CN113955094A - 无人驾驶飞行装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人驾驶飞行装置，包括：主体；第一旋翼，其中，至少第一桨叶联接到所述第一旋翼；至少第二旋翼，其中，至少第二桨叶联接到所述第二旋翼；其中，所述第一旋翼和第二旋翼沿着公共的竖向轴线安装；第一旋翼毂，其中，所述至少第一桨叶联接到所述第一旋翼毂；至少第二旋翼毂，其中，所述至少第二桨叶联接到所述第二旋翼毂；其中，所述至少第一旋翼是不受控的，并且自由摆动。

Description

无人驾驶飞行装置

本申请是名称为“无人驾驶飞行装置”、国际申请日为2015年11月10日、国际申请号为PCT/US2015/059841、国家申请号为201580069295.0的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求在2014年11月10日提交的序列号为62/077,783的美国申请的权益。所述临时申请的主题如同在本文中完全阐述地通过引用并入。

技术领域

本发明涉及无人驾驶飞行装置，并且特别地涉及一种无人驾驶飞行装置构造，所述无人驾驶飞行装置构造规定在旋翼桨叶围绕装置的主体的旋转减慢或停止时折起(collapsing)或者折叠(folding)装置的旋翼桨叶，而在旋翼桨叶围绕装置的主体旋转时远离装置的主体地展开旋翼桨叶。这种构造除了其它方面之外在着陆期间还有助于防止或者最小化对装置的损坏，而又不需要起落架或者可以以其它方式执行其功能的其它结构。

背景技术

无人驾驶飞行装置(还通常被称为“无人机(drone)”)众所周知并且变得日益流行。在所有已知示例中，旋翼组件规定旋翼桨叶总是被朝向中间展开状态地偏压。例如，美国公开No.2009/0212157描述了使用扭力弹簧来偏压每片桨叶远离其折叠或者收回构型。另一方面，已经意识到一直保持旋翼桨叶处于展开位置中对于存放和/或在着陆期间不太令人满意。例如，美国专利No.8,469,307描述了为了存放或者在迫降期间可以向上或者向下折叠90度的桨叶。然而，如充分理解的，在美国专利No.8,469,307中描述的装置仍然使得其本身受到损坏和/或伤害人员。

因此相信的是现有技术的进一步发展是期望的且可实现的。特别地，期望的且可实现的是提供一种无人驾驶飞行装置，所述无人驾驶飞行装置紧凑、耐用且制造成本低而且特别地规定一种改进的桨叶和旋翼布置方案，其中，通过改进的桨叶折起组件来最大化装置的紧凑性和安全性以及对装置本身的损坏的最小化。

发明内容

因此，本发明的目的是克服现有技术中察觉到的缺陷。

本发明的又一目的是提供一种改进的无人驾驶飞行装置构造，所述无人驾驶飞行装置构造可以用于各种应用，所述各种应用包括空中监视、娱乐(例如，玩具直升飞机)和物品的运送。

本发明的又一目的是提供一种改进的无人驾驶飞行装置构造，所述无人驾驶飞行装置构造可以克服现有技术装置中发现的笨重且糟糕的设计、易脆桨叶和高制造成本。

本发明的又一目的是提供一种改进的无人驾驶飞行装置构造，所述无人驾驶飞行装置构造使用方便且实用，并且还紧凑、耐用而且可以以相对低的成本制造。

本发明的再一目的和特征是提供一种改进的无人驾驶飞行装置，所述无人驾驶飞行装置易于运输。

本发明的再一目的和特征是提供一种无人驾驶飞行装置，所述无人驾驶飞行装置包括对称的无人机状主体。

本发明的再一目的和特征是提供一种无人驾驶飞行装置，所述无人驾驶飞行装置包括桨叶，所述桨叶被朝向折叠地偏压，以顺应无人驾驶飞行装置的主体，以便除了其它方面之外还最小化或者防止在着陆或者迫降时对装置本身的损坏。

本发明的再一目的和特征是提供一种无人驾驶飞行装置，所述无人驾驶飞行装置包括桨叶，所述桨叶被弹簧加载以自动折叠，以顺应无人驾驶飞行装置的主体。

本发明的再一目的和特征是提供一种无人驾驶飞行装置，所述无人驾驶飞行装置包括至少一个主体和联接到无人驾驶飞行装置的所述主体的至少两片可折叠的桨叶，其中，所述桨叶的旋转致使所述桨叶经由因其旋转而产生的离心力和气动升举力伸展并且展开，其中，所述桨叶在旋转时提供了推进的升举。

