CN105691560A - 由旋翼式无人机推进的滑行运动装置、特别是水翼艇 - Google Patents

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Abstract

一种运动装置,其包括在下部区域设有一套滑行元件(110,120g,120d)的滑行静态结构(100)。所述运动装置还包括用于具有多个转子(221-224)以形成推进单元(200)的旋翼式无人机的可移除安装的装置(300),所述转子各自施加具有根据所述运动装置的主滑行轴线(X-X)的分量的推力,所述转子(221-224)的成比例和个体化的驱动允许在没有舵的情况下在速度和方向上操纵所述运动装置。

Description

由旋翼式无人机推进的滑行运动装置、特别是水翼艇

技术领域

[0001]本发明整体涉及旋翼式滑行运动装置,特别是通过由航空推进单元驱动而在水上、雪上或冰上滑行的运动装置。

背景技术

[0002]这样的运动装置是已知的,例如,用于娱乐或实用目的的小型型号。这样的运动装置包括:推进器,其在主要移动方向上提供推力;一套船体,其形成双体船或三体船结构;以及舵,其允许确保方向的改变。其它小型型号具有水上推进器。

[0003] WO 02/060550A1和US 2007/0010159A1描述了这样一种运动装置,其包括安装在通用船体上的两个可独立控制的推进器。

发明内容

[0004]本发明旨在提出一种滑行移动的运动装置,其结构为简单而稳健的,且不带有移动部件,这可以利用现有的无人机来确保诸如无人机的简单、直观和可变的操纵,以用于娱乐或实用目的。

[0005] 为此而提出一种运动装置,如在上述WO 02/060550A1中所公开那样,其包括滑行静态结构,该结构在下部区域设有一套滑行元件。

[0006]本发明的特征在于,运动装置还包括用于旋翼式无人机的可移除安装的装置,所述旋翼式无人机具有多个转子以形成推进单元,该转子适于各自施加具有根据运动装置的主滑行轴线的分量的推力,转子的成比例和个体化的驱动允许在速度和方向上操纵运动装置。

[0007] 该运动装置的某些优选但非限制性的方面包括以下特征,这些特征单独地或根据本领域的技术人员将理解为技术上可能的任意组合使用:

[0008]-滑行静态结构为机械结构,其没有可定向的定向构件,并且没有电子推进和/或方向控制和驱动装置;

[0009]-安装装置包括臂,该臂围绕横向于运动装置的主滑行轴线的轴线铰接;

[0010]-该臂可自由旋转,并且提供了止动装置以用于在转子被驱动至旋转时将推进单元保持在相对于所述结构固定的工作位置,所述转子适于生成具有在运动装置的主滑行轴线上的分量的推力;

[0011]-无人机为现有多螺旋桨装置或四螺旋桨装置,其在除了修改对运动装置的前进和方向的控制软件之外没有其它修改的情况下使用;

[0012]-当无人机为四螺旋桨装置时,转子能够驱动至旋转,以便在其推力的唯一影响下渐进地使推进单元从存储位置切换至所述工作位置;

[0013]-当无人机为四螺旋桨装置时,在工作位置,分别相对于主移动轴线位于左侧和右侧的两对转子的差异化驱动适于控制运动装置的方向,而不必控制后尾坐龙骨的取向,和/或分别远离和靠近所述结构定位的两对转子的差异化驱动适于控制运动装置的姿态;

[0014]-该结构适于水上移动并且具有尾坐龙骨;

[00Ί5]-运动装置包括具有正迎角的至少一个前尾坐龙骨;

[0016]-运动装置包括具有负迎角的至少一个后尾坐龙骨;

[0017]-运动装置包括一起形成“V”形构型的两个前尾坐龙骨;

[0018]-前尾坐龙骨安装在两个侧稳定器上,这两个侧稳定器从主中心结构延伸,向下且朝彼此角向取向;

