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无人飞行器

阅读：334发布：2021-02-25

IPRDB可以提供无人飞行器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明的技术目的是提供一种能够在保持姿势稳定的同时移动位置的无人飞行器。为此，本发明的无人飞行器包括：主体部；多个螺旋桨发动机，它们的转速通过主体部控制；支撑件，其从主体部伸出以支撑多个螺旋桨发动机；螺旋桨，其轴向联接至多个螺旋桨发动机以便产生推力；以及倾斜部件，其用于使每个螺旋桨的旋转轴线相对于主体部倾斜。，下面是无人飞行器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种无人飞行器，其包括：

主体单元；

多个螺旋桨发动机，它们的转速通过主体单元调节；

支撑件，其从主体单元伸出以支撑多个螺旋桨发动机；

螺旋桨，其轴向联接至多个螺旋桨发动机并输出推力；以及倾斜单元，其使螺旋桨的旋转轴相对于主体单元倾斜。

2.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中，每个倾斜单元的旋转轴线都垂直于每个螺旋桨的旋转轴。

3.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中，每个倾斜单元都具有单个旋转轴线或多个旋转轴线。

4.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中，每个倾斜单元都设置在每个支撑件与每个螺旋桨发动机之间。

5.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中，每个支撑件都具有两个分割部分，并且每个倾斜单元都连接至每个分割部分。

6.根据权利要求1所述的无人飞行器，其中，主体单元包括：主体，其限定外形；

通信模块，其设置在主体中并且与外部遥控器通信；

控制模块，其设置在主体中并且控制多个螺旋桨发动机；

传感器模块，其设置在主体中并且包括摄像机；以及电池，其设置在主体中并且给通信模块、控制模块和传感器模块供电；并且控制模块还包括控制倾斜单元的倾斜控制单元。

7.根据权利要求1所述的无人飞行器，其还包括：在无人飞行器在空中时保持主体单元的水平姿势的水平状态保持单元。

8.根据权利要求7所述的无人飞行器，其中水平状态保持单元包括：设置在主体单元上的飞轮发动机；以及轴向联接至飞轮发动机的飞轮。

9.根据权利要求8所述的无人飞行器，其中，飞轮的旋转轴线垂直于主体单元的上表面。

说明书全文

无人飞行器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种无人飞行器。

背景技术

[0002] 通常，无人飞行器也称为“无人驾驶飞机”，是一种无人驾驶的飞行器，其为直升飞机的形式，并且在由无线电波引导时在没有人类驾驶员的情况下飞行，最初无人飞行器出于军事目的被开发，但是最近无人飞行器被用于各种各样的目的，例如高空航拍和空投。

[0003] 如图1所示，无人飞行器包括：主体单元10，其装配有用于控制飞行操作的主板等；多个发动机20，它们的转速通过主板调节；支撑框架30，其径向偏离主体单元10以支撑多个发动机20；以及螺旋桨40，其分别联接至多个发动机20的旋转轴并输出推力。

[0004] 例如，多个支撑框架30可以包括沿着主体单元10的圆周间隔设置的第一、第二、第三和第四支撑框架31、32、33和34，多个发动机20可以包括分设置在第一、第二、第三和第四支撑框架31、32、33和34的端部部分的第一、第二、第三和第四发动机21、22、23和24，并且多个螺旋桨40可以包括分别联接至第一、第二、第三和第四发动机21、22、23和24的旋转轴的第一、第二、第三和第四螺旋桨41、42、43和44。

[0005] 下文，将参照图1和图2来描述相关领域中无人飞行器的操作。

[0006] 图2为示出了相关技术中无人飞行器的位置移动原理的视图。

[0007] 首先，描述无人飞行器在空中的状态下的位置移动。如图2所示，由第三发动机23产生的第三螺旋桨43的推力(用53表示)被调节至高于由第一发动机21产生的第一螺旋桨41的推力(用51表示)，使得无人飞行器的姿势朝向第一发动机向下倾斜(用60表示，图2中向左)，并且无人飞行器的位置平移移动(用70表示)。

[0008] 另外，描述如何保持无人飞行器在空中的状态下的水平姿势。如图1所示，可以在同样调节发动机20的转速的同时，在无人飞行器下降时通过降低转速来保持无人飞行器的水平姿势，而在无人飞行器上升时通过增大转速来保持无人飞行器的水平姿势。

