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在說原理之前，要先了解知道四個螺旋槳的飛行器的中文、英文名稱，有助於找資料或文獻，中文說法大致有這些，四旋翼、四旋翼飛行器、四軸飛行器甚至是四軸，英文的話則是 Quadcopter、Quadrotor、Quadrocopter、Quadrotor Helicopter ...等等，可以 Vertical Take-Off and Landing（VTOL）的旋翼飛行器，其實就只是在強調有四個螺旋槳的直升機而已。
從 Wikipedia - Quadcopter 上看到，最初的四軸飛行器是在 1907 由 Louis Breguet 設計的（天知道是真是假，有興趣自己去考證吧），假設訊息無誤的話，到現在也有百年的歷史了。
近十年的四軸飛行器發展迅速成長，個人認為很大部分都歸功於微機電（MEMS）與積體電路製程技術的提升，從原本高成本、大體積的感測器變成幾微米、低成本的 IC，使得飛行器體積縮小、造價降低，才得以廣泛研究。（此部分為個人想法，若有誤可以提出來）
第一次看到四軸相關的研究是 2012 年 Vijay Kumar 教授在 TED 上的演說，也是我開始做四軸的時候，Vijay Kumar 教授任教於美國的賓州大學，他的實驗室也做了很多有趣的東西。
Vijay Kumar 教授：http://www.kumarrobotics.org/
GRASP 實驗室：https://www.grasp.upenn.edu/
TED 影片：Vijay Kumar: Robots that fly ... and cooperate
相關研究影片：https://www.youtube.com/watch?v=TjQPHprBTPs
與 Lexus 合作的影片
Amazing in Motion - 'Swarm' https://www.youtube.com/watch?v=5ofbd05pKuA
幕後花絮
Swarm: 'Coding Motion' https://www.youtube.com/watch?v=X9SqJk5zSZM
Swarm : 'Crafting Motion' https://www.youtube.com/watch?v=noyXqbqYyJo
Swarm : 'Living Motion' https://www.youtube.com/watch?v=H9x_tnvPrqk
之後也有另一位教授在 TED 上演講四軸飛行器，任職於瑞士蘇黎世聯邦理工的 Raffaello D'Andrea 教授，不過知名度似乎是這位教授較高，可能觀眾靠的比較近印象比較深刻吧... 哈哈。
FMA 實驗室：http://flyingmachinearena.org/
TED 影片：https://www.youtube.com/watch?v=w2itwFJCgFQ
也有與太陽馬戲團合作的影片，感覺這種合作方式頗不錯的，可以增加資金、增加研究內容、同時也增加知名度。
SPARKED: A Live Interaction Between Humans and Quadcopters
https://www.youtube.com/watch?v=6C8OJsHfmpI
幕後花絮 SPARKED: Behind the Technology
https://www.youtube.com/watch?v=7YqUocVcyrE
Raffaello D'Andrea 教授也做了很多有趣的專案，其中印象最深刻的是叫 Cubli 的專案，透過角動量平衡，這種技術在很多機器人平衡上都會用到。
http://raffaello.name/projects/cubli/
還有很多影片沒有放上來，因為真的是太多了，只放舊一點的影片，有興趣可以自己找找，最後，看了這麼多，其實只是想說明，四軸不是只能拿來空拍而已...，兩間頂級大學的研究室研究的東西真的很好，值得學習，想研究相關方向的人，可以多看兩間實驗室所發表的學術論文，畢竟已經累積了幾十年的成果。
＂從零開始做四軸＂除了是記錄自己的過程，方便自己再查閱，同時也提供分享給想研究四軸的人、想自己做一台而不是裝一台四軸的 Maker，這裡的 Maker 指的是了解電路、焊接、寫微控制器等多領域的人，畢竟一台四軸飛行器是跨了許多領域的結晶，像是控制、電子電路、數位邏輯、程式語言、機構、數學、物理、運動學 ... 等等，已經數不勝數了，還有最重要的＂藝術＂！沒錯，就是藝術！
以下有幾個 Github 上開源的專案，想做一個的人可以參考看看：
使用空心杯馬達（微型四軸）
https://github.com/bitcraze
https://github.com/HexAirbot
使用無刷馬達
https://github.com/PX4
https://github.com/pixhawk
https://github.com/multiwii
https://github.com/TauLabs
https://github.com/paparazzi
https://github.com/openpilot
https://github.com/diydrones
https://github.com/cleanflight
https://github.com/UrsusPilot
不錯的入門資訊：
Build A Quadcopter From Scratch – Hardware Overview
http://blog.oscarliang.net/build-a-quadcopter-beginners-tutorial-1/