊電池的同等續(xù)航，你得帶上3-4塊電池，這樣價格和體積優(yōu)勢就沒了。而我剛才也說了，一般就算是二十多分鐘續(xù)航的飛機(jī)，也是經(jīng)常需要多帶兩塊電池的。換到自拍無人機(jī)上，相當(dāng)于十幾塊電池——畫面太美不敢看。
快拆折疊槳
講完了續(xù)航順便再講講我們?nèi)略O(shè)計的快拆折疊槳吧。以DJI E2000做例子，傳統(tǒng)折疊槳設(shè)計一般是這樣的：
可以看見，中心的電機(jī)轉(zhuǎn)軸兩端，各有一個銀灰色的螺絲。這兩個螺絲同時起著兩個作用，一是把折疊槳葉固定在電機(jī)上，一是作為折疊槳的旋轉(zhuǎn)軸。這個設(shè)計有幾個缺點(diǎn)：
兩個螺絲要手工上上去，而且需要人工調(diào)整松緊度，松了不牢靠;太緊了也不行;
更換比較麻煩，需要螺絲批，以及螺絲上需要上專業(yè)的螺絲膠，不然用一段時間后螺絲就會松動，飛行過程中有可能射槳(就是槳葉整個脫離機(jī)身飛出去，后果很嚴(yán)重，一般都是炸雞)
因?yàn)檫@兩點(diǎn)，我們不會在消費(fèi)機(jī)無人機(jī)上用這種設(shè)計。無人機(jī)經(jīng)常刮刮碰碰就需要換槳，如果在外面玩沒帶專用螺絲刀導(dǎo)致不能飛，那就郁悶了。其次，一般小白也不會上螺絲膠，也控制不好松緊，如果導(dǎo)致射槳，后果非常嚴(yán)重。對于專用用戶這兩點(diǎn)就不是問題，所以我們比較大的專業(yè)機(jī)才會采用這種設(shè)計?，F(xiàn)在其他廠家也在自己的消費(fèi)無人機(jī)上使用這種設(shè)計，其實(shí)是不太好的，大家可以注意一下。
于是乎我們需要一個新設(shè)計，來改善這兩個問題，讓我們的Mavic用上方便靠譜的折疊槳。當(dāng)我第一次知道要把折疊槳加上快拆功能的時候，其實(shí)我內(nèi)心是拒絕的，因?yàn)槲矣X得把這么多功能加進(jìn)去，結(jié)構(gòu)會搞得挺復(fù)雜，對重量，體積都不好。
當(dāng)時想到一個挺好的方案，可以解決第一個問題，而且方案非常簡潔，輕量，體積也小，在工程上來說很不錯，就是解決不了更換槳需要螺絲刀和螺絲膠的問題。但是沒辦法，為了小白用戶能夠用得舒心，只得硬著頭皮設(shè)計一個兩個問題都解決的方案?？纯醋罱K的結(jié)果吧，史上第一款量產(chǎn)的同時兼有快拆和折疊的槳葉設(shè)計：
從頂上看，兩個螺絲換成了兩個金屬軸，固定在槳夾上。將槳按下后旋轉(zhuǎn)40度左右即可完成拆卸，安裝也一樣，無需任何工具。
卸下后的結(jié)構(gòu)局部圖?？梢钥吹?，整個裝配零件數(shù)量也不多，是非常簡潔的。像槳這種需要高速旋轉(zhuǎn)并承受很大應(yīng)力的部件，越簡潔越可靠，零件越少，容易出錯的地方也就越少。
沒有比較就沒有傷害，為了讓大家看到這款折疊槳設(shè)計在體積，外觀，重量上的優(yōu)化程度，我把壓箱底的白色“珍藏版”prototype拿了出來：
看看右邊的槳，增加了寬度(整個飛機(jī)寬了1cm)，同時槳葉也變短了(為了保證展開后長度不變)，放在機(jī)身上比較小氣，中間的那一坨也不太好看，沒有左邊最終版的修長優(yōu)雅。
最后，說明書里建議用戶手動把螺旋槳展開，是為了保證絕對安全，實(shí)際上，只要你能保證螺旋槳附近沒有人和障礙物，直接啟動電機(jī)就可以自動靠離心力甩開折疊槳了。注意這個過程中(不到一秒)機(jī)身會抖動一下。
傳感器/飛控
我的同事碩哥以前就這個話題專門寫過一篇很好的科普，大家可以直接去看他的回答：
小米無人機(jī)跟大疆無人機(jī)有多大差距? - YY碩的回答
具體到Mavic，采用的是和Phantom 4一樣的雙目立體視覺系統(tǒng)，雙目加雙超聲波精準(zhǔn)下視定位。這套系統(tǒng)的特點(diǎn)是能夠感知和構(gòu)建3維空間，以及可視距離很遠(yuǎn)，能夠支持最高支持10m/s速度下的避障，以及13m高度內(nèi)無gps也能精準(zhǔn)的定位懸停。這套系統(tǒng)不僅需要很高的計算量，而且對傳感器的固定精度有非常高的要求，是現(xiàn)在市面上消費(fèi)無人機(jī)上最成熟最強(qiáng)大的避障系統(tǒng);缺點(diǎn)則是和人類似，在晚上暗光的情況下視覺系統(tǒng)是看不見的。