[0009] 然而，相关技术中的无人飞行器具有下述问题。

[0010] 存在如下问题：在无人飞行器平移移动(图2中用“70”表示)时，不可避免地出现额外不希望的旋转运动(俯仰，在图2中用“60”表示)。例如，存在如下问题：在许多无人飞行器飞行情况下的集体飞行期间调节位于前后方向、上下方向或左右方向的无人飞行器之间的距离和高度的情况下，因旋转运动(用60表示)存在碰撞风险；在允许无人飞行器与另一个无人飞行器在空中对接时，对接所需的时间长，并且由于旋转运动(用60表示)存在碰撞风险；或者，在进行空中与地面之间的各种任务或操作(例如航拍)时，由于位置移动造成的旋转运动，难以精确地操作无人飞行器，因而操作时间增加。

[0011] 另外，还存在如下问题：由于仅通过控制发动机20的转速来保持无人飞行器的姿势，因此在发生干扰时(即，受到外力时)，无人飞行器的姿势无法恢复原姿势。

发明内容

[0012] [技术问题]

[0013] 本发明的技术目的是提供一种能够在保持姿势稳定的同时进行位置移动的无人飞行器。

[0014] 本发明的另一技术目的是提供一种即使受到外力也能够保持姿势稳定的无人飞行器。

[0015] [技术方案]

[0016] 为了实现上述目的，根据本发明的示例性实施方式的无人飞行器包括：主体单元；多个螺旋桨发动机，它们的转速通过主体单元调节；支撑件，其从主体单元伸出以支撑多个螺旋桨发动机；螺旋桨，其轴向联接至多个螺旋桨发动机并输出推力；以及倾斜单元，其使螺旋桨的旋转轴相对于主体单元倾斜。

[0017] 每个倾斜单元的旋转轴线都可以垂直于每个螺旋桨的旋转轴。

[0018] 每个倾斜单元都可以具有单个旋转轴线或多个旋转轴线。

[0019] 每个倾斜单元都可以设置在每个支撑件与每个螺旋桨发动机之间。

[0020] 每个支撑件都可以具有两个分割部分，并且每个倾斜单元都可以连接至每个分割部分。

[0021] 主体单元可以包括：主体，其限定外形；通信模块，其设置在主体中并且与外部遥控器通信；控制模块，其设置在主体中并且控制多个螺旋桨发动机；传感器模块，其设置在主体中并且包括摄像机；以及电池，其设置在主体中并且给通信模块、控制模块和传感器模块供电；并且控制模块还包括控制倾斜单元的倾斜控制单元。

[0022] 根据本发明的示例性实施方式的无人飞行器还可以包括在无人飞行器在空中时保持主体单元的水平姿势的水平状态保持单元。

[0023] 水平状态保持单元可以包括：设置在主体单元上的飞轮发动机；以及轴向联接至飞轮发动机的飞轮。

[0024] 飞轮的旋转轴线可以垂直于主体单元的上表面。

[0025] [效果]

[0026] 如上所示，根据本发明的示例性实施方式的无人飞行器具有下述效果。

[0027] 根据本发明的示例性实施方式，提供包括用于使螺旋桨的旋转轴相对于主体单元倾斜的倾斜单元的技术构造，使得在不使主体单元倾斜的情况下借助于通过倾斜单元旋转的螺旋桨能够进行位置移动，结果可以在保持主体单元的姿势稳定的同时移动无人飞行器的位置。因此，例如，在许多无人飞行器飞行情况下的集体飞行期间调节位于前后方向、上下方向或左右方向的无人飞行器之间的距离和高度的情况下，由于主体单元不倾斜，因此可以提高无人飞行器对抗碰撞的稳定性；在无人飞行器与另一个无人飞行器在空中对接的情况下，由于主体单元不倾斜，因此可以提高对接精度并减小对接所需的时间；在进行空中与地面之间的各种任务或操作(例如航拍)的情况下，由于主体单元不倾斜，因此可以提高操作精度并减少操作时间；特别是可以通过减少进行拍摄时的几何失真来提高拍摄图像的质量。

