一、早期探索:休眠期与复苏期(1990 年以前 - 2005 年)
1990 年以前可视为多旋翼发展的休眠期,这一阶段的探索处于起步阶段。1907 年,法国的 Breguet 兄弟在 C.Richet 教授指导下进行了旋翼式直升机的飞行试验,这是有记录的最早相关构型,但因设计不切实际,仅飞行了 1.5 米便落下。

1920 年,E.Oemichen 开始多旋翼设计,首次试飞失败后经重新设计,于 1923 年实现起飞并创造了 14 分钟的飞行时间纪录。

1921 年,G. De Bothezat 在美国建造的大型四旋翼直升机,这架四旋翼飞机除了飞行员外还能承载3个人,因发动机性能不足,未能达到预期 100 米的飞行高度,仅飞到 5 米。

1956 年,M.K.Adman 设计的 Convertawings Model “A” 四旋翼飞行器试飞成功,重达 1 吨并依靠两个 90 马力发动机实现悬停和机动;20 世纪 50 年代末 60 年代初,美国陆军测试的 VZ-7 虽相对稳定,但未达到军方对高度和速度的要求,项目未能进一步推行。

1990-2005 年进入复苏期,产品方面,90 年代初 Keyence Gyro Saucer II E-570 登陆日本,美国工程师 M.Dammar 开发的电动四旋翼 Roswell Flyer 随后被卖给加拿大公司 Draganflyer,2002 年 Silverlit X-UFO 在德国 Jugend forscht 比赛中被设计发明。

学术领域也取得进展,几克重的 MEMS 惯导系统被研制出来,学术界开始涉足多旋翼的建模和控制研究,到 2005 年左右,真正稳定的多旋翼无人机自动控制器得以制作完成。

二、快速发展:发展期与活跃期(2005 年 - 2013 年)
2005-2010 年是多旋翼的发展期,产品层面呈现出多元化的发展态势。
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美国 Draganflyer 公司在 2004 年推出 Draganflyer IV 四旋翼后,2008 年又推出工业级多旋翼 Draganflyer X6;

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2005 年德国 Microdrones GmbH 成立,先后推出 Md4200 和 Md4-1000 四旋翼无人机系统;

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2006年,德国人H. Buss 和 I. Busker 主导了四轴开源项目 Mikrokopter;
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2007年德国 Ascending Technologies 创立,并于 2016 年被 Intel 收购。
学术方面,越来越多的研究人员投身多旋翼领域,自行搭建四旋翼验证算法,尤其是姿态控制算法,个别研究者还基于商业四旋翼和动作捕捉系统开发验证环境,多旋翼的相关研究也得到了《自然》杂志的关注。
2010-2013 年进入活跃期,产品领域迎来重要突破。2010 年,法国派诺特公司经过 6 年合作研发,推出消费级 AR. Drone 四旋翼玩具,凭借领先的技术和理念取得巨大成功;2013 年左右,大疆推出小精灵 Phantom 一体机,进一步推动了多旋翼在消费市场的普及。


学术领域同样成果丰硕,2012 年 2 月,宾夕法尼亚大学的韦杰・库玛教授在 TED 上发表里程碑式演讲,展示了四旋翼的灵活性和编队协作能力;同年,IEEE 的《Robotics & Automation Magazine》推出了 Aerial Robotics and the Quadrotor 专刊;多旋翼开源自驾仪数量也不断增多,为行业发展提供了更多技术支撑。
三、爆发、调整与新攀升:2013 年至今
2013-2016 年是多旋翼发展的爆发期,产品方面,大疆小精灵 Phantom 一体机持续受到市场关注,3D Robotics 公司在连线主编 C. Anderson 担任 CEO 后,连续推出 Iris、X8+、Solo 等四旋翼飞行器,并维护支持 APM 开源多旋翼的软硬件升级及网站建设,2013 年底还与苏黎世联邦理工学院的 PX4 开源飞控开发团队合作推出 Pixhawk 硬件;亚马逊在 2013 年底发布的四旋翼送快递视频,让多旋翼进一步贴近普通消费者。

这一时期还有众多各具特色的多旋翼产品涌现,如防水设计的 Splash Drone、集成先进技术的 Phantom 3、可手抛起飞且自动跟随的 Lily 等。

学术方面,多旋翼研究更偏向智能化和群体化,2013 年苏黎世联邦理工学院的拉斐尔∙安德列教授在 TEDGlobal 展示了四旋翼的惊人运动机能,《自然》杂志也发表综述文章展望小型自主无人机在民用领域的发展。
2016-2017 年进入回调期,产业层面,无人机市场接近饱和,竞争集中在多旋翼领域,同质化严重,不少公司大规模裁员,产品量产和出货困难,如自拍无人机先驱 Lily 和 GoPro 的 Karma 无人机都遭遇挫折;同时,无序使用导致扰航事件频发,国内外纷纷收紧对无人机飞行的管控。学术方面,自主化和群体化研究持续深入,受深度学习大潮和 GPU 硬件兴起影响,自主化逐渐显现智能化,尽管硬件尚不成熟,但也取得了一些突破性成果,美国国防高级研究计划局(DARPA)推出的 “快速轻量自主”(FLA)项目和进攻性群体战术(OFFSET)项目便是这一阶段的重要探索。
2018 年至今为爬升期,研究方向聚焦于智能化、群体化、小型化和大型化,英伟达发布的计算单元为学术界的进步提供了重要支撑。产业领域,大型载人多旋翼无人机初创公司大量涌现,空客、波音等传统航空巨头,丰田、吉利等传统汽车厂商,以及 Uber 等新兴企业纷纷入局,万亿级市场竞争已然开启。
民用领域之外,军用领域中,利用多旋翼平台替代传统导弹平台形成智能化武器,成为各国发展重点。这一阶段也出现了众多优秀的 eVOTL 产品,如德国 Lilium GmbH 的 Lilium Jet、中国亿航的 Ehang 216、美国波音的 Cargo Air Vchicle(CAV)等,各具特色,推动着多旋翼飞行器向更广泛的应用场景迈进。

