CN105661785B - 一种飞行遮阳伞及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行遮阳伞及其控制方法，飞行遮阳伞包含遮阳伞本体、涵道风扇、导流模块、控制模块、电源模块、无线通信模块、姿态传感模块、GPS接收机和摄像头；涵道风扇包含风扇本体、涵道外壳和涵道气流分配模块；涵道气流分配模块包含第一至第三涵道调节舵机、涵道调节环、以及若干沿涵道外壳出风口周向均匀设置的涵道挡风板。工作时，首先根据GPS接收机、姿态传感模块、摄像头的输入数据计算出遮阳伞进行遮阳的移动路线；然后控制第一至第三涵道调节舵机以及各个导流舵机工作，使得遮阳伞根据遮阳的移动路线移动到指定点后进行悬浮。本发明利用自身动力自主飞行，避免了手持或者固定的烦恼，同时避免了疲劳和遮挡视线的问题。

Description

一种飞行遮阳伞及其控制方法

技术领域

本发明涉及遮阳伞领域，尤其涉及一种飞行遮阳伞及其控制方法。

背景技术

炎炎夏日，一把遮阳伞可以有效的阻挡紫外线，起到美白防晒的效果。不过，现有手持式遮阳伞还有很多缺陷：

1. 使用过程中需要用手拿着，占用一只手，无法完成一些需要双手的操作，比如骑自行车；

2. 单手持伞，久了以后会出现疲劳不适；

3. 遮阳功能要求伞面不透明，遮挡使用者的视线，容易造成交通意外。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种飞行遮阳伞及其控制方法，利用涵道风扇驱动空气，通过气流和伞面间科恩达效应获得升力飞行，并保持在正确的遮阳位置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种飞行遮阳伞，包含遮阳伞本体、涵道风扇、导流模块、控制模块、电源模块、无线通信模块、姿态传感模块、GPS接收机和摄像头；

所述遮阳伞本体包含伞面、伞骨和伞柄；

所述涵道风扇设置在伞柄的顶端，包含风扇本体、涵道外壳和涵道气流分配模块；

所述风扇本体设置在涵道外壳内；

所述涵道外壳的进风口背向伞面、出风口面向伞面；

所述涵道气流分配模块包含第一至第三涵道调节舵机、涵道调节环、以及若干沿涵道外壳出风口周向均匀设置的涵道挡风板；

所述涵道挡风板的一边和涵道外壳的下端铰接，背面通过一连接杆与所述涵道调节环铰接；

所述第一至至第三涵道调节舵机沿涵道外壳周向均匀设置，其与输出轴固定相连的力臂均通过一连接杆与涵道调节环铰接；

所述导流模块包含若干导流单元，所述导流单元包含导流舵机和导流板；

所述导流舵机设置在伞骨上，输出轴与导流板固定相连，用于调整导流板的导流角度；

所述无线通信模块设置在伞柄内部，用于接收指令并将其传递给所述控制模块；

所述GPS接收机用于获取遮阳伞的坐标并将其传递给所述控制模块；

所述摄像头设置在伞柄上，用于获取使用者的头部图像，并将其传递给所述控制模块；

所述姿态传感模块包含高度计、三轴加速度计、三轴陀螺仪和电子罗盘，用于获得遮阳伞的高度、其在X、Y、Z轴三个方向的加速度和角加速度、以及磁数据；

所述控制模块分别和风扇本体、电源模块、第一至第三涵道调节舵机、无线通信模块、高度计、三轴加速度计、三轴陀螺仪、电子罗盘、GPS接收机、摄像头、以及各个导流舵机相连；