[0028] 另外，根据本发明的示例性实施方式，进一步包括水平状态保持单元，因此即使因干扰而受到外力，也可以保持姿势稳定。

附图说明

[0029] 图1为示意性示出相关技术中的无人飞行器的立体图。

[0030] 图2为示出图1中的无人飞行器的位置移动原理的视图。

[0031] 图3为示意性示出根据本发明的示例性实施方式的无人飞行器的立体图。

[0032] 图4为示意性示出图3中的无人飞行器的主体单元的视图。

[0033] 图5为示出图3中的无人飞行器的位置移动原理的实例的视图。

[0034] 图6为示出图3中的无人飞行器的位置移动原理的另一实例的视图。

[0035] 图7为示意性示出根据本发明的另一个示例性实施方式的无人飞行器的立体图。

[0036] 图8为示意性示出根据本发明的又一个示例性实施方式的无人飞行器的立体图。

[0037] 图9为示意性示出根据本发明的再一个示例性实施方式的无人飞行器的立体图。

[0038] 图10为示出操作图9中的无人飞行器的操控模式的状态的视图。

[0039] 图11为示出操作图9中的无人飞行器的姿势保持模式的状态的视图。

[0040] 图12为示出图9中的无人飞行器的姿势保持模式的姿势稳定原理的视图。

具体实施方式

[0041] 下文，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式，使得本发明所属技术领域的技术人员可以容易地实施示例性实施方式。然而，本发明可以通过各种不同方式实施，并且不限于本文所述的示例性实施方式。

[0042] 图3为示意性示出根据本发明的示例性实施方式的无人飞行器的立体图，图4为示意性示出图3中的无人飞行器的主体单元的剖视图。

[0043] 如图3和图4所示，根据本发明的示例性实施方式的无人飞行器包括主体单元110、多个螺旋桨发动机120、多个支撑件130、多个螺旋桨140以及多个倾斜单元150。下文，仍将参照图3和图4来详细描述组成元件。

[0044] 如图3所示，主体单元110定位在多个支撑件130的中心并且用于控制多个螺旋桨发动机120和多个倾斜单元150。例如，如图4所示，主体单元110可以包括主体111、通信模块112、控制模块113、传感器模块114和电池115。

[0045] 主体111用于限定主体单元110的外形，通信模块112设置在主体111中并且用于与外部遥控器(未示出)等通信，控制模块113设置在主体111中并且用于控制多个螺旋桨发动机120，传感器模块114设置在主体111中，包括摄像机或GPS，并用于允许进行各种操作，并且电池115设置在主体111中并且用于给通信模块112、控制模块113和传感器模块114供电。另外，控制模块113还可以包括控制倾斜单元150的倾斜控制单元113a。

[0046] 多个螺旋桨发动机120的转速通过控制模块113调节，并且多个螺旋桨发动机120从主体单元110的电池115通过线束(未示出)等供电而旋转。例如，如图3所示，在无人飞行器为四旋翼式无人飞行器的情况下，多个螺旋桨发动机120可以包括第一、第二、第三和第四螺旋桨发动机121、122、123和124。为了便于描述，将四旋翼式无人飞行器作为示例描述，并且本发明的技术可以用于所有三旋翼式、五旋翼式、六旋翼式以及八旋翼式无人飞行器。

[0047] 支撑件130从主体单元110伸出以支撑螺旋桨发动机120。例如，如图3所示，在无人飞行器为四旋翼式无人飞行器的情况下，多个支撑件130可以包括第一、第二、第三和第四支撑件131、132、133和134，以便支撑第一、第二、第三和第四螺旋桨发动机121、122、123和124。

[0048] 螺旋桨140分别轴向联接至螺旋桨发动机120，并且用于输出推力。例如，如图3所示，在无人飞行器为四旋翼式无人飞行器的情况下，多个螺旋桨140可以包括轴向联接至第一、第二、第三和第四螺旋桨发动机121、122、123和124的第一、第二、第三和第四螺旋桨141、142、143和144。

[0049] 倾斜单元150用于分别使螺旋桨140的旋转轴140a相对于主体单元110倾斜。尽管未示出，但倾斜单元150包括限定倾斜单元150的旋转轴线150a的倾斜轴(未示出)以及使旋转轴140a关于倾斜轴倾斜的倾斜发动机(未示出)。另外，如图3所示，在无人飞行器为四旋翼式无人飞行器的情况下，多个倾斜单元150可以包括使第一、第二、第三和第四螺旋桨141、142、143和144的旋转轴140a倾斜的第一、第二、第三和第四倾斜单元151、152、153和
154。

[0050] 特别地，每个倾斜单元150的旋转轴线150a都可以垂直于每个螺旋桨140的旋转轴140a。也就是说，第一、第二、第三和第四倾斜单元151、152、153和154的旋转轴线150a都分别可以垂直于第一、第二、第三和第四螺旋桨141、142、143和144的旋转轴140a。在第一、第二、第三和第四倾斜单元151、152、153和154的旋转轴线150a被设定为分别垂直于第一、第二、第三和第四螺旋桨141、142、143和144的旋转轴140a的情况下，可以简化控制模块113的算法。