[0019]-运动装置包括具有倒“T”形状的后尾坐龙骨;

[0020]-该结构限定至少一个前漂浮体,该漂浮体适于抵抗由推进单元的推力施加的力矩,趋于赋予其俯冲姿态;

[0021]-运动装置的重心相对于运动装置的主滑行轴线位于推进单元的推力施加中心之后;

[0022]-运动装置包括一套至少三个的衬垫以用于在雪上移动;

[0023]-运动装置包括一套至少三个的刀片以用于在冰上移动;

[0024]-运动装置包括用于龙骨的可移除安装的装置,其适于择一地接纳衬垫或刀片。

附图说明

[0025]根据以非限制性示例方式提供的本发明的优选实施例的以下详细描述并参照附图,本发明的其它方面、目的和优点将变得更加清楚。

[0026]图1是处于移动位置的根据本发明的运动装置的透视图,该运动装置旨在在水上运动。

[0027]图2是图1的运动装置的侧正视图。

[0028]图3是图1和2的运动装置的前正视图。

[0029]图4是图1至3的运动装置的俯视图。

[0030]图5是处于休息位置的图1至4的运动装置的侧透视图。

[0031]图6是根据与图5相同的取向的视图,但处于运动装置的移动位置。

[0032]图7是根据本发明的第一变体的运动装置的透视图,其旨在在雪上运动。

[0033]图8是根据本发明的第二变体的运动装置的透视图,其旨在在冰上运动。

[0034]图9至11是三个透视图,详细示出了在图1至8的运动装置上的推进单元的紧固。

具体实施方式

[0035] 参照图1至6,示出了在航空推进单元的作用下旨在在水上运动的运动装置。该运动装置包括总体由附图标记100表示的“水翼艇(hydrofoil)”(水翼(hydropter))式多船体漂浮和导航结构、推进单元200和用于推进单元到所述结构的可移除安装的装置300。

[0036]结构100在本文中为三体船式,其相对于结构的主滑行轴线X-X对称,且具有:中空的中心部件110,其基本上由船体和桥形成;左稳定器120g,其由臂130g连接到中心部分;以及右稳定器120d,其由臂130d连接到中心部分。稳定器120g、120d也是基本上由船体和桥形成的中空部件。

[0037]结构100优选地由塑料材料制成。臂130g、130d有利地纵向带肋,以用于加强目的,如图9至11所示。

[0038] 左稳定器120g和右稳定器120d包括尾坐龙骨(squat keel) 122g、122d,其从稳定器的下部区域以凹入方式倾斜取向。这些龙骨布置在稳定器的前部区域中。

[0039]中心部件110包括在其船体的后部区域中的T形龙骨,且具有竖直部分112和114。

[0040] 龙骨1228、122(1、112和114为固定的,并且具有优先地嫩0六(国家航空咨询委员会)类型等的标准轮廓。

[0041]可以看到,结构1 O不具有舵或舵叶,定向操纵通过航空推进单元的控制来确保。下面将更详细地描述各种龙骨的定位和倾斜参数。

[0042]有利地,航空推进单元200由四螺旋桨式商用无人机组成,在这种情况下由以商品名Rolling Spider(蜘蛛侠)由法国巴黎的Parrot SA(婴4鹉公司)销售的“小型无人机”组成。

[0043]以本身已知的方式,该无人机包括中心主体212,其容纳可移除的蓄电池和用于用远程控制装置进行控制和无线通信的电路,从中心主体212伸展出四个支撑臂214。每个支撑臂214在其远端处配有推进单元216,推进单元216包括马达218,马达218分别将推进器