本发明的再一目的和特征是提供一种无人驾驶飞行装置，所述无人驾驶飞行装置包括将所述桨叶联接到无人驾驶飞行装置的所述主体的至少一个折起元件，所述折起元件在桨叶没有旋转时将所述桨叶偏压至折叠位置。

本发明的仍再一目的是提供用于实施和/或促成前述内容的方法。

考虑到附图和随后描述，本发明的其它目的和优势将变得更加显明。

因此，本发明包括构造、元件组合、部件布置和步骤顺序的特征，在下文阐述的构造、图示和描述中将对它们进行例示，并且本发明的范围将在权利要求中表示。

因此，为了克服在现有技术中察觉到的缺陷并且实现在上文和下文阐述的目的和优势，本发明的优选实施例一般来说涉及一种无人驾驶飞行装置，所述无人驾驶飞行装置包括：主体；第一桨叶和至少第二桨叶；联接组件，其用于将第一桨叶和至少第二桨叶联接到主体，其中，联接组件促使第一桨叶和至少第二桨叶朝向主体折起；并且其中，第一桨叶和至少第二桨叶均能够围绕主体旋转，并且其中，第一桨叶和至少第二桨叶能够经由第一桨叶和至少第二桨叶围绕主体旋转而远离主体展开。

在另一优选实施例中，提供了一种使得无人驾驶飞行装置着陆的方法，其中，该装置包括：主体；第一桨叶和至少第二桨叶；联接组件，其用于将第一桨叶和至少第二桨叶联接到主体，其中，联接组件促使第一桨叶和至少第二桨叶朝向主体折起，其中，第一桨叶和至少第二桨叶均能够围绕主体旋转，并且其中，第一桨叶和至少第二桨叶能够经由第一桨叶和至少第二桨叶围绕主体旋转而远离主体展开；并且其中，该方法包括：降低第一桨叶和至少第二桨叶的转速的步骤；和致使第一桨叶和至少第二桨叶朝向主体折起的步骤；其中，在该装置着陆在表面上之前第一桨叶和至少第二桨叶朝向主体折起。

在优选实施例中，无人驾驶飞行装置是在本领域中将通常被称为“无人机”的无人驾驶飞行装置。

附图说明

当结合附图阅读时，本发明的上述特征和其它特征在随后的优选实施例的描述中将变得更加显明，其中：

图1是根据本发明的优选实施例构造的无人驾驶飞行装置的等距视图，示出了其旋翼桨叶处于“折叠”或者“折起”位置中；

图1A是图1中示出的无人驾驶飞行装置的侧视图；

图2是图1、1A中示出的无人驾驶飞行装置的等距视图，示出了其旋翼桨叶处于伸展或者“展开”位置中；

图3是图1、1A和2中示出的无人驾驶飞行装置的剖视图，其中，旋翼桨叶示出为处于其伸展或者“展开”位置中；

图4示出了根据本发明的优选实施例构造的无人驾驶飞行装置的特征，其中，为了易于理解，已经移除了空气动力学壳体；

图5是本发明的无人驾驶飞行装置的优选实施例的顶部旋翼的放大视图，其示出了处于旋翼臂铰接部中以帮助实现如本文所述的优势和目的的扭力弹簧；

图5A是本发明的无人驾驶飞行装置的优选实施例的底部旋翼的放大视图，其示出了处于旋翼臂铰接部中以帮助实现如本文所述的优势和目的的扭力弹簧；

图5B是本发明的无人驾驶飞行装置的另一优选实施例的底部旋翼的放大视图，其示出了利用位于每个旋翼臂中的单个扭力弹簧并且也帮助实现如本文所述的优势和目的的不同联接组件；和

图6是用于根据本发明的优选实施例构造的无人驾驶飞行装置的方块图和电气布线图。

附图中的相同附图标记表示相同部件，但是不必用附图标记为每张附图中的每个特征编号。

具体实施方式

一般来说，本发明涉及均具有能够利用它们的空中位置或者角度来辅助用户或者团队的紧凑构造的无人驾驶飞行装置的实施例。如本文所述的无人驾驶飞行装置的优选实施例优选地成适当尺寸，以便于单个人员用手携带或者在包或者盒中携带，但是可以根据所需应用设想更大的实施例。

