CN111055996A - 飞行装置 - Google Patents

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Abstract

一种飞行装置，包括：装置本体；多个螺旋桨，所述多个螺旋桨布置在装置本体的前部、后部、左侧和右侧处；多个螺旋桨马达，所述多个螺旋桨马达固定至装置本体并配置成使所述多个螺旋桨围绕与装置本体垂直的轴线旋转；盘，该盘布置在装置本体的中央部分处；以及盘马达，该盘马达固定至装置本体并配置成使盘围绕与装置本体垂直的轴线旋转。

Description

飞行装置
技术领域
本文中所公开的技术涉及飞行装置。
背景技术
近来，已经提出了下述飞行装置：该飞行装置配备有布置在装置本体前部、后部、左侧和右侧的多个螺旋桨以及配置成使所述多个螺旋桨围绕与装置本体垂直的轴线旋转的多个螺旋桨马达(参见例如专利文献1)。
相关专利文献
专利文献1：日本专利申请特开公报(JP-A)No.2017-74804
专利文献2：JP-A No.2016-135660
通常，在这样的飞行装置中，装置本体通过产生多个螺旋桨的旋转速度差来围绕偏航轴线转动。然而，为了使装置本体在围绕这样的偏航轴线转动时保持恒定的高度，需要增大所述多个螺旋桨的推重比。因此，存在下述问题：装置本体在围绕偏航轴线转动时可能变得不稳定。
专利文献1和专利文献2公开了在装置本体的中央部分处设置有螺旋桨的飞行装置。然而，没有关于使装置本体在围绕偏航轴线转动时稳定的论述。
发明内容
作为本文中所公开的技术的一个方面，目的是提供一种飞行装置，该飞行装置能够使装置本体围绕偏航轴线稳定地旋转。
根据实施方式的一个方面，飞行装置包括：装置本体；多个螺旋桨，所述多个螺旋桨布置在装置本体的前部、后部、左侧和右侧处；多个螺旋桨马达，所述多个螺旋桨马达固定至装置本体并配置成使所述多个螺旋桨围绕与装置本体垂直的轴线旋转；盘，该盘布置在装置本体的中央部分处；以及盘马达，该盘马达固定至装置本体并配置成使盘围绕与装置本体垂直的轴线旋转。
附图说明
图1是示出了根据示例性实施方式的飞行装置的立体图；
图2是示出了图1中的飞行装置的俯视平面图；
图3是示出了图1中的飞行装置的仰视平面图；
图4是示出了图1中的飞行装置的侧视图；
图5是示出了图1中的飞行装置的电气配置的框图；
图6是示出了图1中的飞行装置沿着目标表面飞行的第一示例的示意图；以及
图7是示出了图1中的飞行装置沿着目标表面飞行的第二示例的示意图。
具体实施方式
以下是关于本文中所公开的技术的示例性实施方式的说明。
根据图1至图4中所示的本示例性实施方式的飞行装置10是通常被称为“无人机”的飞行装置。飞行装置10包括装置本体12、多个螺旋桨14A至14D、多个螺旋桨马达16A至16D、盘18、盘马达20、控制器22和检测器24。
装置本体12包括：主体26，该主体26形成装置本体12的中央部分；以及多个臂28A至28D，所述多个臂28A至28D从主体26延伸。作为示例，主体26形成为在俯视平面图中呈正方形形状。臂28A从主体26朝向装置本体12的左前方延伸，并且臂28B从主体26朝向装置本体12的右前方延伸。臂28C从主体26朝向装置本体12的右后方延伸，并且臂28D从主体26朝向装置本体12的左后方延伸。
图1至图4中的X轴、Y轴和Z轴分别对应于装置本体12的俯仰轴线、滚转轴线和偏航轴线。由X轴上的箭头指示的方向对应于装置本体12的右侧，由Y轴上的箭头指示的方向对应于装置本体12的前方，并且由Z轴上的箭头指示的方向对应于装置本体12的上侧。
