CN108698692B - 无机翼的飞行仪器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无机翼的飞行仪器（1），所述无机翼的飞行仪器具有多个电动马达式驱动的且围绕不同的旋翼轴线（2）旋转的升程旋翼（3）。所述飞行仪器（1）具有至少一个能量存储器（21）用于提供用于运行所述升程旋翼（3）必需的电能、至少一个控制机构（22）用于操控所述升程旋翼（3）并且用于与地面站通信，和至少两个相机机构（4）用于探测全景图像。最小的、球形的且包围所有的升程旋翼（3）的旋翼包络线（5）具有比最小的球形的相机包络线（6）大的容积，所述相机包络线包围所有的相机机构（4）的相机镜头（7）。所述相机机构（4）撑开一视野空间，其中，所述视野空间围绕整个的飞行仪器（1），并且其中，所述升程旋翼（3）处于所述视野空间之外。

Description

无机翼的飞行仪器
技术领域
本发明涉及无机翼的飞行仪器，所述无机翼的飞行仪器具有多个电动马达式驱动的且围绕不同的旋翼轴线旋转的升程旋翼（Hubrotoren），其中，所述飞行仪器具有至少一个能量存储器用于提供用于运行所述升程旋翼必需的电能、至少一个控制机构用于操控所述升程旋翼并且用于与地面站通信，和至少两个相机机构用于探测（Erfassung）全景图像。
背景技术
这种无人驾驶的且从所述地面站出发被远程控制的飞行仪器、如例如四轴飞行器被应用于产生空中图像全景。为了这个目的，在已知的飞行仪器中通常在所述飞行仪器的框架处布置有多个相机机构，其中，所述相机机构尽可能如下地布置，使得所述相机机构的视野区相对于所述飞行仪器成间距地互相重叠，以能够使所述飞行仪器的整个的周围环境成像。附加地必须注意的是，所述飞行仪器的构件不处于所述相机机构的视野区之内，以不损害所述飞行仪器的周围环境的全景拍摄。为了实现这点，所述相机机构通常尽可能远地在外面布置在所述飞行仪器处，从而所述飞行仪器的其余的构件相应地尽可能布置在相应的相机机构的后面。
从现有技术中已知的带有用于探测所述飞行仪器的完全的周围环境的相机机构的飞行仪器最优地适用于从离所述飞行仪器的较大的间距产生所述周围环境的全景照片。在所述周围环境中要成像的物体靠所述飞行仪器越近，则在从现有技术中已知的飞行仪器中成像就越难，因为所述相机机构的不同的视野区由于所述相机机构相对于彼此的间隔开的布置在离所述飞行仪器的很大的间距中才彼此相交并且形成围绕整个的飞行仪器的视野空间，在所述视野空间中所有的物体能够完全地成像。然而所述周围环境的全景的拍摄和产生能够只在离所述飞行仪器的如下间距中进行，在所述间距中所述周围环境完全地成像，并且在所述间距中因此所述不同的相机机构的视野区相应地彼此相叠。
出于这个原因，从现有技术中已知的飞行仪器不适合于例如在靠近地从旁边飞过建筑物时、在飞过建筑物或例如还飞过树林或类似物时拍摄和产生全景照片，因为在这种拍摄的情况下要拍摄的物体经常地处于所述相机的视野区之外，从而所述物体相应地只能够部分地成像，并且在所述从旁边飞过的每个时间点上所述飞行仪器的周围环境的完全的全景图片的产生不可行或只受限地可行。
所述物体空间的或所述飞行仪器的周围环境的区域或体积被称为相机机构的视野区，所述区域能够利用所述相机机构探测。在应用带有矩形的照片传感器的相机机构时，所述相机机构的视野区是截棱锥形，其中，棱锥尖部处于所述相机机构的物镜侧的焦点中。
发明内容
被视作为本发明的任务的是，如下地继续改进从现有技术中已知的飞行仪器，使得尽可能完全的周围环境照片或全景图片即使在尽可能近地从旁边飞过物体时也是可行的。
所述任务根据本发明地以如下方式解决，即最小的、球形的并且包围所有的升程旋翼的旋翼包络线具有比最小的球形的相机包络线大的容积（所述相机包络线包围所有的相机机构的相机镜头），并且所述相机机构撑开（aufspannen）一视野空间，其中，所述视野空间围绕整个的飞行仪器，并且其中，所述升程旋翼处于所述视野空间之外。通过应用这种特别设计的飞行仪器（在所述飞行仪器中所述升程旋翼进一步处于外面地布置在例如所述飞行仪器的框架处），所述相机机构能够相对于彼此更近地布置，由此所述飞行仪器的不同的相机机构的视野区以相对于所述飞行仪器的较小的间距彼此相交。在这种特别的设计中必需的是，所述升程旋翼的布置匹配所述相机机构的必需的布置。由此相应地，所述飞行仪器的匹配所应用的相机机构的设计是必需的。