优选实施例均优选地包括同轴旋翼设计，所述同轴旋翼设计优选地包括在中央轴线上对准的一对旋翼。本文还设想包括其它旋翼构造的实施例，所述其它旋翼构造包括四轴飞行器或者多轴飞行器构造。每个旋翼均优选地包括两个或者更多个空气动力学桨叶，所述空气动力学桨叶在旋转时提供了推进的升举。在没有旋转时，这些空气动力学桨叶沿着无人驾驶飞行装置的主体自动折叠、折起或者收回，以除了其它方面之外还最小化或者防止在着陆或者迫降期间对装置本身的损坏并且使得装置更便于包装和运输。无人驾驶飞行装置可以由用户使用通信装置(例如，无线电控制(R/C)、蓝牙、网络共享(tether)或者其它适当手段)远程控制。该装置还可以自动操作，从而利用机载计算机处理器或者微型控制器以及必要的支持的电传感器、马达、速度控制器和其它部件作出飞行决定并且指导飞行决定，如本领域中将理解的那样。

因此，首先整体参照图1、1A、2和3，其示出了整体用附体标记10表示的根据本发明的第一优选实施例构造的无人驾驶飞行装置。

根据该优选实施例，无人驾驶飞行装置10包括整体用附体标记12、14、16表示的三个(3)空气动力学壳体，所述空气动力学壳体包封中央管或者中央轴25，无人驾驶飞行装置10的整体用附体标记32、34表示的旋翼围绕所述中央管或者中央轴旋转。轴25优选地由强的、刚硬的且轻质的材料(诸如，拉挤碳纤维、塑料或者铝)制成并且可以是连续的或者分成多段的，均如本领域中将理解的那样。在该第一优选实施例中，中央支撑轴25由长为大约10英寸而外径为0.40英寸的拉挤碳纤维管构成，并且优选地以两个分段设置，这允许电线被布设在其内部。在适当情况中，考虑到诸如设计偏好、用户偏好、市场偏好、成本、结构要求、可获材料、技术进步等问题，还可以设想替代实施例，其中，中央支撑轴25可以具有变化的直径或者偏离圆形截面而且可以跨越无人驾驶飞行装置的全部长度或者一些长度。

支撑构件、隔板和托架安装到轴25。托架(例如，支撑托架30)允许马达、电子器件、伺服马达和其它必要部件的附接。这些支撑构件、隔板和托架还提供了将围绕的空气动力学壳体(例如，12和14)附接到飞行装置的中央轴25的手段。图3中示出的隔板31是在该实施例中用于将空气动力学壳体14联接到中央轴25的支撑构件的示例。

优选地，这些支撑构件、隔板和托架由塑料构成，并且通过胶合、机械过盈配合、摩擦配合或者固定螺钉或者其它适当方法固定到中央轴25。托架和隔板成适当尺寸，以保持在围绕的空气动力学壳体12、14的包封内，并且在某些优选实施例中恰好成足够大以与空气动力学壳体接合的尺寸。在替代优选实施例中，托架和隔板可以成适当尺寸，以突伸过空气动力学壳体。这些隔板和托架使用螺钉、胶水或者其它适当紧固方法来定位和支撑马达、伺服马达、电池和其它机械部件和电气部件。

空气动力学壳体12、14形成外边界，所述外边界包封并且保护飞行器的内部部件。壳体12、14成适当尺寸，使得壳体不对旋翼的气流造成负面影响，而仍然大到足以包封无人驾驶飞行装置的内部部件中的所有内部部件或者一些内部部件。壳体12、14优选地由适当地强的且刚硬的轻质材料(例如，塑料或复合材料)构成。根据情况，考虑到诸如设计偏好、用户偏好、市场偏好、成本、结构要求、可获材料、技术进步等问题，壳体12、14可以设置成分段或者制成连续的，并且覆盖无人驾驶飞行装置的全部部分或者一些部分。壳体12、14遮罩位于旋翼32、34下方和之间的部件，而壳体16遮罩倾斜盘和底部旋翼34。空气动力学壳体16优选地联接到旋翼34的位于中央轴25上的轴承并且因此随着底部旋翼34旋转。然而，由此可以设想替代实施例。优选地，壳体12、14通过与隔板和支撑托架机械过盈配合而附接到中央轴25。