所述控制模块包含航线计算单元和飞行控制单元；

所述航线计算单元用于根据GPS接收机、姿态传感模块、摄像头的输入数据计算出遮阳伞进行遮阳的移动路线；

所述飞行控制单元用于控制第一至第三涵道调节舵机以及各个导流舵机工作，使得遮阳伞根据遮阳的移动路线移动到指定点后进行悬浮。

作为本发明一种飞行遮阳伞进一步的优化方案，所述电源模块包含锂离子电池，设置在所述伞柄的内部。

作为本发明一种飞行遮阳伞进一步的优化方案，所述电源模块还包含薄膜太阳能电池，覆盖于伞面。

作为本发明一种飞行遮阳伞进一步的优化方案，所述摄像头为广角摄像头。

本发明还公开了一种基于该飞行遮阳伞的控制方法，包含以下步骤：

步骤1），通过姿态传感模块获得遮阳伞的三个方向的加速度和角加速度、距地面的高度、以及磁数据，控制涵道风扇电机、第一至第三涵道调节舵机和各个导流舵机工作，使飞行遮阳伞按照预设的高度阈值进行定点飞行；

步骤2），采用GPS接收机接收GPS信号，获得飞行遮阳伞的坐标和当前时间；

步骤3），根据飞行遮阳伞的坐标和当前时间计算出当前太阳光相对地面坐标系的角度；

步骤4），采用摄像头获得使用者的头部图像，集合通过姿态传感模块获得的数据，根据该图像计算地面坐标系中使用者相对飞行遮阳伞的位置关系；

步骤5），根据步骤3）和步骤4）中获得的数据计算出飞行遮阳伞进行遮阳的移动路线，使得飞行遮阳伞伞面的中心在使用者头部和太阳之间的连线上；

步骤6），控制涵道风扇电机、第一至第三涵道调节舵机和各个导流舵机工作，使得飞行遮阳伞按照步骤5）中计算出的移动路线进行移动。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 本发明利用自身动力自主飞行，无需手持或者固定，避免了疲劳，也可以空出双手完成其它工作。

2. 遮阳伞飞行在较高的空中，杜绝了遮挡视线的问题，有效避免交通隐患。

3. 通过自主定位跟踪，对使用者保持伴随飞行，保证在运动中也能获得不间断的遮阳效果。

4. 保留了伞柄，在电力不足或者风力较大等情况下也可以手持。

5. 采用薄膜太阳能电池和蓄电池电池供电，方便快捷，必要时也可使用充电器充电。

6. 采用折伞设计，存储方便省空间。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视图；

图3为本发明的涵道风扇细节图；

图4为本发明的导流舵机示意图。

图中,1-进风口，2-涵道风扇，2.1-风扇本体，2.2-涵道外壳，2.3-涵道调节环，2.4调节环支撑架，2.5-涵道调节舵机，2.6-舵机连杆，2.7-涵道挡风板，2.8-挡风板连杆，2.9-涵道支架，3-出风口，4-导流板，4.1-导流舵机，5-伞面，5.1-薄膜太阳能电池，6-伞骨，7-伞柄，7.1-握把，8-横撑杆，9-无线通信模块，10-跟踪导航模块，11-锂离子电池，12-飞行控制模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1至图2所示， 本发明公开了一种飞行遮阳伞，包含遮阳伞本体、涵道风扇、导流模块、控制模块、电源模块、无线通信模块、姿态传感模块、GPS接收机和摄像头；

