TW201615492A - 飛行器 - Google Patents

Abstract

一種飛行器，包括機身及裝設於機身的多個旋翼、多個驅動裝置和一控制模組。每一旋翼對應與一驅動裝置連接並由該驅動裝置驅動旋轉。控制模組包括陀螺儀與控制器。飛行器由該多個旋翼帶動飛行，飛行器包括垂直飛行狀態、水平飛行狀態及滯空飛行狀態。陀螺儀採集在各飛行狀態下機身的旋轉速度信息並回饋至控制器，控制器依據該旋轉速度信息計算出調節機身旋轉速度所需的驅動力，並進一步回饋至驅動裝置，使驅動裝置輸出調節旋翼轉速的驅動力最終調節機身的旋轉速度。當飛行器在滯空飛行狀態時，機身進行旋轉運動。

Description

飛行器

本發明涉及一種飛行器，尤指一種旋翼直升式飛行器。

具有任意方向飛行和滯空等功能的飛行器，如四旋翼直升式飛行器，已被廣泛應用在航空拍攝、大氣觀測、軍事偵察、險情探測等領域。具有這類功能的飛行器通常是通過控制安裝於其上的旋翼的旋轉速度來實現飛行器的垂直飛行、前後飛行、左右飛行、水平旋轉飛行及滯空等飛行狀態。其中，在滯空飛行狀態，飛行器靜止在空中的一個定點，不產生位移運動，飛行器處於滯空狀態往往是作為進入下一個運動狀態之前的準備動作，而為了維持這種滯空飛行狀態，旋翼必保持高速旋轉。然而，由於高速旋轉的旋翼很難被肉眼發現，或者難以發現其是處於高速旋轉中，容易讓人產生飛行器處於非工作狀態的錯覺，而毫無戒備地靠近，有可能造成不必要的傷害。

鑑於此,有必要提供一種飛行器。該飛行器包括機身及裝設於所述機身的多個旋翼、多個驅動裝置和一控制模組。每一所述旋翼對應與一所述驅動裝置連接並由對應的所述驅動裝置驅動旋轉，所述控制模組包括陀螺儀與控制器，所述飛行器由所述多個旋翼帶動飛行，所述飛行器包括垂直飛行狀態、水平飛行狀態及滯空飛行狀態。所述陀螺儀採集在各飛行狀態下所述機身的旋轉速度信息並回饋至所述控制器，所述控制器依據該旋轉速度信息計算出調節所述機身旋轉速度所需的驅動力，並進一步回饋至所述多個驅動裝置，使所述多個驅動裝置輸出調節相應的所述旋翼轉速的驅動力最終調節所述機身的旋轉速度。當所述飛行器在滯空飛行狀態時，所述機身進行旋轉運動。

相較於現有技術，本發明的飛行器，在其處於滯空飛行狀態時所述機身進行旋轉運動，旋轉中的所述機身具有一定的警示作用，使周圍人群不易靠近而受傷。

下面參照附圖，結合具體實施例對本發明作進一步的描述。

圖1為本發明飛行器一實施方式之立體結構示意圖；

圖2為本發明飛行器之控制模組之結構框圖。

請參閱圖1及圖2。圖1為本發明飛行器一實施方式之立體結構示意圖，圖2為本發明所提供的飛行器結構框圖。

該飛行器10主要用於無人航空拍攝，在本實施例中，該飛行器10為一四旋翼直升式飛行器，包括機身100、機臂104、四個旋翼150及用於驅動該四旋翼150旋轉且與該四旋翼150一一對應連接之四驅動裝置130。該飛行器10的雲台(圖未示)設於所述機身100下方，用於安置負載，如一攝像儀。

所述機臂104自所述機身100向外延伸形成，所述旋翼150及所述驅動裝置130裝設於相應的所述機臂104上。在本實施例中，該驅動裝置130為與所述旋翼150分別連接之驅動馬達。

所述機身100包括頂板101、與頂板101相對設置的底板102及連接該頂板101與底板102之側板103。所述側板103向外延伸形成對稱設置的四個所述機臂104，所述驅動裝置130裝設於所述機臂104末端，所述旋翼150裝設於所述驅動裝置130頂上，每一所述旋翼150分別由與之相對應的所述驅動裝置130獨立控制，所述驅動裝置130提供動力推動所述旋翼150進行旋轉運動。所述飛行器10由所述四旋翼150控制飛行姿態是通過調節各所述旋翼150的旋轉速度分配來實現的。