在根据本发明的飞行仪器中，所述视野空间有利地至少部分地围绕所述飞行仪器。为了同样能够产生所述飞行仪器的完全的周围环境的全景图片，根据本发明地设置成，所述视野空间围绕整个的飞行仪器。
所述升程旋翼的效率随着增加的旋翼面升高。为了能够尽可能大地设计所述升程旋翼的旋翼面，并且同时能够在所述相机机构的视野区之外布置所述旋翼面，根据本发明地设置成，确定能够由所述相机机构或所述相机机构的视野区探测的视野空间。所述视野空间从所述视野区彼此的相交产生。借助于或代替所述视野空间还能够容易地确定所述盲空间（Blindraum），所述盲空间不能够由所述相机机构中的任何一个所探测。在截棱锥形的视野区的情况下，所述盲空间形成具有多个弯曲的侧面的非凸状的体，所述弯曲的侧面在所述体的角区域中尖地朝彼此收尾。在此，所述升程旋翼有利地布置在尽可能远地处于外部的区域中，所述区域通常涉及不能够由所述相机机构探测的盲空间的尖地收尾的角区域。
有利地根据本发明地设置成，所述相机机构具有用于拍摄单像的（monoskopischer）图片的相机和/或用于拍摄立体像的（stereoskopischer）图片的相机。例如，所述相机机构能够具有相应由至少两个相对于彼此间隔开地布置的相机构成的相机阵列，利用所述相机阵列能够产生所述飞行仪器的周围环境的立体像的图片。用于拍摄立体像的图片的这种相机机构的应用允许测定深度空间信息。所述立体像的拍摄能够应用于产生所述周围环境的虚拟现实呈现。此外，利用根据本发明的飞行仪器在应用允许立体像拍摄的相机机构时可行的是，借助于摄影测量（photogrammetrischer）方法将所述飞行仪器应用于所述周围环境的3D测量。
在根据本发明的飞行仪器的特别有利的设计方案中设置成，两个相机机构彼此的至少一个镜头间距比两个旋翼彼此的至少一个旋翼间距小。通过所述相机机构相对于彼此的尽可能靠近的布置能够即使在更近地从旁边飞过物体时也产生完全的全景。
为了继续扩大还能够完全地探测的区域并且为了能够完全地探测对于所述飞行仪器还更近的物体，根据本发明地设置成，最小的、球形的且包围所有的升程旋翼中点的中点包络线具有比最小的、球形的相机包络线大的容积。所述升程旋翼的相应的中点或重心被称为升程旋翼中点。
为了不损害所述周围环境的全景拍摄，根据本发明地设置成，所述飞行仪器的所有的构件处于所述视野空间之外。由于所述构件如例如所述必需的能量存储器和所述控制机构在所述盲空间之内的布置，所述构件没有由所述相机机构探测。
在所述无机翼的飞行仪器的特别有利的设计中设置成，所述飞行仪器具有至少四个相机机构，其中，所述相机机构如下地布置并且相对于彼此取向，使得平行于所述相机机构的图像平面的物镜平面包围凸状的物镜多面体，从而所述物镜多面体的每个边界面处于物镜平面中并且所述相机机构的物镜完全地在所述物镜多面体之内布置。穿过所述相机机构的平面被称为图像平面，所述相机机构的图像传感器布置在所述图像平面中。
有利地根据本发明地设置成，所述升程旋翼在所述视野空间和所述凸状的物镜多面体之间的区域中布置。为了实现通过所述升程旋翼的足够的上升力，根据本发明地设置成，所述升程旋翼在彼此的尽可能大的间距之下布置，从而能够将尽可能大面积的或尽可能多的升程旋翼布置在所述无机翼的飞行仪器处。
为了还能够尽可能良好地充分利用所述盲空间以用于布置升程旋翼，根据本发明地设置成，所述升程旋翼部分地伸入到所述凸状的物镜多面体的区域中地布置。但是还可行的并且根据本发明地设置成，所述升程旋翼完全地在所述凸状的物镜多面体之外布置。以这种方式，所述盲空间的由所述凸状的多面体包围的部分能够特别简单地应用于布置另外的构件、如例如所述能量存储器。
在根据本发明地无机翼的飞行仪器的特别有利的设计方案中设置成，所述能量存储器、所述控制机构和所述相机机构完全地在所述凸状的物镜多面体之内布置。通过尽可能多的构件紧密地彼此相邻且尤其离所述相机机构近地布置在所述无机翼的飞行仪器的中心，所述构件的重量能够有利地被应用于振动缓冲，以使通过所述相机机构所进行的图像拍摄稳定并且实现尽可能没有干扰性的和通过所述升程旋翼产生的振动影响的记录。