[0051] 另外，如图3所示，倾斜单元150可以设置在支撑件130和螺旋桨发动机120之间。例如，第一倾斜单元151可以设置在第一支撑件131和第一螺旋桨发动机121之间，第二倾斜单元152可以设置在第二支撑件132和第二螺旋桨发动机122之间，第三倾斜单元153可以设置在第三支撑件133和第三螺旋桨发动机123之间，并且第四倾斜单元154可以设置在第四支撑件134和第四螺旋桨发动机124之间。

[0052] 另外，每个倾斜单元150的旋转轴线150a都可以放置为垂直于每个支撑件130的纵向方向。因此，每个螺旋桨140的旋转轴140a可以朝向主体单元110倾斜，或者可以在主体单元110的径向方向上相反地倾斜。

[0053] 下文，将参照图5和图6来描述根据本发明的示例性实施方式移动无人飞行器的原理。

[0054] 图5为示出图3中的无人飞行器的位置移动原理的实例的视图，图6为示出图3中的无人飞行器的位置移动原理的另一实例的视图。

[0055] 作为示例，如图5所示，当外部遥控器(未示出)通过通信模块112向控制模块113输入向左移动(图5中向左)的指令时，第一倾斜单元151旋转，使得第一螺旋桨141的旋转轴140a通过控制模块113的倾斜控制单元113a而从右上侧向左下侧(基于图5)倾斜，并且第一和第三螺旋桨发动机121和123通过控制模块113而旋转，使得根据第一和第三螺旋桨141和
143的角速度的力的垂直分量VF1和VF3变得彼此基本相等。因此，由于第一螺旋桨141产生的力的垂直分量VF1与第三螺旋桨143产生的垂直分量VF3基本相等，因此无人飞行器保持大致水平，并且无人飞行器通过第一螺旋桨141产生的力的水平分量HF1而向左(在图5中向左)平移移动(用HF1表示)。

[0056] 作为另一实例，如图6所示，当外部遥控器通过通信模块112向控制模块113输入向左(图6中向左)运动的指令时，第一和第三倾斜单元151和153旋转，使得第一和第三螺旋桨141和143的旋转轴140a通过控制模块113的倾斜控制单元113a而从右上侧向左下侧倾斜(基于图6)，并且第一和第三螺旋桨发动机121和123通过控制模块113而旋转，使得根据第一和第三螺旋桨141和143的角速度的力的垂直分量VF1和VF3变得彼此基本相等。因此，由于第一螺旋桨141产生的力的垂直分量VF1与第三螺旋桨143产生的力的垂直分量VF3基本相等，因此无人飞行器被水平保持，并且无人飞行器通过第一和第三螺旋桨141和143产生的力的水平分量HF1和HF3而向左(在图6中向左)平移移动(用HF1和HF3表示)。

[0057] 下文，将参照图7来描述根据本发明的另一个示例性实施方式的无人飞行器。

[0058] 图7为示意性示出根据本发明的另一个示例性实施方式的无人飞行器的立体图。

[0059] 如图7所示，由于除了倾斜单元250之外，根据本发明的另一个示例性实施方式的无人飞行器与本发明的上述示例性实施方式的无人飞行器相同，因此下文将主要描述倾斜单元250。

[0060] 每个倾斜单元250的旋转轴线250a可以放置在与每个支撑件130的纵向方向相同的方向上。因此，除了每个螺旋桨140的旋转轴140a关于每个支撑件130的纵向方向上的轴线倾斜之外，无人飞行器在通过螺旋桨140产生的力的垂直分量和水平分量的组合被水平地保持的同时平移移动的原理与本发明的上述示例性实施方式中描述的原理相同。

[0061] 另外，如图7所示，单个旋转轴线250a可以设置在每个倾斜单元250处，尽管未示出，但可以在每个倾斜单元250处设置多个旋转轴线250a。

[0062] 下文，将参照图8来描述根据本发明的又一个示例性实施方式的无人飞行器。

[0063] 图8为示意性示出根据本发明的又一个示例性实施方式的无人飞行器的立体图。

[0064] 如图8所示，由于除了支撑件330和倾斜单元350之外，根据本发明的又一个示例性实施方式的无人飞行器与本发明的上述示例性实施方式的无人飞行器相同，因此下文将主要描述支撑件330和倾斜单元350。

[0065] 如图8所示，每个支撑件330都可以具有两个分割部分330，并且每个倾斜单元350可以连接至分割部分330a。因此，除了每个倾斜单元350设置在每个支撑件330的分割部分330a处之外，无人飞行器在通过螺旋桨140产生的力的垂直分量和水平分量的组合被水平地保持的同时平移移动的原理与本发明的上述示例性实施方式中描述的原理相同。