有些廠商隨意的在飛機(jī)上加了一對最簡單的超聲波，或者單點(diǎn)TOF，或者紅外線，就宣稱避障了。這些簡單的方案都很雞肋：要么可視距離很近(相當(dāng)于近視眼，那么飛機(jī)就只能龜速飛行)，要么可視范圍很窄(只能看正前方，飛機(jī)稍微斜著飛就看不到，會撞上)，要么會被日光干擾，所以只能在室內(nèi)或者晚上使用。這些避障系統(tǒng)都只能用來炒作一下概念，發(fā)揮不了什么實(shí)用價值。
還有現(xiàn)在大家都在說的智能跟隨，我們的技術(shù)(視覺跟隨)也跟其他廠商的GPS跟隨有著本質(zhì)的區(qū)別：
僅憑著GPS，飛機(jī)只能知道你的大概位置和方向，是非常不準(zhǔn)的(尤其是靠手機(jī)的gps，尤其是高度的信息)，根據(jù)這個來跟隨，飛機(jī)雖然能夠大概跟著你，但是拍不出構(gòu)圖合格的視頻，很多時候你甚至都不會在畫面中，而飛機(jī)也不知道，所以這種跟隨只能裝裝樣子，出不來好的視頻。
視覺跟隨就完全不一樣了，飛機(jī)能看到你，知道你的準(zhǔn)確位置，并會盡可能的保證在整個視頻中把你拍在預(yù)設(shè)的構(gòu)圖位置(默認(rèn)是畫面中心，你也可以調(diào)到其他位置)。有了這個功能，一些以前專業(yè)飛手都很難飛出的跟隨畫面，一個初學(xué)者都可以做到，比如說跟隨移動的物體同時環(huán)繞。
至于DJI的飛控，一直以來都是行業(yè)標(biāo)桿，穩(wěn)定，精準(zhǔn)，可靠，多功能。其中，穩(wěn)定可靠是最重要的，否則，再花哨的功能，遇上抽風(fēng)炸雞都是白搭。大家可以看看這個大疆精靈4的暴力測試隨意感受一下：
大疆精靈4暴力測試【撞樹、掛水、砸機(jī)、剪槳……】
具體到Mavic，飛控IMU也是采用和Phantom(精靈) 4一樣的獨(dú)立懸掛和傳感器冗余，保證了一致的可靠性和穩(wěn)定性?？癸L(fēng)性能在風(fēng)洞做過測試，可以在15m/s的風(fēng)速下懸停。一般用戶保險起見最好不要在超過10m/s的風(fēng)速環(huán)境飛行。
遙控器
既然把飛機(jī)設(shè)計得這么便攜了，沒有一款便攜的遙控器搭配怎么說得過去?于是我們又全新設(shè)計了一款便攜遙控器，而且設(shè)計原則跟飛機(jī)一樣，那就是性能上不妥協(xié)。因此，這款便攜遙控器是全功能的，和Phantom遙控器比，不僅沒有削減功能和操控(霍爾搖桿和全套按鈕和撥輪都有)，反而還有提升：比如獨(dú)立的小屏幕，緊急剎車鍵，和五維按鍵。
真正要把遙控器做小，有兩個問題，一個是做小了后握持感變差，對精確操控飛機(jī)不利，用戶的手也更容易疲勞;二是手機(jī)夾占用的體積比較大，難以做得很小又能把手機(jī)夾穩(wěn)。于是就想了一個辦法，讓這兩個問題互相把對方干掉：做了一個折疊設(shè)計，把人體工程部件和手機(jī)夾結(jié)合起來，利用手機(jī)夾的體積來給用戶手部提供充實(shí)的支撐和握持感，同時手機(jī)夾折疊后又與遙控器主題融為一體，大大減小了體積。我把這個想法和負(fù)責(zé)遙控器的同事交流了一下，他也很認(rèn)同，于是把之前已經(jīng)做了好一陣子的方案整個推倒重做，又經(jīng)過團(tuán)隊(duì)將近一年時間的努力，才讓這款遙控器面世。
可以看到圖中箭頭所指，手機(jī)夾同時作為握柄，給予手掌充分的支撐，對于手指精準(zhǔn)操控和耐疲勞非常有利。
同時折疊完后大小也接近手機(jī)，不過有4厘米厚
這個方案其實(shí)還順便解決了另外幾個問題：
傳統(tǒng)遙控器手機(jī)/平板夾持都在天線的上方，比較容易遮擋天線信號，影響圖傳和遙控;也導(dǎo)致操作的時候遙控器頭重腳輕，拿久了容易手部疲勞。而這款遙控器手機(jī)在底部，完全不干擾天線;重心平衡，拿著沒那么累。