所述遮阳伞本体包含伞面、伞骨和伞柄；

所述涵道风扇设置在伞柄的顶端，包含风扇本体、涵道外壳和涵道气流分配模块；

所述风扇本体设置在涵道外壳内；

所述涵道外壳的进风口背向伞面、出风口面向伞面；

如图3所示，所述涵道气流分配模块包含第一至第三涵道调节舵机、涵道调节环、以及若干沿涵道外壳出风口周向均匀设置的涵道挡风板；

所述涵道挡风板的一边和涵道外壳的下端铰接，背面通过一连接杆与所述涵道调节环铰接；

所述第一至至第三涵道调节舵机沿涵道外壳周向均匀设置，其与输出轴固定相连的力臂均通过一连接杆与涵道调节环铰接；

如图4所示，所述导流模块包含若干导流单元，所述导流单元包含导流舵机和导流板；

所述导流舵机设置在伞骨上，输出轴与导流板固定相连，用于调整导流板的导流角度；

所述无线通信模块设置在伞柄内部，用于接收指令并将其传递给所述控制模块；

所述GPS接收机用于获取遮阳伞的坐标并将其传递给所述控制模块；

所述摄像头设置在伞柄上，用于获取使用者的头部图像，并将其传递给所述控制模块；

所述姿态传感模块包含高度计、三轴加速度计、三轴陀螺仪和电子罗盘，用于获得遮阳伞的高度、其在X、Y、Z轴三个方向的加速度和角加速度、以及磁数据；

所述控制模块分别和风扇本体、电源模块、第一至第三涵道调节舵机、无线通信模块、高度计、三轴加速度计、三轴陀螺仪、电子罗盘、GPS接收机、摄像头、以及各个导流舵机相连；

所述控制模块包含航线计算单元和飞行控制单元；

所述航线计算单元用于根据GPS接收机、姿态传感模块、摄像头的输入数据计算出遮阳伞进行遮阳的移动路线；

所述飞行控制单元用于控制第一至第三涵道调节舵机以及各个导流舵机工作，使得遮阳伞根据遮阳的移动路线移动到指定点后进行悬浮。

所述电源模块包含锂离子电池，设置在所述伞柄的内部。

所述电源模块还包含薄膜太阳能电池，覆盖于伞面。飞行过程中薄膜太阳能电池和锂离子电池共同为飞行遮阳伞提供电力，遮阳伞停止飞行时，薄膜太阳能电池给锂离子电池充电。

所述摄像头为广角摄像头。

遮阳伞设有横撑杆，其可以沿伞柄向上滑动，撑开伞骨；伞面蒙在伞骨外侧。

涵道风扇位于伞面的上方，由风扇本体和涵道外壳组成。风扇本体进行旋转，从进风口吸入空气，经出风口向伞面四周喷出。由于科恩达效应，喷出的气流沿着伞面向下弯曲流动，吹响导流板，导流板与气流有一夹角，从而获得一个旋转力矩，刚好抵消涵道风扇工作时候产生的反扭矩，保证本实例不会在空中发生失控旋转，从而保证稳定可控。

涵道外壳的出风口设有一组涵道挡风板，沿周向均匀排列，每片涵道挡风板均用一根挡风板连杆连接涵道调节环；涵道外壳上部设置三个涵道调节舵机，沿周向均匀排列，每个涵道调节舵机均有一根舵机连杆连接涵道调节环。三个舵机分别独立工作，由飞行控制模块统一控制，用来调整涵道调节环的位置和角度，从而控制每片涵道挡风板的张开角度，从而控制涵道外壳的出风口向不同方向的气流分配；由于伞面升力由前述科恩达效应产生，当涵道出口向四周的出风气流量不同时候，伞面各处产生的升力大小不同，形成滚转力矩和俯仰力矩，参与控制飞行姿态。

每个导流板均配有独立的导流舵机，导流舵机固定在伞骨上。导流舵机分别独立工作，由控制模块统一控制，导流舵机直接连接导流板，直接控制导流板的导流角度，从而控制导流板与气流的夹角，调节其旋转力矩的大小，用来抵消涵道风扇的反扭矩和控制本实例在空中绕自身纵轴旋转。

当使用者发送工作指令给遮阳伞后，具体的控制方式如下：

步骤1），通过姿态传感模块获得遮阳伞的三个方向的加速度和角加速度、距地面的高度、以及磁数据，控制涵道风扇电机、第一至第三涵道调节舵机和各个导流舵机工作，使飞行遮阳伞按照预设的高度阈值进行定点飞行；

步骤2），采用GPS接收机接收GPS信号，获得飞行遮阳伞的坐标和当前时间；

步骤3），根据飞行遮阳伞的坐标和当前时间计算出当前太阳光相对地面坐标系的角度；

步骤4），采用摄像头获得使用者的头部图像，集合通过姿态传感模块获得的数据，根据该图像计算地面坐标系中使用者相对飞行遮阳伞的位置关系；

步骤5），根据步骤3）和步骤4）中获得的数据计算出飞行遮阳伞进行遮阳的移动路线，使得飞行遮阳伞伞面的中心在使用者头部和太阳之间的连线上；

步骤6），控制涵道风扇电机、第一至第三涵道调节舵机和各个导流舵机工作，使得飞行遮阳伞按照步骤5）中计算出的移动路线进行移动。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种飞行遮阳伞，其特征在于，包含遮阳伞本体、涵道风扇、导流模块、控制模块、电源模块、无线通信模块、姿态传感模块、GPS接收机和摄像头；