一般来说，装置10包括上旋翼组件和下旋翼组件，所述组件中的每一个除了其它之外还均包括旋翼、旋翼毂和旋翼托架，如将在下文更加详细讨论的那样。一般来说，旋翼、旋翼毂和旋翼托架的联接是在本领域中众所周知的。此外，本文将提及相应的上旋翼托架和下旋翼托架。应当理解的是这种旋翼托架可以是单个一体结构，或者替代地，可以为独立托架部件或者可以联接或者以其它方式连接在一起，如本领域中将理解的那样。即，如将在本文中理解的，对于被铰接地联接到其相应的旋翼托架的第一旋翼臂和第二旋翼臂(或者视情况而定的第三旋翼臂和第四旋翼臂)的提及应当理解为可以存在单个上旋翼托架(以及视情况而定的单个下旋翼托架)，或者视情况而定，上旋翼托架和下旋翼托架可以成部件或者分段，并且因此权利要求不应当由此被限制。

现在还参照图4，其示出了每个旋翼32、34均经由成适当尺寸的径向滚珠轴承附接到中央轴25，其中，薄轴承(thin bearing)是优选的，但不是必要的选择。在优选实施例中，这些轴承嵌置在旋翼毂40、45中。旋翼毂40、45优选地由塑料构成，但是考虑到诸如设计偏好、用户偏好、市场偏好、成本、结构要求、可获材料、技术进步等问题，根据情况，其它的强的轻质材料可以是适当的。相应并且优选的1.5″直径的72齿的尼龙齿轮50优选地用螺钉固定到每个旋翼毂40、45，所述尼龙齿轮与整体用附体标记100(例如，图3、4、6)表示的相应电动马达的8齿的小齿轮啮合，所述马达用于使相应的旋翼32、34旋转。

在适当情况下，考虑到诸如设计偏好、用户偏好、市场偏好、成本、结构要求、可获材料、技术进步等问题，旋翼32、34可以利用其它元件和方法(例如带或者磁体或者利用具有各种直径和齿数的齿轮和小齿轮)旋转，如本领域中的技术人员将理解的那样。另外地，在适当情况下可以采用由其它适当材料(包括金属、树脂等)制成的齿轮。另外地，可以采用的是通过将允许低摩擦旋转和适当支撑的任何适当替代方法将旋翼毂40、45附接到中央轴25，并且本文设想了这样的替代实施例。这些替代实施例可以示例地而非限制地包括推力轴承、磁力轴承和空气轴承。

如图3、4中所示，无人驾驶飞行装置10包括四片旋翼桨叶，所述四片旋翼桨叶中的每一片均用附图标记60表示，并且因此可以如此可互换地或者共同地提及，除非需要提及任何具体旋翼桨叶，并且因此每片旋翼桨叶已经分别用附体标记60A、60B、60C、60D表示，以避免造成任何混乱。优选地，所有桨叶60均由碳纤维构成，但是可以使用具有足够拉伸强度的其它合适的强的且刚硬的材料，包括塑料、树脂或其它复合材料等。

每片旋翼桨叶60均通过相应的联接组件联接到其相应的旋翼和旋翼毂，所述联接组件具有整体用附图标记65表示的旋翼臂。即，旋翼桨叶60A、60B联接到旋翼32和旋翼毂40，而旋翼桨叶60C、60D联接到下旋翼34和旋翼毂45。每个相应的旋翼臂65优选地通过利用铰接部(整体用附图标记70表示)铰接地联接到其相应的旋翼和旋翼托架。

在讨论的第一实施例中并且特别地参照图5、5A，联接组件可以采用双铰接部构造。在下文中，将结合其中联接组件采用单铰接部构造的替代优选实施例来参照图5B。一般来说，如本文构造的铰接部70和所公开的旋翼臂的使用允许相联的旋翼桨叶60中的每一片均在相应的旋翼32、34旋转得足够慢(如下文讨论的)和/或没有旋转时沿着无人驾驶飞行装置10的外空气动力学壳体12、14、16向下折叠或者收回。除了其它方面之外，该构造使得无人驾驶飞行装置10更便于包装和运输，并且有助于在没有使用时保护桨叶60以及在着陆或者迫降期间最小化对装置10本身的损坏。

