CN102227903A - 用于驾驶遥控飞机的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于驾驶遥控飞机(8)的设备(10)，该设备(10)包括：设置有外壳倾斜检测器(12)的外壳，以及显示多个触摸区(30、32、34、36、38、40、42)的触摸板(16)。遥控飞机设置有自备稳定器系统，其用于在没有任何用户命令的情况下将遥控飞机稳定在盘旋飞行中。该设备包括由形成激活/停用按钮的触摸区(30)来控制的装置，从而造成遥控飞机驾驶模式在以下选项之间切换：i)遥控飞机的自备稳定器系统被激活的激活模式，在该模式中传输到遥控飞机的该驾驶命令是通过转换由触摸区传递的信号而产生的；以及ii)遥控飞机的自备稳定器系统被停用的停用模式，在该模式中传输到遥控飞机的该驾驶命令是通过转换由外壳的倾斜检测器发射的信号而产生的。

Description

用于驾驶遥控飞机的设备

本发明涉及用于驾驶遥控飞机(drone)的设备，尤其涉及旋翼遥控飞机。

本发明的独特优势应用在于可被小孩使用的无线电控制的玩具领域，例如，尤其在如房子或公寓中的房间的室内环境中。

遥控飞机是通过控制设备来遥控驾驶的飞行机器。某些遥控飞机被称作旋翼遥控飞机，其覆盖已知直升机的所有类型的成比例的模型。

WO 2008/056051 A2(鹦鹉股份有限公司(Parrot))描述使用遥控玩具，尤其是遥控飞机，的游戏系统。通过原地驾驶遥控飞机来执行游戏，例如在线路图像被叠加在由遥控飞机的相机拍摄的实像上的虚拟线路周围处。虚拟经过点通过遥控飞机必须经过的点来定义，且例如它们以在空中飘浮的虚拟环形式来显示。

可理解，在这种游戏中，必须能够非常精确地驾驶遥控飞机。遥控飞机应用于追击游戏，其中由一名玩家驾驶的遥控飞机寻找以击落静止或移动的目标，例如由另一玩家驾驶的遥控飞机。

迄今为止，驾驶遥控飞机的无线电控制单元具有两个可移动控制杆，其中：

对于第一控制杆而言，第一轴控制遥控飞机的俯仰(在一个方向上向前移动，或者在相反方向上向后移动)，而第二轴控制遥控飞机的绕轴旋转(倾斜控制杆以在一个方向上绕轴旋转至左以及在相反方向上绕轴旋转至右)；以及

对于第二控制杆而言，第一轴控制遥控飞机的驱动功率(在一个方向上增大功率，而在相反方向上减小功率)，而第二轴控制侧滚(在一个方向上横斜地移动至一侧，而在另一方向上横斜地移动至相反侧)。

具体地，学会使用控制需要长时间且要求很多练习，同时存在学习阶段破坏遥控飞机的风险。

作为那些控制杆的替代，或者与控制杆组合，还公知利用按钮以用于驾驶遥控飞机。

US 2005/0048918描述通过利用便携式电话型控制设备来控制具体为小型可驾驶气球的这种遥控飞机的控制设备。检测电话机上的键的按压并将其转换成用于驾驶飞船的命令：加速或减速其驱动，使其方向舵绕轴旋转等。同时，飞船机载相机拾取图像，该图像被传输到电话机并显示在其屏幕上。

本发明源自对于上述控制设备中没有一个能够简单地尤其直观地控制遥控飞机的飞行的观察。

因此，本发明的一个目标是提供允许如小孩的对驾驶缺乏经验之人驾驶遥控飞机而不需要控制太多控制杆和/或按钮的设备。

为了这样，本发明首先规定使用特定类型的遥控飞机，即设置有用于在没有任何用户命令下使遥控飞机稳定在盘旋飞行中的自备稳定器系统的遥控飞机。

这种类型的遥控飞机例如在WO 2009/109711 A2(鹦鹉股份有限公司)中描述。

该类型的遥控飞机尤其适合于难以通过利用常规控制杆控制以或多或少同步和相关联方式来操作油门、侧滚、俯仰、以及侧滑来稳定旋翼遥控飞机的缺乏经验之人。当使无线电控制的成比例模型飞行时，这些难题通常更严重，因为用户不具有强制返回且因此必须设法应付看着机器并估计其在三维空间中的位置，这要求非常良好的飞行物理学的知识以便能够解释该位置并理解为了达到平等点需要采取哪些行动。