221、222、223和224驱动至旋转,推进器在相对于支撑臂214的平面偏移的平面中延伸。

[0044]四个马达221至224彼此独立地由下文中可见的一体化的导航和方向控制系统操纵。

[0045]这样的航空推进单元可以有利地通过诸如带有一体化的加速计的触摸屏电话或多媒体播放器的终端操纵,例如,iPhone类移动电话或iPad类(美国苹果公司的注册商标)多媒体平板。这些装置并入各种控制构件,这些控制构件是检测操纵命令和通过Bluetooth或W1-Fi(IEEE 802.11)局部网络类型(注册商标)与推进单元的双向数据交换所需的。这些装置还设有触摸屏,以允许通过使用者的手指在该触摸屏上的简单接触而显示用于激活命令的一定数量的符号。

[0046]惯性传感器(加速计和陀螺测试仪)精确地测量推进单元和因此其所固定到的整个运动装置的角速度和姿态角,如下文中将看到的。

[0047] 参照图9至11,示出了推进单元200安装在漂浮和导航结构100上的方式的三个透视图。大体由附图标记300表示的臂以围绕轴线318铰接的方式安装,轴线318横向于运动装置的前进轴线定向。该臂包括两个大体平行的侧分支310、310,其定向成垂直于铰接轴线318且一起形成支架,推进单元的中心主体212能通过与推进器对置的下表面紧密地安置在该支架内。

[0048]该支架在臂的自由端的侧面上由两个锁定接片312、312延续,锁定接片312、312相对于分支310、310基本上定向成直角并且由两个锁定齿314、314端接,锁定齿314、314适于钩住设置在推进单元的中心主体212的顶部上的现有布置(不可见)。

[0049]由分支310、310限定的支架朝铰接轴线318超出区域311通过两个其它分支316延续,在该区域311,分支310、310连接到彼此,支架在两个其它分支316的自由端的区域中通过圆形孔口穿过,轴线318接合到圆形孔口中。

[0050] 通过将单元的中心主体212略微压入由臂310形成的支架中,直到齿314到达并钩在主体212的顶部上并将推进单元200锁定在其支架中,推进单元200在结构100上的安装以极其简单的方式进行。重要的是,该安装在无间隙的情况下进行,使得用于驱动运动装置的推进单元的控制最准确地进行,且没有伪振动,如下文将详细地看到的。

[0051] 推进单元的拆卸简单地通过借助于手指牵拉锁定接片312、312以脱开齿314、314并释放推进单元来进行。

[0052]此外,为臂300提供了作为部件320的止动装置,部件320紧固到中心结构部件110的桥,并且具有平行于铰接轴线318定向的刚性边缘凸起(bead)322。当臂300从大体朝运动装置的后部导向的位置枢转至直立位置,边缘凸起322将臂和因此臂所支撑的推进单元200的角位移锁定在很准确的角向位置,如下文中将看到的。

[0053]现在将解释上文所述水上运动装置的操作、操纵和行为。

[0054]首先,已经看到,运动装置不具有与水接触的定向构件,左右方向控制通过以差异化的方式驱动左推进器221、222和右推进器223、224来确保:左推进器的较高推力导致向右的方向变化,反之亦然。

[0055]这种操纵有利地通过远程操纵的终端的适当编程来进行,方向的变化通过简单的触摸命令或通过终端的倾斜(利用优先地前进驱动)来确保。

[0056]其次,具有位于不同高度处的推进器的推进单元的使用允许调节运动装置的俯仰姿态,最高的推进器的较高推力允许降低运动装置的前部,而低推进器的增加的推力相反地允许在运动装置趋于俯冲时拉起运动装置。

[0057]有利地,由于推进单元固有地装配的惯性传感器,该俯仰姿态控制自动地进行。俯仰操纵是特别有利的,因为它利用全部固定的一套尾坐龙骨而允许具有与在某些已知的水翼艇中的取向控制尾坐龙骨相同的效果。