例如，参照图5、5A，铰接部70A、70B和旋翼臂65与每片旋翼桨叶60的一起使用允许相联的旋翼桨叶60中的每一片均在相应的旋翼32、34旋转得足够慢和/或没有旋转时沿着无人驾驶飞行装置10的外空气动力学壳体12、14、16向下折叠或者收回。

在该第一实施例中，每个旋翼臂65均可以优选地由两个分段构成，即，旋翼臂分段65A和65B，所述旋翼臂分段在铰接部70A处铰接地联接在一起。每个旋翼臂均优选地由塑料制成，但是可以使用其它适当地强的且刚硬的材料。如图1、1A中所示，每个旋翼臂65的相应的分段65B在收回时优选地成适当尺寸，以折叠并且顺应无人驾驶飞行装置10的轮廓。在特定实施例中，当处于其折起位置中时，桨叶至少基本平行于装置的主体。尽管平行可以是优选的，但是至少基本平行旨在表示处于大约90％平行的范围内。

如图4中所示，旋翼臂65的每个相应的分段65A可以同样根据情况而定地向上(即，关于桨叶60C、60D)或者向下(即，关于桨叶60A、60B)枢转，以允许与其相联的桨叶60折起或者折叠。

现在将讨论与桨叶60A相联的旋翼臂65的联接组件和构造(其中，与桨叶60B相联的旋翼臂65的构造是相同构造)以及与桨叶60C相联的旋翼臂65的联接组件和构造(其中，与桨叶60B相联的旋翼臂65的构造是与其相同的构造)。

结合该双(2)铰接的第一实施例，在四个(4)相联的旋翼臂/桨叶构造中的每一个中，设置两个(2)扭力弹簧，所述扭力弹簧在优选实施例中为丝型扭力弹簧(wire torsionsprings)。例如，参照图5中与桨叶60A相联的旋翼臂65/桨叶60构造，第一扭力弹簧80B设置在旋翼托架32A和旋翼臂65的分段65A之间的铰接部70B处。弹簧80B的第一端部固定在托架32A中的通道81内，而弹簧80B的第二端部与分段65A的肩部82接触。第二扭力弹簧80A设置在旋翼臂65的分段65A和分段65B之间的铰接部70A处，并且以类似的方式，弹簧80A的第一端部固定在分段65A中的通道83内，而弹簧80A的第二端部与分段65B的肩部84接触。关于桨叶60B优选地使用相同构造。类似地，参照与图5A中的桨叶60C相联的旋翼臂65/桨叶60构造，第一扭力弹簧80B设置在旋翼托架34A和旋翼臂65的分段65A之间的铰接部70B处，而第二扭力弹簧80A设置在旋翼臂65的分段65A和分段65B之间的铰接部70A处。关于桨叶60D优选地使用相同构造。关于那些下旋翼桨叶60C、6D的旋翼臂在铰接接头处使用类似构造。即，与每片桨叶60C、60D的旋翼臂分段相联的相应弹簧的端部以与参照图5在上文讨论和公开的方式类似的方式固定在相应通道内。

由图5、5A中的相应弹簧80A、80B中的每一个所提供的扭力和相应旋翼臂和铰接部的运动迫使相联的旋翼桨叶60A、60B、60C、60D在没有经受外部力时沿着无人驾驶飞行装置10的主体的轮廓折叠和收回，如图1、1A中所示。如图5中所示，弹簧80B的弹簧力致使与桨叶60A相联的旋翼臂65的分段65A向下转动，直到其下表面66抵靠旋翼32的表面68。以这种方式，分段65A在着陆、迫降时或者在运输期间尽可能地紧凑(参见图1)。与桨叶60B相联的分段65A同样地向下折叠(参见图4)。然而，随着旋翼32、34旋转，桨叶的离心力和气动升举力致使桨叶60向外展开并且进入其产生升举所需的伸展位置(例如，图2)。然而，如果任一旋翼32、34停旋转旋(或者旋转得足够慢)，则离心力再次失去(或者充分减小)，并且与那个停止(或者减慢)的旋翼相联的桨叶60沿着主体往回折起和折叠。