上述文献描述设置有用于使遥控飞机稳定在盘旋飞行中的自动装置的遥控飞机，且尤其一旦已达到平衡点自动装置用于通过“微调(trimming)”来提供维护这种静止点所需的校正，即通过对平移中的归因于诸如空气移动及传感器偏移的外部影响的变化进行许多小校正来微调。

当以自备方式在盘旋飞行中自动地稳定时，诸如遥控飞机从而允许缺乏经验之人尤其小孩驾驶，然而能够在不需要对传统飞行控制直接作出动作的情况下驾驶旋翼遥控飞机，但替代地受益于基于水平和垂直移动的直观驾驶。遥控飞机的动态移动从而通过如上升、下降、左转或右转、向前移动或向后移动等简单命令被转换成连续平衡点之间的移动，各命令与遥控外壳的特定按钮相关联。当用户释放所有按钮时，则遥控飞机在其已到达的新位置中自动回到盘旋飞行。

本发明的出发点为将该类型遥控飞机的驾驶适配成利用包括倾斜传感器的遥控器。

已知许多设备，尤其便携式电话机，包括倾斜传感器。WO 2005/027550 A1(诺基亚公司)描述这种便携式电话机，其设置有使电话机相对于水平面的倾斜能够关于两个正交轴被检测出的装置。

WO 01/43473 A1(Telbird有限公司)描述如何使用电话机以用于遥控各种动作，例如在屏幕上显示的文字上移动光标。

本发明基于以下观察，包含从一个平衡点转到另一平衡点的移动模式，尽管其针对缺乏经验的用户很大地简化驾驶，但是其不一定是最有效的移动模式。当要求快速移动时尤其如此，例如使在追击游戏中避免移动，在设法瞄准移动目标时使遥控飞机姿势快速改变等。

出于这些原因，遥控飞机可根据背景来驾驶的方式具有较大灵活性是非常期望的，其有可能具有在要求用户对遥控飞机采取更直接的控制的某些情形下更具有反应性的驾驶模式。

出于该目的，本发明提供用于驾驶上述类型遥控飞机的设备，该设备包括：用于检测该设备外壳的倾斜的倾斜检测器；显示多个触摸区的触摸板；用于检测由以下两者发射的信号的装置：由外壳的倾斜检测器发射；和由触摸区发射；以及用于将上述被检测信号转换成驾驶命令以便向遥控飞机传输该驾驶命令的装置。

本发明的特定方式中，该设备还包括由形成激活/停用按钮的触摸区之一控制的装置，以使遥控飞机驾驶模式在以下可选项之间切换：i)遥控飞机的自备稳定器系统被激活的激活模式，在该模式中传输到遥控飞机的该驾驶命令是通过转换由触摸区传递的信号而产生的；以及ii)遥控飞机的自备稳定器系统被停用的停用模式，在该模式中传输到遥控飞机的该驾驶命令是通过转换由外壳的倾斜检测器发射的信号而产生的。

这种设备依赖于完全重新定义控制策略和驾驶命令的人/机界面。

现有技术中的要求由操作员对控制杆或按钮命令采取不同动作的某些驾驶策略现在可由操作员仅通过倾斜本发明的设备按照直观方式来执行：例如，为了控制旋翼遥控飞机以便“向前”移动，用户围绕相应俯仰轴倾斜加速计设备就足够了。

该驾驶模式极具有反应性，但是尽管如此，其引起遥控飞机平衡方面的相对高的非稳定性水平，因此应当仅在必要时使用(例如，在追击情形中执行快速移动时)。

本发明的优点尤其在于能够选择性地激活该模式，即仅当用户期望时激活，在默认驾驶模式为具有遥控飞机的自动及自备稳定的驾驶模式的情况下，遥控飞机的移动则由仅用于在三维中移动其平衡的稳定点的命令来控制。该操作模式良好地适配于追击游戏中的飞行的慢阶段、监视期间或靠近期间等。

为了从一个模式转到另一模式，玩家按压触摸板的激活/停用按钮就足够了，其可完全直观地进行而不用使眼睛离开由遥控飞机中的相机拍摄并显示在设备的屏幕上的场景的图像。

在各子实施例中，这有如下优势：

·该设备包括用于重新初始化设备的基准框架的装置，该装置在每次切换到上述停用模式时被激活；

·该设备是蜂窝电话和/或多媒体播放器类型的便携式多媒体装置；

·触摸板包括用于控制通过与触摸区接触来激活的基本驾驶功能的至少四个触摸区，上述功能选自以下群，该群包括：起飞；着陆；上升；下降；绕轴旋转至右；绕轴旋转至左；向前移动；向后移动；右偏移；以及左偏移；