[0058]从上文可以理解,运动装置的结构100可以是不具有运动装置导航部件且完全没有电子器件的简单的机械结构,这有利地赋予其稳健性、轻便性和低成本。

[0059]就龙骨112、114、122g和122d而言,它们被设置和尺寸设计成使得:当推进单元借助于推进器来施加其推力时,运动装置快速地尾坐(squat)以到达“飞行”位置(在水域上飞行),与水介质的接触仅通过龙骨进行,因此具有极其有限的阻力和较高的移动速度,甚至在存在有限推力的情况下。

[0060] 应当指出,如果龙骨的迎角被适当地调整,龙骨的构型(具有从两个侧稳定器延伸的“V”形前龙骨结构和从中心结构延伸的倒“T”形后龙骨结构)是自立式结构。

[0061]这是因为,在前龙骨122g、122d的攻角相对于水面为正时产生尾坐。在此阶段期间,中心船体和在运动装置的前部区域中的稳定器的漂浮体积也有助于尾坐并且避免沉入水中,特别是在这样的假设下:其中,例如与水域的激荡相关联的在运动装置的前部的运动装置的姿态变化将产生负攻角。

[0062] 此外,可以看到,推进单元200的推力中心位于推进单元200的中心主体212处,并且因此远高于在尾坐之前的漂浮水平,需要抵消在由该推力的力矩造成的俯冲过程中前倾的影响。

[0063] —般来讲,由于下列特征的组合,满意的尾坐和起飞在推进单元启动时确保:

[0064]-运动装置的重心G定位在提升中心C之后,在提升中心C处,推力P被施加(参见图2),S卩,与飞行器的情况相反;

[0065]-如上所述,前龙骨122g、122d的正迎角具有通常包括在3°和10°之间且优选地接近6°的值,其具有附图中所示构型;

[0066]-后龙骨的水平部分114的略负的迎角具有通常包括在-1°和-5°之间且优选地接近-3°的值,其具有附图中所示构型,从而此处再次有助于抵抗与当运动装置开始移动时的推力相关联的倾斜力矩;

[0067]-使用在前部的足够的漂浮体积来至少补偿倾斜力矩,同样如上所述,特别是在开始移动时,而速度仍然较低,并且龙骨的迎角的影响仅仅是在启动时;

[0068]-由于推进器的平面相对于垂直于运动装置的水平轴线的平面的略微倾斜的定位(特别地参见图2)导致的向前和向上的推力的取向;由于止动部件320确保的该倾角有利地包括在10°和25°之间,且优选地接近15°,其具有图示构型。

[0069]应当指出,在包括推进单元200的无人机具有旨在在空中飞行模式下使用的传感器(摄像机、超声波测高计等)的情况中,这些传感器有利地停用(通过触摸屏终端远程地),以便用于本发明的水中移动结构。

[0070]现在将描述对于上述运动装置的启动和移动的不同控制。

[0071] a)启动

[0072]在图5中,示出了在推进单元停止的情况下的运动装置。在这种情况下,推进单元通过重力的简单效应搁置在中心结构110的桥上,从而使其运输和搬运变得容易。

[0073]当推进单元例如通过控制终端的触摸界面上的“启动”命令按钮启动时,四个推进器同时驱动至旋转,以便生成向上的推力,该推力将使推进单元200围绕臂300的铰接轴线318向上和向前倾斜(图5和6中的箭头F),直到臂300开始搁置在止动部件320上。最终位置特别地在图6中示出。从那以后,由推进单元200施加的推力在整个移动过程中保持这种搁置,结构100和推进单元200被视为相对于彼此固定,而不必以任何方式锁定臂300,并且确保了操纵,如下所述。

[0074]此处应当指出,推进器的旋转速度有利地被控制,使得推进单元的提升运动是渐进的,从而特别地避免了太突然地“撞击”止动部件320。

[0075]当推进单元被停止时,重力使其自然地返回到图5所示位置。此处同样地,停止有利地为渐进的,以便避免推进单元太猛烈地撞击中心结构110的桥。

[0076] 此处应当注意到,当运动装置停止时,推进单元向平坦位置的这种自动返回也允许通过降低整个运动装置的重心来防止运动装置倾斜。

[0077] b)渐进的控制

[0078]四个推进器221-224位于接近竖直的平面中,它们生成可以借助于控制终端手动变化的推力,根据使用者的动作(触摸动作或终端的倾斜),这通过无线链路将旋转速度指令发送至推进器的相应的马达。