本文若干次地提到这样的事实，即，在桨叶的旋转停止(或者足够慢)时将致使桨叶60向下折叠。即，如本领域中的技术人员将理解的，旋翼桨叶60将沿着装置10的主体自动折叠或者折起的阈值不需要旋翼旋转的完全停止，而该阈值将根据系统的动力学并且在促使旋翼桨叶完全展开的力(离心力和空气动力)被扭力弹簧80的弹簧力克服的情况下出现。即，当旋翼的RPM降低到由作用在旋转桨叶60上的离心力和空气动力所引起的围绕旋翼的相应铰接部70A或者70B的力矩(扭矩)被由扭力弹簧80在铰接部70上引起的扭矩克服的情况下将发生折叠。

因此，本领域中的技术人员还应当理解的是，旋翼桨叶60还将在缺乏促使其完全展开的足够的力时沿着装置10的主体自动折叠或者折起。足够的力应当理解为表示克服由每个铰接部的相应扭力弹簧80引起的闭合扭矩所需的围绕铰接部70A或者70B的扭矩。例如，实验数据已经确定了如果质量为15克且重心与旋转轴线相距5英寸的桨叶以750RPM或者更大的角速度旋转，则将克服当其支腿偏转180度时具有0.150in-lbf的扭矩值的180度扭力弹簧，并且桨叶将展开，如本领域中将理解的，使得桨叶可以高于垂直位置(多达10度)而略微成“锥形”。输入到后旋翼的控制输入也可以致使桨叶略微位于高于或者低于垂直位置(旋翼平面的倾斜)大约+/-10至+/-15度。以这种方式，产生飞行所需的气动升举力。本领域中的技术人员将能够容易地使用这种示例性实施例，以将这种力和转速外推至大体上如本文所述的成其它尺寸的桨叶和无人控制飞行装置构造。

应当注意的是，设想替代优选的旋翼臂构造和联接组件，其可以利用更少的(或者可以要求增加数量的)铰接部70或者旋翼臂分段。

例如，因此参照图5B，以为了公开另一优选实施例，其中，除了为了其它优势之外还为了简化和减重，可以有利的是仅仅具有与每个旋翼臂65相联的单个折叠铰接部70。图5B示出了如在可能的后旋翼34上实施的实施例，其中，图的左侧“L”示出了处于收回位置中的旋翼桨叶60而右侧“R”示出了处于其伸展或者展开位置中的旋翼桨叶60。为了清晰和易于理解而移除了一些部件。

即，与上述实施例的所有其它方面均类似，每片旋翼桨叶60均通过相应的旋翼臂(整体用附图标记165表示)联接到其相应的旋翼和旋翼毂。具体地，图5B示出了均利用铰接部170联接到相应的旋翼托架134A的每个旋翼臂165，这使得具有每片旋翼桨叶60的每个旋翼臂165在相应的旋翼32、34类似地没有足够快地旋转或者没有旋转时沿着无人控制飞行装置10的外空气动力学壳体12、14、16向下折叠或者收回。除了其它方面之外，该替代构造还使得无人驾驶飞行装置10便于包装和运输，并且有助于在没有使用时保护桨叶60以及在着陆或者迫降期间最小化对装置10本身的损坏。

此外，还与上述实施例类似，该替代实施例的每个旋翼臂均优选地由塑料制成，但是可以使用其它适当地强的且刚硬的材料而且可以利用机械紧固件、压配销、保持销或者任何其它成适当尺寸的轴或者作为轴的管实施联接。利用如图5B中所示的单铰接部实施例，每个旋翼臂165在收回时优选地成适当尺寸，以成低轮廓并且顺应飞行装置的外模线。

每片桨叶60均优选地利用机械紧固件、压配销、保持销或者任何其它成适当尺寸的轴或者作为轴的管附接到其相应的臂165。其它措施可以包括粘合剂、摩擦、“卡扣”配合或者过盈配合。一些实施例中有利的是使得桨叶60和相联的臂165制造为单个部件，所述单个部件享有它们二者的特征。这种包含臂165的特征的桨叶可以通过树脂和塑料注塑成型、碳纤维叠敷(layup)或者任何其它适当方法制造。