所述四旋翼150可分為兩組旋翼組，對角設置的兩個所述旋翼150為一組所述旋翼組，該兩組旋翼組以相反的方向旋轉，通過調整各所述旋翼150的旋轉速度分配，可實現所述飛行器的垂直升降、水平飛行、水平旋轉、傾斜飛行、滯空等運動姿態。為了便於說明，將所述四旋翼150按逆時針方向依次另編號為M1、M2、M3、M4，將所述旋翼M1、所述旋翼M2所在的位置定義為左側，所述旋翼M3、所述旋翼M4所在的位置定義為右側，所述旋翼M3、所述旋翼M4所在的位置定義為前方，所述旋翼M1、所述旋翼M4所在的位置定義為后方。其中所述旋翼M1、所述旋翼M3沿逆時針方向旋轉，所述旋翼M2、所述旋翼M4沿順時針方向旋轉。

若同時增加等量的所述四旋翼150的旋轉速度，即，同時增加所述四個驅動裝置130的輸出功率，使所述四旋翼150產生的升力增大，當總升力足以克服所述飛行器10的總重量時，所述飛行器10垂直上升；反之，同時減小等量的所述四旋翼150的旋轉速度，使所述四旋翼150產生的總升力小於所述飛行器10的總重量時，所述飛行器10垂直下降，直至平衡落地；當所述四旋翼150產生的總的升力等於所述飛行器10的重量時，所述飛行器10便處於滯空飛行狀態。

本發明中，當所述飛行器10處於滯空飛行狀態時，該飛行器10的機身100在該滯空位置所在的水平面內作旋轉。此時，每組所述旋翼組的旋轉速度大小相等，即，沿逆時針方向旋轉的所述旋翼M1與所述旋翼M3的旋轉速度大小相等，沿順時針方向旋轉的所述旋翼M2與所述旋翼M4的旋轉速度大小相等，但該兩組旋翼組的旋轉速度大小不同，而所述四旋翼150的大小均保持不變。若逆時針方向旋轉的一組旋翼組旋轉速度較大，則所述機身100沿順時針方向旋轉；反之，則所述機身100沿逆時針方向旋轉。可以理解，所述機身100的旋轉帶動整個所述飛行器10亦在該滯空位置所在的水平面內作旋轉。在滯空狀態下，旋轉方向剛好相反該兩組旋翼組的旋轉速度大小不同，所述機身100只沿著豎直方向的軸作旋轉運動，即只在一個維度上作旋轉而在其它維度上相對靜止。在本實施例中，所述機身100在水平面上作勻速旋轉運動，即沿著豎直方向的軸作360度勻速旋轉。在其它實施例中，所述機身100也以間斷旋轉或定角度旋轉的方式運動，間斷旋轉運動是指所述機身100沿著一個方向間斷式地旋轉。定角度旋轉運動是指所述機身100沿一個方向以轉過預定的角度后，沿相反的方向再轉動相等的角度，如此往復。

若使所述旋翼M1、M2旋轉速度一致，所述旋翼M3、M4速度一致，但所述旋翼M1與所述旋翼M2構成的旋翼組與所述旋翼M3與所述旋翼M4構成的旋翼組的旋轉速度大小不同，可實現所述飛行器10的向左或向右運動；若使所述旋翼M1、M4旋轉速度一致，所述旋翼M2、M3旋轉速度一致，但所述旋翼M1與所述旋翼M4構成的旋翼組與所述旋翼M2與所述旋翼M3構成的旋翼組的的旋轉速度大小不同，可實現所述飛行器10向前或向後運動；若使對角的兩組旋翼組，即所述旋翼M1與所述旋翼M3構成的旋翼組與所述旋翼M2與所述旋翼M4構成的旋翼組的旋轉速度一致，但其中一組旋翼組速度發生變化時，可實現所述飛行器10的水平旋轉運動。