[0079] c)方向的控制

[0080]此处同样响应于使用者在控制终端处的手动动作,该控制基于潜在地不同的旋转指令,该指令发送至左推进器221、222的马达和右推进器223、224的马达。不同的驱动优选地为成比例的,以进行或多或少的显著弯曲。此处同样地,它可以是在触摸界面上的动作或者终端的或多或少显著的倾斜。在上文中已经看到,具有在运动装置的移动轴线的任一侧上的若干推进器的推进单元的使用允许在没有任何舵或其它物理位移定向构件的情况下进行。

[0081 ] d)推力分布的控制

[0082] 应当理解,通过以差异化的方式驱动上部推进器221、223的旋转和下部推进器222、224的旋转,可以作用于其中四个推进器的总推力被施加的位置。

[0083]当旋转速度相同时,推力被施加在推进器的几何中心处。

[0084]当速度的分布不同时,推力中心向上(上部推进器较快旋转)或向下(下部推进器较快旋转)移动。这是由于由推进单元200施加到运动装置的力矩的值的变化所导致。因此,通过上部和下部推进器的速度的适当驱动,可以调整运动装置的俯仰姿态。该驱动可以在控制终端上手动地进行(触摸界面或平板的倾角的变化),或者自动地进行以使运动装置的姿态稳定,其中控制环路基于由推进单元配有的惯性传感器提供的信号。

[0085]具有可变攻角的尾坐龙骨的效应在这里同样可以体现,虽然龙骨是固定的。

[0086] 本文已经描述了一种旨在通过由推进单元驱动而在水上运动的运动装置。然而,可以改变结构100,从而使运动装置能在雪上或冰上运动。

[0087]因此,图7示出了一种运动装置,其中龙骨1228、122(1、112和114分别由通过相应的撑条支撑的滑雪板形衬垫422g、422d和412代替,以在雪上移动。

[0088]为此,有利的是,在参照图1至6描述的实施例中,尾坐龙骨以容易拆卸的方式(摩擦配合、闩锁、四分之一周螺接等)组装在稳定器和中心船体上。

[0089]图8示出了一个变体,其中龙骨122g、122d、112和114分别由通过相应的撑条支撑的弯曲的竖直刀片522g、522d和512代替,以便在冰上移动。

[0090]有利地,后滑雪板412或后衬垫512可以围绕竖直轴线枢转,以有利于改变方向。[0091 ]当然,其它类型的附件也是可能的。

[0092 ]当然,本发明可以出现许多调整、变体和修改。特别地:

[0093]-用作推进单元的无人机可以出现改型:特别地,考虑到在与通常预期的姿态不同的姿态下(实际上推进器的竖直平面,而在无人机模式下则是水平的)使用,可能有必要调整无人机配备的发射/接收天线,以改善信号在无人机和控制站之间的传输;

[0094]-漂浮和导航结构可具有在较大范围内的尺寸,其适合于该结构接纳的推进单元的类型(例如,几十厘米的长度和宽度,最多一米或以上);

[0095]-为了确保对方向和姿态的操纵,推进单元可包括具有至少三个推进器的可变数量的推进器(例如,两个左侧和右侧下部推进器和一个中上部推进器),但特别优选地四个推进器,如图所示。

Claims (20)