多个螺旋桨马达16A至16D固定至多个臂28A至28D的前端部部分的相应的上表面。多个螺旋桨马达16A至16D中的每个螺旋桨马达包括在与装置本体12垂直的轴线上延伸的输出轴30。与装置本体12垂直的轴线平行于Z轴延伸。输出轴30朝向装置本体12的上侧延伸。
多个螺旋桨14A至14D固定至多个螺旋桨马达16A至16D的相应的输出轴30。多个螺旋桨14A至14D和多个螺旋桨马达16A至16D设置在多个臂28A至28D的前端部部分处，从而布置在装置本体12的前部、后部、左侧和右侧处。多个螺旋桨14A至14D和多个螺旋桨马达16A至16D各自布置在装置本体12的上侧处。
多个螺旋桨马达16A至16D使多个螺旋桨14A至14D围绕与装置本体12垂直的轴线旋转。更具体地，螺旋桨马达16A、16C使螺旋桨14A、14C沿彼此相同的方向旋转，并且马达16B、16D使螺旋桨14B、14D沿与螺旋桨14A、14C旋转的方向相反的方向旋转。
盘马达20固定至主体26的下表面。盘马达20包括在与装置本体12垂直的轴线上延伸的旋转轴32。旋转轴32朝向装置本体12的下侧延伸。盘18布置成使得盘18的板厚度方向在与装置本体12垂直的轴线上延伸，并且旋转轴32的前端部部分固定至盘18的中央部分。盘18布置在装置本体12的中央部分处，并且盘18的旋转中心定位在装置本体12的偏航轴线上。盘18形成有不受多个螺旋桨14A至14D在旋转时产生的风的影响的尺寸。
盘18和盘马达20布置在装置本体12的下侧处。盘马达20能够使盘18围绕与装置本体12垂直的轴线沿两个方向(俯视平面图中的顺时针或逆时针)旋转。当盘18旋转时，沿与盘18的旋转方向相反的方向的力(反作用力)作用在装置本体12上，从而使装置本体12沿与盘18的旋转方向相反的方向转动。
注意，作用在装置本体12上的推力T是使用以下等式1求出的。在装置本体12的转动期间的转矩N是使用以下等式2求出的。
T＝F1+F2+F3+F4 等式1
N＝τ1-τ2+τ3-τ4+τ5 等式2
F1、F2、F3、F4是多个螺旋桨14A至14D的推力。τ1、τ2、τ3、τ4是多个螺旋桨14A至14D的转矩，并且τ5是盘18的转矩。由于τ1和τ2彼此抵消，并且τ3和τ4彼此抵消，因而盘18的转矩作用在装置本体12上。
控制器22例如通过包括计算装置、存储装置等的电子回路(计算机)来实现。作为示例，控制器22固定至主体26的上表面。如后文所描述的，控制器22包括控制多个螺旋桨马达16A至16D和盘马达20的功能。
检测器24布置在主体26的上侧处。从主体26向上延伸的保持部34固定至主体26，并且检测器24固定至保持部34的上端部部分。例如，检测器24配置为检测定位在装置本体12前方的竖向目标表面的状况并且布置成面向装置本体12的前方。可以应用各种检测装置、例如相机或光学传感器来作为检测器24。
下面一起描述根据本示例性实施方式的飞行装置10的电气配置和飞行装置10的操作。
如图5中所示，飞行装置10包括接收部40、陀螺传感器42、加速度传感器44、气压传感器46、多个电动速度控制器(ESC)48A至48D和马达放大器50。飞行装置10与操作装置(piloting device)52一起使用。
操作装置52包括操作部54和发送部56。从发送部56发送与由操作者对操作部54进行的操作相对应的信号。接收部40接收从发送部56发送的信号并将接收到的信号输出至控制器22。陀螺传感器42将与装置本体12的角速度相对应的信号输出至控制器22，并且加速度传感器44将与装置本体12的加速度相对应的信号输出至控制器22。气压传感器46将与装置本体12周围的气压相对应的信号输出至控制器22。