对于所述升程旋翼在所述盲空间中和尤其在所述盲空间的尖地收尾的区域中的进一步优化的布置，根据本发明地设置成，至少两个升程旋翼如下地布置，使得所述升程旋翼的旋翼轴线相对于彼此不平行地取向。通过所述升程旋翼的这种不平行于所述无机翼的飞行仪器的竖轴的取向，所述升程旋翼能够特别良好地装配入所述盲空间的尖地收尾的区域中。此外，所述升程旋翼的这种倾斜的布置在应用至少六个升程旋翼时允许侧向加速以及制动所述飞行仪器。由此，所述飞行仪器能够沿任何的方向在没有围绕所述飞行仪器的偏航轴线斜倾的情况下被控制。以这种方式能够相应地使得所述相机机构的关于所述飞行仪器的偏航轴线的装定角（Anstellwinkel）保持恒定。在从现有技术中已知的飞行仪器中，为了这个目的，通常应用具有电动伺服马达的消耗的万向的悬挂，所述相机机构支承在所述悬挂处。
为了所述无机翼的飞行仪器的不同的构件相对于彼此的布置设置成，所述升程旋翼布置在所述飞行仪器的飞行仪器框架处。所述飞行仪器框架有利地由型材（Profilen）构成并且能够根据设计方式基本上平坦地设计或还形成不同的复杂的体。
在所述无机翼的飞行仪器的特别有利的设计方案中设置成，所述飞行仪器框架包围接纳空间，在所述接纳空间之内完全地布置有所述能量存储器、所述控制机构和所述相机机构。在这种设计中，所述飞行仪器框架有利地如下地设计和布置，使得所述飞行仪器框架在所述盲空间之内布置。所述接纳空间能够例如涉及基本上长方体形的或任何多面体形的空间。根据本发明地设置成，所述无机翼的飞行仪器的升程旋翼形成两个镜像地布置的升程旋翼组，其中，升程旋翼组的升程旋翼的升程旋翼中点相应地基本上处于升程旋翼平面中，并且其中，所述两个升程旋翼组的升程旋翼平面基本上相对于彼此平行地且相对于所述无机翼的飞行仪器的竖轴正交地取向。所述两个升程旋翼组的升程旋翼有利地相对于彼此间隔开地在所述飞行仪器框架处布置在所述飞行仪器框架的彼此对置的侧处。
根据本发明地有利地设置成，所述升程旋翼的驱动机构和所述升程旋翼刚性地与所述飞行仪器框架连接。以这种方式能够使得由所述升程旋翼产生的推力有效地传递到所述飞行仪器框架上。
为了在所述相机机构的区域中实现由所述升程旋翼产生的并且传递到所述飞行仪器框架上的振动的尽可能良好的缓冲，根据本发明地设置成，所述能量存储器、所述控制机构和所述相机机构通过缓冲机构固定在所述飞行仪器框架处。所述缓冲机构能够例如涉及合适的橡胶弹性的元件。
有利地根据本发明地设置成，所述能量存储器、所述控制机构和所述相机机构刚性地与彼此连接。以这种方式，所述无机翼的飞行仪器的这些构件形成相对大的、连续的质量，通过所述质量能够实现特别良好的振动缓冲。
附图说明
根据在附图中示出的实施例进一步地阐释根据本发明地无机翼的飞行仪器的另外的有利的设计方案。
其中:
图la示出带有两个相机机构的四轴飞行器的示意性地示出的侧视图，
图lb示出在图la中示出的四轴飞行器的示意性地示出的透视的视图，
图2a示出三轴飞行器的示意性地示出的侧视图，其中，四个相机机构如下地布置，使得物镜多面体棱锥形地设计，
图2b示出在图2a中示出的三轴飞行器的示意性地示出的透视的视图，
图3a示出八轴飞行器的示意性地示出的侧视图，其中，六个相机机构如下地布置，使得物镜多面体长方体形地设计，
图3b示出在图3a中示出的八轴飞行器的示意性地示出的透视的视图，
图4a示出带有十二个升程旋翼的无机翼的飞行仪器的示意性地示出的侧视图，其中，八个相机机构如下地布置，使得物镜多面体形成具有六角形基面的棱柱，
图4b示出在图4a中示出的飞行仪器的示意性地示出的透视的视图，
图5示出具有十二个升程旋翼的无机翼的飞行仪器的示意性地示出的侧视图，其中，十二个相机机构如下地布置，使得物镜多面体具有带有六角形的基面的棱柱形的体，其中，在彼此对置的基侧面处布置有镜像地设计的棱锥，
图6示出带有六个升程旋翼的无机翼的飞行仪器的示意性地示出的侧视图，其中，五个相机机构如下地布置，使得物镜多面体形成带有三角形的基面的棱柱，
图7示出八轴飞行器的示意性地示出的视图，其中，六个相机机构如下地布置，使得物镜多面体长方体形地设计，
图8示出带有飞行仪器框架的无机翼的飞行仪器的示意性地示出的侧视图，
图9a至9d示出带有八个在包围长方体形的接纳空间的飞行仪器框架处布置的升程旋翼的无机翼的飞行仪器的不同的且示意性地示出的视图，所述升程旋翼形成两个升程旋翼组，以及
图10a至10e示出通过在图9a至9d中示出的所述相机机构的布置形成的盲空间的不同的视图。
具体实施方式
在图1a和1b中示意性地示出无机翼的飞行仪器1，所述无机翼的飞行仪器带有四个电动马达式驱动的且围绕不同的旋翼轴线2旋转的升程旋翼3。所述飞行仪器1具有两个相机机构4用于探测全景图像。