在其它實施例中，所述機臂104也可以為六支或者八支，相應地裝設於所述機臂104末端的所述旋翼150為六個或者八個，不管是六個所述旋翼150還是八個所述旋翼150，其工作機理與四個所述旋翼150的相同。

請一併參閱圖2，圖2為本發明飛行器之控制模組之功能框圖。該飛行器10進一步包括內置於該機身100內之控制模組105，該控制模組105用於控制該驅動裝置130，從而改變相應所述旋翼150之旋轉狀態。該控制模組105包括控制器110、平衡控制模組120、警報偵測模組140。所述控制器110、所述平衡控制模組120及所述警報偵測模組140裝設於所述機身100上。

所述平衡控制模組120用於維持所述機身100的平穩狀態，包括陀螺儀121、加速儀122及磁羅盤123，所述陀螺儀121用來採集所述機身100的旋轉速度信息，以控制所述機身100在飛行過程中的旋轉速度。所述加速儀122用來測試加速度從而有助於穩定所述機身100的平衡。所述磁羅盤123主要用於測量地磁角以標示機頭方向。

在本實施例中，所述陀螺儀121控制所述機身100的旋轉速度，是通過如下方式實現的：所述飛行器10在工作過程中，所述機身100會由於角動力不平衡而旋轉或者由於角動力平衡而靜止不旋轉，所述陀螺儀121將採集的所述機身100的旋轉速度信息回饋至所述控制器110，所述控制器110經過計算得到用於調節所述機身100的旋轉速度所需的驅動力，再將計算結果轉化成控制信號輸出至所述驅動裝置130，所述驅動裝置130根據所述控制器110的控制信號驅動所述旋翼150旋轉，從而使各所述旋翼150的旋轉速度大小發生改變，各所述旋翼150的旋轉給所述飛行器10提供升力，以控制所述飛行器10的運動姿態及所述機身100的旋轉速度。其中，所述控制器110輸出四個控制信號至相應的各所述驅動裝置130。本發明中，通過所述陀螺儀121的調節作用，使所述機身100以一預先設定的旋轉速度沿豎直方向的軸進行旋轉，既能夠避免所述機身100進行無規則的高速旋轉，亦不允許所述機身100處於靜止不動的狀態在本發明中，所述機身100的旋轉速度是遠遠低於所述旋翼150的旋轉速度的，以使得肉眼可以清楚地辨別所述機身100正在進行旋轉運動。

所述飛行器10上還配合安裝所述警報偵測模組140以隨時注意周圍異常狀態。本發明中，所述警報偵測模組140包括三個警報偵測器，分別為裝設於所述頂板101的上警報偵測器141、裝設於所述底板102的下警報偵測器142及裝設於所述側板103與行進方向一致的前警報偵測器143，所述上警報偵測器141和所述下警報偵測器142始終偵測所述飛行器10的上方區域和下方區域，所述前警報偵測器143在所述飛行器處於行進過程中偵測其前方區域。當所述飛行器10處於滯空狀態時，所述機身100的進行旋轉運動，使得所述前警報偵測器143跟隨所述機身100進行旋轉運動，由此，將所述前警報偵測器143的單向偵測擴張成環形360度偵測的結果。該飛行器10無需設置更多的警報偵測器來實現全方位的偵測。當偵測到靠近異物時，該警報偵測模組140發出警報信號輸出至該控制器110，該控制器110發出控制信號控制該驅動裝置130改變所述旋翼150的旋轉狀態，從而改變飛行線路，避開異物。

另外，在所述機身100旋轉的過程中，裝設於所述機身100內的所述磁羅盤123亦將隨著所述機身100旋轉，可進行旋轉偵測標示各角度的異物狀態，其與所述警報偵測模組140配合對所述飛行器10的周圍進行異物偵測，使偵測結果更準確。在其它實施例中，所述機身100的旋轉方式也可以是間斷旋轉或者定角度旋轉。當所述機身100採用定角度旋轉方式時，所述機身100在預定的角度範圍內沿豎直方向的軸往復運動，所述前警報偵測器143的數量依據所述機身100的旋轉角度來增加，以能實現360度全方位偵測為准。例如，當所述機身100作定角度旋轉運動時，或預定的旋轉角度為120度，則所述前警報偵測器143的數量為三個，並等距間隔設置於所述機身100的所述側板103上。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限製本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧飛行器