控制器22基于从接收部40、陀螺传感器42、加速度传感器44和气压传感器46输出的信号而将相应的控制信号输出至多个ESC 48A至48D和马达放大器50。多个ESC 48A至48D致动多个螺旋桨马达16A至16D，以使多个螺旋桨14A至14D以与从控制器22输出的控制信号相对应的旋转速度旋转。马达放大器50致动盘马达20以使盘18以与从控制器22输出的控制信号相对应的旋转速度并且沿与控制信号相对应的旋转方向旋转。
图6示出了飞行装置10沿着用作目标表面的示例的桥梁60的侧面60A水平移动的示例。在图6中所示的示例中，操作者使用操作装置52进行操作，以使飞行装置10在装置本体12与侧面60A面对面的状态下水平移动，以便使用检测器24来检测侧面60A的状态。然而，当飞行装置10以这种方式水平移动时，外部湍流等可能导致围绕偏航轴线的力作用在装置本体12上。
在这样的情况下，控制器22控制盘马达20以使盘18旋转，以保持装置本体12与侧面60A面对面的状态。即，在俯视平面图中沿顺时针方向作用的力作用在装置本体12上的情况下，控制器22控制盘马达20以使盘18沿顺时针方向旋转。在俯视平面图中沿逆时针方向作用的力作用在装置本体12上的情况下，控制器22控制盘马达20以使盘18沿逆时针方向旋转。
以这种方式使盘18旋转导致沿与盘18的旋转方向相反的方向的力(反作用力)作用在装置本体12上，使得装置本体12沿与盘18的旋转方向相反的方向转动。因此，装置本体12保持与侧面60A面对面的状态。
如上所述，在盘18的旋转期间，控制器22控制多个螺旋桨马达16A至16D，使得多个螺旋桨14A至14D的旋转速度保持恒定。由于多个螺旋桨14A至14D的推力保持恒定，因而装置本体12保持恒定的高度。因此，飞行装置10在装置本体12与桥梁60的侧面60A面对面的状态下水平移动的同时保持恒定的高度。
图7示出了飞行装置10沿着用作目标表面的建筑物70的第一侧面70A和第二侧面70B水平移动的示例。建筑物70的第一侧面70A和第二侧面70B例如彼此成直角。
在图7中所示的示例中，操作者使用操作装置52进行操作，以使飞行装置10在装置本体12与侧面70A面对面并且然后与第二侧面70B面对面的状态下水平移动，以便使用检测器24来顺序地检测侧面70A和第二侧面70B的状态。然而，当飞行装置10从第一侧面70A移动至第二侧面70B时，为了使装置本体12以与侧面70A面对面并且然后与第二侧面70B面对面的相应状态安置，装置本体12需要围绕装置本体12的偏航轴线转动。
当飞行装置10从第一侧面70A移动至第二侧面70B时，控制器22控制盘马达20以使盘18旋转，以使装置本体12保持处于与第一侧面70A面对面并且然后与第二侧面70B面对面的状态。即，当飞行装置10从第一侧面70A移动至第二侧面70B时，控制器22控制盘马达20，使得盘18顺时针旋转。当盘18以这种方式顺时针旋转时，沿与盘18的旋转方向相反的方向的逆时针方向的力作用在装置本体12上，使得装置本体12逆时针转动。因此，在飞行装置10沿着第二侧面70B移动时使装置本体12保持与第二侧面70B面对面的状态。
如上所述，在盘18的旋转期间，控制器22控制多个螺旋桨马达16A至16D，使得多个螺旋桨14A至14D的旋转速度保持恒定。多个螺旋桨14A至14D的推力因此保持稳定，使得装置本体12被保持在恒定的高度处。以这种方式，飞行装置10在装置本体12与建筑物70的第一侧面70A面对面并且然后与第二侧面70B面对面的相应状态下水平移动的同时保持恒定的高度。