所述相机机构4和所述升程旋翼3如下地布置且相对于彼此取向，使得最小的、球形的且包围所有的升程旋翼3的旋翼包络线5具有比最小的球形的相机包络线6大的容积，所述相机包络线包围所有的相机机构4的相机镜头7。所述相机机构4撑开一视野空间，其中，所述视野空间围绕整个的飞行仪器1，以能够探测所述飞行仪器1的整个的周围环境。所述升程旋翼3处于所述视野空间之外。此外，所述两个相机机构4彼此的镜头间距8比两个互相对置布置的升程旋翼3彼此的旋翼间距9小。在所述飞行仪器中，最小的、球形的且包围所有的升程旋翼中点10的中点包络线11同样具有比所述最小的球形的相机包络线6大的容积。
图2a和2b示出无机翼的飞行仪器1的示意性地示出的视图，其中，四个相机机构4如下地布置，使得物镜多面体12具有四个边界面13并且棱锥形地设计。所述无机翼的飞行仪器1的升程旋翼3完全地在所述凸状的物镜多面体12之外布置。此外，所述升程旋翼4如下地布置，使得所述升程旋翼4的旋翼轴线2互相不平行地取向。
图3a、3b、4a、4b、5和6分别示出备选地设计的无机翼的飞行仪器1，其中，在图3a和3b中示出的飞行仪器1具有长方体形的物镜多面体14，在图4a和4b中示出的飞行仪器1具有带有六角形的基面的棱柱形的物镜多面体15'，在图5中示出的飞行仪器1具有带有六角形的基面和带有在互相对置的基侧面处镜像地设计的棱锥的棱柱形的物镜多面体16并且在图6中示出的飞行仪器1具有带有三角形的基面的棱柱形的物镜多面体15''。在图3a和3b中示出的飞行仪器1具有六个相机机构4，在图4a和4b中示出的飞行仪器1具有八个相机机构4，在图5中示出的飞行仪器1具有十二个相机机构4并且在图6中示出的飞行仪器1具有五个相机机构4。带有长方体形的物镜多面体14和二十四个相机机构4的飞行仪器1在图7中示出。
在图3a至7中示出的飞行仪器1分别具有多个升程旋翼3，其中，所述升程旋翼3能够分别配属于两个升程旋翼组17。所述各个的升程旋翼组17的升程旋翼3相应地如下地布置，使得通过所述升程旋翼中点10伸延的平面各飞行仪器1地相对于彼此平行地取向。
图8示出无机翼的飞行仪器1的示意性地示出的视图，其中，升程旋翼3布置在所述飞行仪器1的飞行仪器框架18处。所述飞行仪器框架18包围接纳空间19，在所述接纳空间之内完全地布置有未示出的能量存储器、同样未示出的控制机构和所述相机机构4。所述升程旋翼3刚性地与所述飞行仪器框架18连接。所述能量存储器、所述控制机构和所述相机机构4通过缓冲机构20布置在所述飞行仪器框架18处。
在图9a至9d中示出带有飞行仪器框架18的无机翼的飞行仪器1的不同的视图，所述飞行仪器框架包围大约长方体形的接纳空间19。在所述接纳空间19之内布置有六个相机机构4、能量存储器21和控制机构22。所述能量存储器21、所述控制机构22和所述相机机构4彼此刚性地连接。所述飞行仪器框架18具有向地面方向取向的并且超出面向所述地面的升程旋翼组23的升程旋翼3的承载元件24，利用所述承载元件使得所述飞行仪器1能够被放在所述地面上。
在图10a至10e中示意性地示出通过在图9a至9d中示出的所述相机机构4的布置形成的盲空间25的不同的视图。所述盲空间25基于在图9a至9d中示出的相机机构4的截棱锥形的视野区来产生并且具有多个弯曲的侧面26，所述弯曲的侧面在所述盲空间25的角区域27中尖地朝彼此收尾。
在附图中示例性地部分地将多个相同类型的构件的单个构件以一个附图标记来表征。

Claims (16)

1.无机翼的飞行仪器（1），具有多个电动马达式驱动的且围绕不同的旋翼轴线（2）旋转的升程旋翼（3），其中，所述飞行仪器（1）具有至少一个能量存储器（21）用于提供用于所述升程旋翼（3）的运行必需的电能、至少一个控制机构（22）用于操控所述升程旋翼（3）并且用于与地面站通信，和至少两个相机机构（4）用于探测全景图像，其中，最小的、球形的且包围所有的升程旋翼（3）的旋翼包络线（5）具有比最小的球形的相机包络线（6）大的容积，所述相机包络线包围所有的相机机构（4）的相机镜头（7），其中，所述相机机构（4）撑开一视野空间，其中，所述视野空间从所述相机机构（4）的视野区的相交产生，其特征在于，所述升程旋翼（3）在所述视野空间之外处于由所述视野空间包围的盲空间中，其中，所述盲空间不能够由所述相机机构中的任何一个所探测，并且其中，所述视野空间围绕整个的飞行仪器（1）。