100‧‧‧機身

101‧‧‧頂板

102‧‧‧底板

103‧‧‧側板

104‧‧‧機臂

105‧‧‧控制模組

110‧‧‧控制器

120‧‧‧平衡控制模組

121‧‧‧陀螺儀

122‧‧‧加速儀

123‧‧‧磁羅盤

130‧‧‧驅動裝置

140‧‧‧警報偵測模組

141‧‧‧上警報偵測器

142‧‧‧下警報偵測器

143‧‧‧前警報偵測器

150、M1-M4‧‧‧旋翼

無

10‧‧‧飛行器

100‧‧‧機身

101‧‧‧頂板

102‧‧‧底板

103‧‧‧側板

104‧‧‧機臂

105‧‧‧控制模組

110‧‧‧控制器

120‧‧‧平衡控制模組

121‧‧‧陀螺儀

122‧‧‧加速儀

123‧‧‧磁羅盤

130‧‧‧驅動裝置

140‧‧‧警報偵測模組

141‧‧‧上警報偵測器

142‧‧‧下警報偵測器

143‧‧‧前警報偵測器

150、M1-M4‧‧‧旋翼

Claims (10)

1. 一種飛行器，包括機身及裝設於所述機身的多個旋翼、多個驅動裝置和一控制模組，每一所述旋翼對應與一所述驅動裝置連接並由對應的所述驅動裝置驅動旋轉，所述控制模組包括陀螺儀與控制器，所述飛行器由所述多個旋翼帶動飛行，所述飛行器包括垂直飛行狀態、水平飛行狀態及滯空飛行狀態，所述陀螺儀採集在各飛行狀態下所述機身的旋轉速度信息並回饋至所述控制器，所述控制器依據該旋轉速度信息計算出調節所述機身旋轉速度所需的驅動力，並進一步回饋至所述多個驅動裝置，使所述多個驅動裝置輸出調節相應的所述旋翼轉速的驅動力最終調節所述機身的旋轉速度，當所述飛行器在滯空飛行狀態時，所述機身進行旋轉運動。
2. 如請求項1所述的飛行器，其中：在滯空飛行狀態下，所述機身的旋轉速度低於所述旋翼的旋轉速度。
3. 如請求項1所述的飛行器，其中，所述機身做勻速旋轉運動或間斷旋轉運動或定角度旋轉運動。
4. 如請求項1所述的飛行器，其中，所述機身包括頂板、與所述頂板相對的底板及連接所述頂板與所述底板的側板，所述飛行器進一步包括分別裝設於所述頂板與所述底板的一上警報偵測器和一下警報偵測器，以及裝設於所述側板的至少一前警報偵測器。
5. 如請求項4所述的飛行器，其中，每一所述前警報偵測器均隨著所述機身旋轉以偵測所述飛行器的四周。
6. 如請求項4所述的飛行器，其中，所述至少一前警報偵測器的數量為一個，且隨著所述機身做勻速旋轉運動或間斷旋轉運動。
7. 如請求項1所述的飛行器，其中，所述多個旋翼為四個，所述四旋翼分為旋轉方向相反的兩組，通過各所述驅動裝置對應調節各所述旋翼的旋轉速度大小，使所述飛行器執行垂直飛行狀態、水平飛行狀態及滯空飛行狀態。
8. 如請求項7所述的飛行器，其中，每組所述旋翼對角設置，在滯空飛行狀態下，旋轉方向相同的二所述旋翼旋轉速度相等，旋轉方向不同的各所述旋翼旋轉速度大小不相等。
9. 如請求項1所述的飛行器，其中，所述控制模組包括警報偵測模組、平衡控制模組及所述控制器，所述警報偵測模組包括一上警報偵測器、一下警報偵測器及至少一前警報偵測器，所述上警報偵測器、所述下警報偵測器及所述至少一前警報偵測器將偵測信號輸出至所述控制器，所述平衡控制模組用於維持所述機身的平穩狀態，並發出相應的信息回饋至所述控制器。
10. 如請求項9所述的飛行器，其中，所述平衡控制模組包括加速儀、磁羅盤及所述陀螺儀。