·该设备包括当驾驶设备上下颠倒时用于造成发生自动紧急着陆的装置；以及

·该设备包括用于将如由遥控飞机机载相机拍摄的图像显示在触摸板上的装置。

本发明还提供驾驶设置有用于在没有任何用户命令下使遥控飞机稳定在盘旋飞行中的自备稳定器系统的遥控飞机的方法，该方法利用如上所述的设备并包括以下步骤：

·检测由触摸区和由外壳的倾斜检测器发射的信号；

·遥控飞机的自备稳定器系统被激活的激活模式中，将由上述触摸区发射的信号转换成驾驶命令；

·替代地，遥控飞机的自备稳定器系统被停用的停用模式中，将由上述外壳的倾斜检测器发射的信号转换成驾驶命令；

·向遥控飞机传输上述驾驶命令；

·在上述激活模式中：

·在没有来自设备的任何驾驶命令的情况下使遥控飞机稳定在盘旋飞行中；以及

·驾驶命令被传输到遥控飞机的情况下，根据上述驾驶命令，将遥控飞机从一个平衡点移动至另一个平衡点；以及

·替代地，在上述停用模式中，由传输到遥控飞机的上述驾驶命令来控制遥控飞机的移动，这些命令对应于通过与上述触摸区接触来激活的基本驾驶命令。

该基本驾驶功能可能具体为选自以下群的功能，该群包括：起飞；着陆；上升；下降；绕轴旋转至右；绕轴旋转至左；向前移动；向后移动；右偏移；以及左偏移。

以下为参考基础附图给出的本发明实施例的描述，该附图为适合于根据本发明通过倾斜上述设备来控制的驾驶设备和遥控飞机的概略视图。

如上所述，遥控飞机通常是小尺寸的飞行机器，诸如有可能包含具有扭矩旋翼的单个旋翼的成比例模型直升机，或者一前一后地具有两个旋翼的“飞行香蕉”直升机，或者具有反向旋转的同轴旋翼的“卡莫夫(Kamof)”直升机，或者实为4旋翼机器，还在以下被称作“四螺旋桨直升机”8(图1)。

根据本发明，预定义基本驾驶功能以用于控制由遥控飞机通过如一个或多个引擎、副翼等的致动器来执行的飞行操作。

在该示例中，这些功能包括俯仰、侧滚、侧滑、以及变化高度。作为提醒，这些功能在以下参考定义基准的正交框架的轴18、21和24来解释：

·俯仰是相对于处于四螺旋桨直升机8的平面中的第一轴18来倾斜遥控飞机。向前俯仰19允许遥控飞机向前移动，而向后俯仰20造成遥控飞机向后移动；

·侧滚是围绕处于四螺旋桨直升机8的平面并垂直于第一轴18的第二轴21倾斜遥控飞机。左侧滚22造成遥控飞机8移动至其左侧，而右侧滚23造成遥控飞机8移动至其右侧；

·侧滑是使遥控飞机8绕着其垂直轴24绕轴旋，左绕轴旋转25造成遥控飞机8转向左侧，右绕轴旋转26造成遥控飞机8转向右侧；以及

·改变高度包括沿着轴24的任何垂直移动，无论在飞行中，即上升或下降、还是为了开始飞行或停止飞行，即起飞或着陆。

除了这些常规基本功能，根据本发明的遥控飞机8能够用于实现如紧急迫降或对目标的模拟开火的特定基本功能的驾驶目的，如下所述地实现这些新功能。

作为概括，这些功能允许执行以下操：起飞、着陆、紧急迫降、上升、下降、绕轴旋转到右侧、绕轴旋转到左侧、向前移动、向后移动、向右偏移、向左偏移、以及对目标的模拟开火。

为了激活这些功能中的至少一个，设备10使用连接到遥控飞机控制装置14的倾斜检测器12。

为了将控制信号传输到遥控飞机8，装置14利用有线或无线技术，例如蓝牙类型(由Bluetooth SIG公司申请的商标)。同样，在另一变体中，装置14与通过无线电中继控制信号的中继发射器15通信。