2.根据权利要求1所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，所述相机机构（4）具有用于拍摄单像的图片的相机和/或用于拍摄立体像的图片的相机。
3.根据权利要求1所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，两个相机机构（4）彼此的至少一个镜头间距（8）比两个旋翼（3）彼此的至少一个旋翼间距（9）小。
4.根据权利要求1所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，最小的、球形的且包围所有的升程旋翼中点（10）的中点包络线（11）具有比所述最小的球形的相机包络线（6）大的容积。
5.根据权利要求1所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，所述飞行仪器（1）的所有的构件处于所述视野空间之外。
6.根据权利要求1所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，所述飞行仪器（1）具有至少四个相机机构（4），其中，所述相机机构（4）如下地布置且相对于彼此取向，使得平行于所述相机机构（4）的图像平面的物镜平面包围凸状的物镜多面体（12、14、15'、15''、16），从而所述物镜多面体（12、14、15'、15''、16）的每个边界面（13）处于物镜平面中并且所述相机机构（4）的物镜完全地在所述物镜多面体（12、14、15'、15''、16）之内布置。
7.根据权利要求6所述的无机翼的飞行仪器，其特征在于，所述升程旋翼（3）在所述视野空间和所述凸状的物镜多面体（12、14、15'、15''、16）之间的区域中布置。
8.根据权利要求7所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，所述升程旋翼（3）部分地伸入到所述凸状的物镜多面体（12、14、15'、15''、16）的区域中地布置。
9.根据权利要求7所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，所述升程旋翼（3）完全地在所述凸状的物镜多面体（12、14、15'、15''、16）之外布置。
10.根据权利要求6所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，所述能量存储器（21）、所述控制机构（22）和所述相机机构（4）完全地在所述凸状的物镜多面体（12、14、15'、15''、16）之内布置。
11.根据权利要求1所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，至少两个升程旋翼（3）如下地布置，使得所述升程旋翼（3）的旋翼轴线（2）相对于彼此不平行地取向。
12.根据权利要求1所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，所述升程旋翼（3）布置在所述飞行仪器（1）的飞行仪器框架（18）处。
13.根据权利要求12所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，所述飞行仪器框架（18）包围接纳空间（19），所述能量存储器（21）、所述控制机构（22）和所述相机机构（4）完全地布置在所述接纳空间之内。
14.根据权利要求12所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，所述升程旋翼（3）的驱动机构和所述升程旋翼（3）刚性地与所述飞行仪器框架（18）连接。
15.根据权利要求12所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，所述能量存储器（21）、所述控制机构（22）和所述相机机构（4）通过缓冲机构（20）固定在所述飞行仪器框架（18）处。
16.根据权利要求12所述的无机翼的飞行仪器（1），其特征在于，所述能量存储器（21）、所述控制机构（22）和所述相机机构（4）刚性地互相连接。
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