由于手機(jī)屏幕離手指很近，觸摸屏幕更方便，很多時候手不離開遙控器就可以進(jìn)行觸屏操作
我可以很自信的說，從便攜性，功能，操控手感三個維度來衡量，這款遙控器是目前市場上最好的。不服再辯。(開玩笑~和上面一樣，如果真的有更好的方案，歡迎畫幾張簡單的說明圖私信我，確認(rèn)之后可以給你一個DJI的工作offer，過來把它實(shí)現(xiàn))別忘了，這么小的遙控器，這么小的飛機(jī)，全功能，7km的圖傳距離，真不是開玩笑的。
現(xiàn)在不少小自拍機(jī)把純手機(jī)操控，沒有遙控器這個缺點(diǎn)作為賣點(diǎn)來宣傳，是非?？拥?。Mavic也可以有純手機(jī)操控的功能，不過我們內(nèi)部一致認(rèn)為這只能作為一個輔助功能，隨便拍幾張到此一游照還可以。主打的操控方式還是得用遙控器，因?yàn)轶w驗(yàn)好太多。具體我就不一一解釋了，舉個簡單的例子吧，有兩輛各方面完全一樣的汽車，除了一點(diǎn)：一輛有方向盤，剎車和油門踏板等一應(yīng)俱全;另一輛沒有，只能用手機(jī)操控(沒有自動駕駛功能);你會選哪一輛來開?
圖傳
無線通信這一塊我比較外行，所以直接粘貼同事寫的：
作為MAVIC的核心技術(shù)之一，OcuSync也是DJI Light Bridge高清圖傳系列中的重要一員，相比其他多種常見圖傳技術(shù)表現(xiàn)出眾。
OcuSync基于全新設(shè)計架構(gòu)，從多個方面提升了用戶的體驗(yàn)，還提供了不少新的功能。
OcuSync提供了強(qiáng)大流暢的圖傳遙控性能，在HD(720p)的基礎(chǔ)上提供了視像更加清晰的Full HD(1080p)的圖傳體驗(yàn)(近距離無干擾情況下)
OcuSync為近場從飛機(jī)下載視頻到手機(jī)提供了高達(dá)40Mbps的流傳輸，
OcuSync支持十分微弱的信號接收(可以在遠(yuǎn)達(dá)7km的地方接收圖傳遙控信號) ? OcuSync還提供了靈巧的干擾躲避機(jī)制
在新架構(gòu)下，OcuSync還提供了多臺設(shè)備之間靈活配置的通信組合。(比如像Inspire那樣的雙人操控模式)
OcuSync在多種速率下都遠(yuǎn)超WIFI和一般圖傳的鏈路性能。由于OcuSync設(shè)計中采用了大量當(dāng)今通信領(lǐng)域最為先進(jìn)的信道編碼技術(shù)、多天線技術(shù)、分集技術(shù)、信道估計和均衡技術(shù)等，還有完整的上層協(xié)議棧，比如無線媒體接入控制、無線資源管理等模塊，又與視頻編解碼模塊深度耦合設(shè)計，因此無線圖傳性能不同一般。
后來的多次測試表明，OcuSync在理想條件下圖傳遙控有效的距離實(shí)際上并不止于7km，有的時候超過10km也不是不可能。這個結(jié)果令大家都很興奮。而spec設(shè)為7km，主要是考慮到通信產(chǎn)品都有一定生產(chǎn)公差，需要預(yù)留一些裕量(OcuSync的傳輸距離在CE標(biāo)準(zhǔn)下標(biāo)稱是4km，美國適用的FCC標(biāo)準(zhǔn)下是7km)。
目前市面上還有一類基于WIFI技術(shù)的圖傳方案，與WIFI方案相比，OcuSync的圖傳體驗(yàn)顯著不同。WIFI主要考慮消費(fèi)電子產(chǎn)品的局部互聯(lián)，多數(shù)設(shè)備通信用于幾米到數(shù)十米之間，WIFI協(xié)議為了照顧到低成本應(yīng)用，鏈路性能偏弱，導(dǎo)致WIFI的收發(fā)機(jī)鏈路性能偏弱，無法檢測微弱信號或者在一定干擾環(huán)境中檢測有用信號;而OcuSync設(shè)計中采用了大量當(dāng)今通信領(lǐng)域最為先進(jìn)的傳輸技術(shù)，對比過靈敏度、抗干擾性能、抗衰落性能、高速移動、多設(shè)備等多個場景，WIFI均無法直接與OcuSync進(jìn)行比較。