在该实施例中，通过倾斜控制设备10来控制的基本驾驶功能包括俯仰、侧滚、紧急迫降、以及模拟开火。

相对于控制设备10来显示俯仰轴18、侧滚轴21、以及垂直移动轴24，因为由遥控飞机再现相对于这些轴的设备10的任何倾斜。

作为示例方式，通过相对于俯仰轴18的角度α倾斜控制设备10造成遥控飞机8相对于其自身俯仰轴18的这一角度α的倾斜。

在这种情况下，有可能通过倾斜控制设备10来驾驶遥控飞机，从而实际上，设备10的倾斜等同于倾斜虚拟飞行控制杆。

此外，按照本发明特有的方式来控制某些基本功能。例如，遥控飞机的紧急迫降或对目标的模拟开火分别通过将控制设备10上下颠倒或通过急拉方式水平移动控制设备10来控制。

在该优选实施例中，设备10是便携式多媒体装置，诸如iPhone类型的蜂窝电话或iPod Touch类型的多媒体内容播放器(由美国的Apple公司申请的商标)。

这种设备还可设置有触摸板16，然后触摸板16用于通过倾斜设备来激活/停用驾驶，并用于通过按压虚拟按钮来控制其它基本驾驶功能。更精确地，触摸板16显示需要接触(通常来自拇指)的按钮30，以便通过倾斜设备来激活遥控飞机控制。

该激活按钮尤其用于确保遥控飞机装备有自备稳定器系统时的遥控飞机稳定，使得在没有任何用户命令的情况下，旋翼遥控飞机保持自身平衡，即盘旋。

因此，用户仅需要从激活表面30抬起拇指，使得在没有任何其它驾驶命令的情况下自动系统使该遥控飞机稳定。

换言之，通过使用依赖于来自遥控飞机机载激励器的测量的命令，遥控飞机在空中变得稳定，有如下激励器：加速计、陀螺仪、提供其高度的超声测距器和/或允许其确定速度的摄影机，如上述WO 2009/109711 A2所解释。

这使得更快并更可靠地学习驾驶，因为驾驶命令不再用于稳定遥控飞机而是用于使遥控飞机从一个平衡点移动至另一平衡点。

此外，通过倾斜控制设备来实现停用遥控飞机命令使得有可能消除检测器的任何偏移或误差。

换言之，每次通过倾斜控制设备来激活遥控飞机命令时，重新初始化基准20/21的控制框架。

触摸板显示区32、34、36、38、40及42，使得由这些区的各个区定义的区域用于控制基本驾驶功能。

在类似于视频游戏控制台的方式中，四个区32、34、36和38可与两个互补对中的四个操作相关联，诸如上升(区32)和下降(区34)，或者绕轴旋转到左侧(区36)和绕轴旋转到右侧(区38)。

在这种情况下，这四个区32、34、36和38在触摸板上分组在一起，从而定义对于视频游戏控制棒而言典型的控制区。

此外，单个区40可与着陆或起飞的操作相关联。从而接触该区40使得当遥控飞机在地面上时使其起飞，或者当遥控飞机在飞行时使其着陆。

另外，区42可与遥控飞机的紧急迫降相关联，该紧急迫降比常规着陆更快地发生。

应观察到，根据本发明的设备10的控制屏幕呈现用于驾驶遥控飞机的5个控制按钮，而视频游戏控制台要求用于执行这种控制的8个接触件或控制按钮。

此外，以如下方式放置的5个按钮用于优化遥控飞机的驾驶：通过倾斜设备来激活/停用驾驶的按钮可由右拇指达到，而控制遥控飞机的绕轴旋转和垂直移动的按钮可由左拇指达到，其中中心按钮可由左或右拇指来达到。

作为概括，以及如上所述，根据本发明的方法中的基本驾驶功能可通过如下控制基本驾驶功能的按钮来激活：

这些基本功能与起飞和着陆的自动频率相关联。

“向左转”和“向右转”功能可分别由“绕轴旋转至左”加“逆时针双轮转动”，以及“绕轴旋转至右”加“顺时针双轮转动”来实现，其中“绕轴旋转”功能在盘旋时可应用，以及“双轮转动”功能在平移移动时可应用。