[0066] 下文，将参照图9至图12来描述根据本发明的再一个示例性实施方式的无人飞行器。

[0067] 图9为示意性示出根据本发明的再一个示例性实施方式的无人飞行器的立体图，图10为示出操作图9中的无人飞行器的操控模式的状态的视图，图11为示出操作图9中的无人飞行器的姿势保持模式的状态的视图，并且图12为示出图9中的无人飞行器的姿势保持模式的姿势稳定原理的视图。

[0068] 如图9所示，由于除了主体单元110还具有水平状态保持单元160之外，根据本发明的再一个示例性实施方式的无人飞行器与本发明的上述示例性实施方式的无人飞行器相同，因此将主要描述水平状态保持单元160。

[0069] 水平状态保持单元160用于在无人飞行器在空中的状态下即使因干扰而受到外力也保持主体单元110的水平姿势。例如，如图9所示，水平状态保持单元160可以包括飞轮发动机161和飞轮162，以产生动量。

[0070] 飞轮发动机161可以设置在主体111的上表面或下表面上，并且飞轮162可以轴向联接至飞轮发动机161并且通过飞轮发动机161旋转。另外，飞轮162的旋转轴线可以与主体111的上表面垂直。

[0071] 下文，将参照图10至图12来描述水平状态保持单元160的姿势稳定原理。

[0072] 在使无人飞行器移动的操纵模式下，如图10所示，飞轮162的旋转被停止。因此，飞轮162的动量没有产生，结果可以通过使用螺旋桨140的推力来移动无人飞行器。

[0073] 在位置保持模式中，如图11所示，通过高速旋转飞轮162产生动量(用90表示)。在这种情况下，如图12所示，在因产生外力(Y轴)而干扰(用91表示)无人飞行器的姿势的情况下，通过回转力的原理产生转矩(用92表示)，并且相应地产生的姿势变化(X轴)与动量(用90表示)耦合，从而产生恢复初始干扰姿势(用91表示)的回转力(用93表示)，结果可以稳定地保持姿势。该原理与顶部通过相对于外力产生恢复力而保持姿势时的原理相同。

[0074] 如上所述，根据本发明的示例性实施方式的无人飞行器可以具有下述效果。

[0075] 根据本发明的示例性实施方式，提供包括用于使螺旋桨140的旋转轴140a相对于主体单元110倾斜的倾斜单元150、250和350的技术构造，使得在不使主体单元110倾斜的情况下借助于通过倾斜单元150、250和350旋转的螺旋桨140来实现位置移动，结果可以在保持主体单元110的姿势稳定的同时移动无人飞行器的位置。

[0076] 因此，例如，在许多无人飞行器飞行情况下的集体飞行期间调节位于前后方向、上下方向或左右方向的无人飞行器之间的距离和高度的情况下，由于主体单元不倾斜，因此可以提高无人飞行器对抗碰撞的稳定性；在无人飞行器与另一个无人飞行器在空中对接的情况下，由于主体单元不倾斜，因此可以提高对接精度并减小对接所需的时间；在进行空中与地面之间的各种任务或操作(例如航拍)的情况下，由于主体单元不倾斜，因此可以提高操作精度并减少操作时间；特别是可以通过减少进行拍摄时的几何失真来提高拍摄图像的质量。

[0077] 另外，根据本发明的示例性实施方式，还包括水平状态保持单元160，结果即使因干扰而受到外力也可以保持姿势稳定。

[0078] 尽管上文描述了本发明的优选实例，但是本发明的权利范围并不限于上述实例，并且应清楚地懂得的是本领域技术人员使用权利要求中限定的本发明的基本构思进行的许多变化和修改也将属于本发明的权利范围。

[0079] 工业实用性

[0080] 本发明具有工业实用性，因为本发明的无人飞行器可以用于军事目的、高空航拍、空投等。

标题	发布/更新时间	阅读量
宇宙飞碟-专利编号CN106184772A	2020-05-11	691
宇宙轨-专利编号CN103909937A	2020-05-11	390
宇宙航母-专利编号CN102249007A	2020-05-11	963
宇宙飞碟-专利编号CN106494627A	2020-05-11	297
宇宙仪-专利编号CN106297533A	2020-05-13	213
宇宙星盘-专利编号CN85109214A	2020-05-12	135
宇宙飞球-专利编号CN106143905A	2020-05-13	1088
宇宙航母-专利编号CN104875886A	2020-05-13	556
宇宙飞碟-专利编号CN1107113A	2020-05-12	278
宇宙星盘-专利编号CN85109214B	2020-05-12	475

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