注意，类似的情况适用于飞行装置10从第二侧面70B移动至第一侧面70A时。即，当飞行装置10从第二侧面70B移动至第一侧面70A时，控制器22控制盘马达20以使盘18逆时针旋转。当盘18以这种方式逆时针旋转时，沿与盘18的旋转方向相反的方向的顺时针方向的力作用在装置本体12上，使得装置本体12顺时针转动。因此，在飞行装置10沿着第一侧面70A移动时装置本体12保持处于与第一侧面70A面对面的状态。
下面是关于本示例性实施方式的操作和有利效果的说明。
如上面详细描述的，在根据本示例性实施方式的飞行装置10中，盘18布置在装置本体12的中央部分处。当盘18旋转时，沿与盘18的旋转方向相反的方向的力(反作用力)作用在装置本体12上，从而使得装置本体12能够沿与盘18的旋转方向相反的方向转动。由于盘18在装置本体12的转动期间独立于多个螺旋桨14A至14D而旋转，因而多个螺旋桨14A至14D的推力可以在装置本体12的转动期间保持稳定。这使得装置本体12能够围绕其偏航轴线稳定地转动。
多个螺旋桨14A至14D布置在装置本体12的上侧处，并且盘18布置在装置本体12的下侧处。因此，可以容易地确保用于多个螺旋桨14A至14D和盘18的安置空间，从而使得能够确保对于飞行装置10的形状的自由度，并且还使得能够减小飞行装置10的尺寸。
下面是关于本示例性实施方式的改型示例的说明。
在上述示例性实施方式中，多个螺旋桨14A至14D的数目为四个。然而，可以设置除了四个螺旋桨之外的其他数目。
在上述示例性实施方式中，盘18布置在装置本体12的下侧处。然而，盘18可以布置在任何位置处，只要盘18的旋转中心定位在装置本体12的偏航轴线上即可。
在上述示例性实施方式中，飞行装置10包括检测器24。然而，检测器24可以被省去。
在上述示例性实施方式中，当盘18旋转以使装置本体12转动时，控制器22保持多个螺旋桨14A至14D的旋转速度稳定。然而，多个螺旋桨14A至14D的旋转速度可以调节成随着盘18的旋转来辅助装置本体12的转动。
尽管已经给出了关于本文中所公开的技术的示例性实施方式的说明，但是本文中所公开的技术不限于以上内容，并且显然可以在不脱离本文中所公开的技术的精神的范围内实施各种其他改型。

Claims (6)

1.一种飞行装置，包括：
装置本体；
多个螺旋桨，所述多个螺旋桨布置在所述装置本体的前部、后部、左侧和右侧处；
多个螺旋桨马达，所述多个螺旋桨马达固定至所述装置本体并配置成使所述多个螺旋桨围绕与所述装置本体垂直的轴线旋转；
盘，所述盘布置在所述装置本体的中央部分处；以及
盘马达，所述盘马达固定至所述装置本体并配置成使所述盘围绕与所述装置本体垂直的轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的飞行装置，还包括控制器，所述控制器配置成控制所述盘马达，使得所述装置本体沿所述盘的旋转方向的相反方向转动。
3.根据权利要求2所述的飞行装置，其中，所述控制器配置成在控制所述盘马达使得所述装置本体沿所述盘的所述旋转方向的所述相反方向转动的同时，保持对所述多个螺旋桨马达的控制，使得所述多个螺旋桨的旋转速度保持恒定。
4.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的飞行装置，其中：
所述多个螺旋桨布置在所述装置本体的上侧处；并且
所述盘布置在所述装置本体的下侧处。
5.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的飞行装置，其中，所述盘的旋转中心定位在所述装置本体的偏航轴线上。
6.根据权利要求1至权利要求3中的任一项所述的飞行装置，其中，所述盘马达能够使所述盘沿两个方向旋转。
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