所述遮阳伞本体包含伞面、伞骨和伞柄；

所述涵道风扇设置在伞柄的顶端，包含风扇本体、涵道外壳和涵道气流分配模块；

所述风扇本体设置在涵道外壳内；

所述涵道外壳的进风口背向伞面、出风口面向伞面；

所述涵道气流分配模块包含第一至第三涵道调节舵机、涵道调节环、以及若干沿涵道外壳出风口周向均匀设置的涵道挡风板；

所述涵道挡风板的一边和涵道外壳的下端铰接，背面通过一连接杆与所述涵道调节环铰接；

所述第一至至第三涵道调节舵机沿涵道外壳周向均匀设置，其与输出轴固定相连的力臂均通过一连接杆与涵道调节环铰接；

所述导流模块包含若干导流单元，所述导流单元包含导流舵机和导流板；

所述导流舵机设置在伞骨上，输出轴与导流板固定相连，用于调整导流板的导流角度；

所述无线通信模块设置在伞柄内部，用于接收指令并将其传递给所述控制模块；

所述GPS接收机用于获取遮阳伞的坐标并将其传递给所述控制模块；

所述摄像头设置在伞柄上，用于获取使用者的头部图像，并将其传递给所述控制模块；

所述姿态传感模块包含高度计、三轴加速度计、三轴陀螺仪和电子罗盘，用于获得遮阳伞的高度、其在X、Y、Z轴三个方向的加速度和角加速度、以及磁数据；

所述控制模块分别和风扇本体、电源模块、第一至第三涵道调节舵机、无线通信模块、高度计、三轴加速度计、三轴陀螺仪、电子罗盘、GPS接收机、摄像头、以及各个导流舵机相连；

所述控制模块包含航线计算单元和飞行控制单元；

所述航线计算单元用于根据GPS接收机、姿态传感模块、摄像头的输入数据计算出遮阳伞进行遮阳的移动路线；

所述飞行控制单元用于控制第一至第三涵道调节舵机以及各个导流舵机工作，使得遮阳伞根据遮阳的移动路线移动到指定点后进行悬浮。

2.根据权利要求1所述的飞行遮阳伞，其特征在于，所述电源模块包含锂离子电池，设置在所述伞柄的内部。

3.根据权利要求2所述的飞行遮阳伞，其特征在于，所述电源模块还包含薄膜太阳能电池，覆盖于伞面。

4.根据权利要求1所述的飞行遮阳伞，其特征在于，所述摄像头为广角摄像头。

5.基于权利要求1所述的飞行遮阳伞的控制方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1），通过姿态传感模块获得遮阳伞的三个方向的加速度和角加速度、距地面的高度、以及磁数据，控制涵道风扇电机、第一至第三涵道调节舵机和各个导流舵机工作，使飞行遮阳伞按照预设的高度阈值进行定点飞行；

步骤2），采用GPS接收机接收GPS信号，获得飞行遮阳伞的坐标和当前时间；

步骤3），根据飞行遮阳伞的坐标和当前时间计算出当前太阳光相对地面坐标系的角度；

步骤4），采用摄像头获得使用者的头部图像，集合通过姿态传感模块获得的数据，根据该图像计算地面坐标系中使用者相对飞行遮阳伞的位置关系；

步骤5），根据步骤3）和步骤4）中获得的数据计算出飞行遮阳伞进行遮阳的移动路线，使得飞行遮阳伞伞面的中心在使用者头部和太阳之间的连线上；

步骤6），控制涵道风扇电机、第一至第三涵道调节舵机和各个导流舵机工作，使得飞行遮阳伞按照步骤5）中计算出的移动路线进行移动。