理所当然地，可在不超过本发明范围的情况下实现任何其它相应关系。

在变体实现方案中，某些基本驾驶功能还可通过用拇指在触摸板上产生轨迹来控制，例如：

本发明可包括多个变体。例如，遥控飞机的自动紧急迫降可与设备上

下颠倒的翻转相关联，即绕着轴18作180°的绕轴旋转。

最后，应当观察到，通过倾斜控制设备来驾驶成比例模型可实现成不仅用于直升机或飞机类型的飞行遥控飞机，还可用于船舶、潜水艇、或地面车辆的成比例模型。

在本发明的另一变体中，控制设备用于显示由被驾驶的遥控飞机机载相机拍摄的图像。用于控制目的的触摸板还可显示通过远程传输接收的图像。

最后，在另一变体中，控制设备可利用用于激活/停用诸如对目标的模拟开火的基本驾驶功能的声音识别软件。

Claims (8)

1.一种用于驾驶设置有自备稳定器系统的遥控飞机(8)的设备(10)，所述自备稳定器系统用于使所述遥控飞机在没有任何用户命令的情况下盘旋，所述设备的特征在于其包括：

·倾斜检测器(12)，其用于检测所述设备外壳的倾斜；

·触摸板(16)，其显示多个触摸区(30、32、34、36、38、40、42)；

·用于检测由以下两者发射的信号的装置：

·由所述外壳的所述倾斜检测器(12)发射；或

·由所述触摸区(32、34、36、38、40、42)发射；以及

·用于将所述被检测信号转换成驾驶命令以便向所述遥控飞机传输所述驾驶命令的装置；

所述设备包括由形成激活/停用按钮的一个触摸区(30)来控制的装置，从而造成所述遥控飞机驾驶模式在以下选项之间切换：

·所述遥控飞机的所述自备稳定器系统被激活的激活模式，在所述模式中传输到所述遥控飞机的所述驾驶命令是通过转换由所述触摸区传递的信号而产生的；以及

·所述遥控飞机的所述自备稳定器系统被停用的停用模式，在所述模式中传输到所述遥控飞机的所述驾驶命令是通过转换由所述外壳的所述倾斜检测器发射的信号而产生的。

2.如权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，包括用于重新初始化所述设备的基准框架的装置，所述装置在每次切换到所述停用模式时被激活。

3.如权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，所述设备是蜂窝电话和/或多媒体播放器类型的便携式多媒体装置。

4.如权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，所述触摸板包括用于控制基本驾驶功能的至少四个触摸区(32、34、36、38)，通过接触所述触摸区(32、34、36、38)来激活所述基本驾驶功能，所述功能选自以下群，所述群包括：起飞；着陆；上升；下降；绕轴旋转至右；绕轴旋转至左；向前移动；向后移动；右偏移；以及左偏移。

5.如权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，包括用于在所述驾驶设备(10)翻转成上下颠倒时造成发生自动紧急迫降的装置。

6.如权利要求1所述的设备(10)，其特征在于，包括用于将由所述遥控飞机(8)机载相机拍摄的图像显示在触摸板(16)上的装置。

7.一种用于驾驶设置有自备稳定器系统的遥控飞机(8)的方法，所述稳定器系统用于在没有任何用户命令的情况下使所述遥控飞机稳定在盘旋飞行中，所述方法利用如权利要求1至6的任一项所述的设备，所述设备设置有用于检测所述设备的倾斜的倾斜检测器(12)以及显示多个触摸区(32、34、36、38、40、42)的触摸板(16)，所述方法的特征在于以下步骤：

·检测由所述触摸区和由所述外壳的倾斜检测器发射的信号；

·在所述遥控飞机的自备稳定器系统被激活的激活模式中，将由所述触摸区(32、34、36、38、40、42)发射的信号转换成驾驶命令；

·替代地，在所述遥控飞机的自备稳定器系统被停用的停用模式中，将由所述外壳的倾斜检测器发射的信号转换成驾驶命令；

·向所述遥控飞机传输所述驾驶命令；

·在所述激活模式中：

·在没有来自所述设备的任何驾驶命令的情况下使所述遥控飞机稳定在盘旋飞行中；以及

·当驾驶命令被传输到遥控飞机的情况下，根据所述驾驶命令，将所述遥控飞机从一个平衡点移动至另一个平衡点；以及

·替代地，在所述停用模式中，由传输到所述遥控飞机的所述驾驶命令来控制所述遥控飞机的移动，这些命令对应于通过与所述触摸区(32、34、36、38)接触来激活的基本驾驶命令。

8.如权利要求7所述的驾驶方法，所述基本驾驶功能选自以下群，所述群包括：起飞；着陆；上升；下降；绕轴旋转至右；绕轴旋转至左；向前移动；向后移动；右偏移；以及左偏移。

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