1.一种运动装置,其包括在下部区域设有一套滑行元件(110,12(^,120(1;1228,122(1,112,114;422g,422d,412;522g,522d,512)的滑行静态结构(100), 其特征在于,所述运动装置还包括用于旋翼式无人机的可移除安装的装置(300),所述无人机具有多个转子(221-224)以形成推进单元(200),所述转子适于各自施加具有根据所述运动装置的主滑行轴线(X-X)的分量的推力,所述转子(221-224)的成比例和个体化的驱动允许在速度和方向上操纵所述运动装置。
2.根据权利要求1所述的运动装置,其中,所述滑行静态结构(100)是没有可定向的定向构件的机械结构。
3.根据权利要求1所述的运动装置,其中,所述滑行静态结构(100)是没有电子推进和/或方向控制和驱动装置的机械结构。
4.根据权利要求1所述的运动装置,其中,所述无人机是现有的多螺旋桨装置或四螺旋桨装置,其在除了调适对运动装置的前进和方向的控制软件之外没有其它修改的情况下使用。
5.根据权利要求1所述的运动装置,其中,所述安装装置包括臂(300),所述臂(300)围绕横向于所述运动装置的所述主滑行轴线(X-X)的轴线(318)铰接。
6.根据权利要求5所述的运动装置,其中,所述臂自由旋转,并且提供了止动装置(320,322)以用于在所述转子被驱动至旋转时将所述推进单元保持在相对于所述结构(100)固定的工作位置,所述转子适于生成具有在所述运动装置的所述主滑行轴线上的分量的推力。
7.根据权利要求6所述的运动装置,其中,当所述无人机为四螺旋桨装置时,所述转子(221-224)能够驱动至旋转以在其推力的唯一作用下使所述推进单元(200)渐进地从存储位置切换至所述工作位置。
8.根据权利要求1所述的运动装置,其中,当所述无人机为四螺旋桨装置时,在工作位置,分别相对于所述主移动轴线位于左侧和右侧的两对转子(221,222;223,224)的差异化驱动适于控制所述运动装置的方向,而不必控制后尾坐龙骨的取向。
9.根据权利要求1所述的运动装置,其中,当所述无人机为四螺旋桨装置时,在工作位置,分别远离和靠近所述结构(100)定位的两对转子(221,222;223,224)的差异化驱动适于控制所述运动装置的姿态。
10.根据权利要求1所述的运动装置,其中,当所述结构(100)适于在水上移动并且具有尾坐龙骨(1228,122(1,112,114)。
11.根据权利要求10所述的运动装置,包括具有正迎角的至少一个前尾坐龙骨(122g,122d)o
12.根据权利要求10所述的运动装置,包括具有负迎角的至少一个后尾坐龙骨(114)。
13.根据权利要求10所述的运动装置,包括一起形成“V”形构型的两个前尾坐龙骨(122g,122d)0
14.根据权利要求13所述的运动装置,其中,所述前尾坐龙骨安装在两个侧稳定器(120g,120d)上,所述两个侧稳定器(120g,120d)从主中心结构延伸并且向下且朝彼此呈角度地取向。
15.根据权利要求10所述的运动装置,包括具有倒“T”形状的后尾坐龙骨(112,114)。
16.根据权利要求10所述的运动装置,其中,所述结构限定至少一个前漂浮体(110,120g, 120d),所述至少一个前漂浮体(110,120g, 120d)适于抵抗由所述推进单元的推力施加的力矩,趋于赋予所述运动装置俯冲姿态。
17.根据权利要求10所述的运动装置,其中,所述运动装置的重心(G)相对于所述运动装置的所述主滑行轴线(X-X)位于所述推进单元(200)的推力的施加中心(C)之后。
18.根据权利要求1所述的运动装置,包括用于在雪上移动的一套至少三个的衬垫(422g,422d,412)。
19.根据权利要求1所述的运动装置,包括用于在冰上移动的一套至少三个的刀片(522g,522d,512)0
20.根据权利要求18或19所述的运动装置,包括用于所述龙骨(I22g,122g,112,114)的所述可移除安装的装置,其适于择一地接纳所述衬垫或所述刀片。
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