對用戶而言，這種差別對應(yīng)著流暢與卡頓圖傳的不同體驗(yàn)，也對應(yīng)著飛行范圍遠(yuǎn)近的不同體驗(yàn)，還對應(yīng)著干擾情況下或者信號遮擋情況下圖傳遙控的不同體驗(yàn)。另外由于WIFI采用傳統(tǒng)協(xié)議棧，建立鏈接或者失步后重新建立鏈接時間較長，約在數(shù)秒到十多秒，OcySync則采用跨層設(shè)計，建立鏈接和重新建鏈時間可以低至1秒以內(nèi)。
有些產(chǎn)品為了提升性能，故意額外增加功率或者采用強(qiáng)指向性發(fā)射天線，使得某些方向上的輻射強(qiáng)度提高來彌補(bǔ)性能偏弱的問題，號稱也可以傳數(shù)公里。各國官方機(jī)構(gòu)無論是FCC還是CE，都對消費(fèi)產(chǎn)品規(guī)定了各個方向上的最大輻射強(qiáng)度(EIRP)，因此上述做法其實(shí)是違法違規(guī)的，增加了干擾破壞其他設(shè)備通信的風(fēng)險。
結(jié)束語
這篇文章主要講了Mavic的基礎(chǔ)技術(shù)和底層機(jī)械結(jié)構(gòu)，沒有講太多我們飛機(jī)上的各種豐富的智能功能和背后的算法(這方面有其他人可以介紹的比我更好)。不過就像買汽車一樣，最重要的是三大件(馬達(dá)，變速箱，車架)，其次才是建立在這個扎實(shí)基礎(chǔ)上的各種豐富的配置和功能。不過現(xiàn)在很多人都不看車的基礎(chǔ)，只關(guān)心比較表面的配置，也讓不少國產(chǎn)廠商鉆了空子，生產(chǎn)出一些三大件很差，但是配置超級豐富的華而不實(shí)的車。而現(xiàn)在無人機(jī)市場也有這個風(fēng)氣，就是不把飛機(jī)本身基礎(chǔ)搞好，浮夸吹噓一大堆所謂智能功能來忽悠消費(fèi)者。
這樣的飛機(jī)流通在市面上，輕只是欺騙了消費(fèi)者，重則傷害他人人身和財產(chǎn)安全，對于消費(fèi)者以及整個行業(yè)來說都是一種極其不負(fù)責(zé)任的行為。國內(nèi)廠商就先不說了，免得被水軍淹沒，就說國外眾籌的ZANO，視頻宣傳中吹噓的各種牛逼，手掌大小，手上起飛，四面避障，甚至Swarm(機(jī)器人集群)都能吹出來，也是臉皮夠厚。最后連飛機(jī)都飛不穩(wěn)，整個公司破產(chǎn)，眾籌支持者的錢全部打水漂，產(chǎn)品都沒拿到。
這是現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)時代，企業(yè)普遍浮躁風(fēng)氣的一個比較極端的例子: 不好好做產(chǎn)品，總想靠概念營銷一夜暴富，左忽悠消費(fèi)者，右忽悠投資人……汽車行業(yè)，這么多年了至少行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)比較成熟，低于這個標(biāo)準(zhǔn)都不能上市，而無人機(jī)現(xiàn)在暫時還沒有通用的標(biāo)準(zhǔn)來監(jiān)管，導(dǎo)致很多不合格的無人機(jī)產(chǎn)品也能推向市場，所以只能靠消費(fèi)者自己鑒別。這也是我寫這篇文章的目的之一，以后大家看到很酷炫的無人機(jī)宣傳視頻的時候，可以用這些標(biāo)準(zhǔn)審視一遍。
這篇長文終于要結(jié)束了，希望閱讀后大家能對Mavic的設(shè)計有著更深入的了解，也希望大家能喜歡。其實(shí)我說的這些只是冰山一角，還有太多的技術(shù)細(xì)節(jié)是無數(shù)工程師夜夜加班一點(diǎn)一點(diǎn)摳出來而我沒有講到的，而正是這些無數(shù)一般人看不到的細(xì)節(jié)，才堆積出了Mavic這款革命性的產(chǎn)品。
我們做這么多極致的優(yōu)化，也是為了打造一款大家能帶出去玩，跟著你旅行，探險，走到世界各個角落的高品質(zhì)航拍機(jī)，也希望大家在使用Mavic的過程中能體會到我們的用心。(當(dāng)然，全新的產(chǎn)品剛面世，bug肯定是有一些的，還請大家及時反饋給客服或者大疆社區(qū)，我們的攻城獅和程序猿會及時更新修正)