还应当理解的是，分别将桨叶60A、60B联接到上旋翼32(例如，旋翼托架32)的联接组件可以同样各自仅仅包括单个铰接部。即，作为利用图5A的双铰接部构造的上联接组件的替代方案，桨叶60A、60B还可以替代地使用如在图5B中所示的单铰接部组件。

在所有其它方面中，用于桨叶60A、60B、60C和60D的联接组件中的每一个的单铰接部构造优选地与如上所述的双铰接部构造相同。

还应当注意的是，对于没有使用同轴构造的设计而言，每个旋翼的臂和桨叶可以沿着任何适当表面折叠和顺应，这可以增强在没有操作时运送和操纵无人驾驶飞行装置的能力。

还应当注意的是，可以在替代实施例中采用引起桨叶60的折叠运动的构造的其它适当方法和手段，例如，使用弹性物、线性弹簧、磁体和/或其组合，并且这样的构造手段还可以单独地或者组合地替代公开的扭力弹簧或者与公开的扭力弹簧组合使用，只要弹簧、弹性物、磁体或者其它装置的收回力可以被由旋转旋翼桨叶60所产生的离心力克服而且可以确保桨叶60在飞行期间保持完全伸展或者至少直到设计参数使得需要收回或者折叠(例如，根据情况而定，在非常接近着陆和/或迫降时)为止。

有利地，如本文公开的沿着装置10的主体自动折叠或者折起的旋翼桨叶60允许、提供和/或准许其实施例省略起落架构造、支腿或者支撑件(其可对本发明的有利的紧凑设计和低制造成本造成负面影响)。即，因为旋翼桨叶60如本文公开的那样收回或者折起，所以在着陆或者迫降期间不需要保护桨叶来防止对其的损坏。因为不需要辅助着陆的结构，这种构造除了其它方面之外还提高了使用如本文所述的装置时的安全性、进一步最小化了对装置本身的损坏并且显著减小了制造成本、重量和尺寸。即，因为无人驾驶飞行装置10可以在着陆之前使其旋翼停止，所以离心力的失去可以使得桨叶在迫降或者着陆之前收回和折叠，从而在机腹着陆或者“硬着陆”期间保护它们。

再次参照图4和图5A，以为了讨论提供受控飞行，通过改变底部旋翼桨叶60C、60D的相对桨距或者“周期变距”(周期桨距)来实现受控飞行，但是为了避免怀疑再次注意的是，单铰接部构造至少类似地操作(如果与之不相同的话)。利用整体用附图标记67表示的连杆实现这种相对桨距的改变，所述连杆将底部旋翼34连接到整体用附图标记72表示的倾斜盘。倾斜盘72进而经由连杆连接到一对伺服马达55，该对伺服马达可以改变倾斜盘72的角度。如本领域中的技术人员理解的，随着底部旋翼托架围绕中央轴25旋转，底部旋翼托架34A响应于倾斜盘的诱导角在内部径向轴承上俯仰或者周期变距。在优选实施例中，倾斜盘72由塑料构成并且包含内部径向滚珠轴承，所述内部径向滚珠轴承在塑料球面轴承上枢转。连杆67优选地由不锈钢或者塑料制成并且利用卡扣式、塑料球窝接头或者常规铰接件连接到伺服操纵摇臂56和倾斜盘72。然而，在适当情况中，考虑到诸如设计偏好、用户偏好、市场偏好、成本、结构要求、可获材料、技术进步等问题，可以采用连接连杆的其它方法，例如万向接头或者铰接件。优选地，如本文考虑的任何这样的连杆和倾斜盘的材料是轻质的、刚硬的或者是适当地强的材料，如本领域中将理解的那样。

根据其它替代实施例，根据情况并且如本领域中将理解的，有利的是对顶部旋翼32和底部旋翼34二者应用周期桨距控制、或者具有用于对旋翼32、34实施共同桨距控制的机构、或者利用三个或者更多个伺服马达来控制施加到倾斜盘的桨距、或者通过移动无人驾驶飞行装置10的重心实现定向控制。

现在还参照图6，其示出了根据本发明的优选实施例构造的无人驾驶飞行装置10的布线图和方块图，并且其能够应用于本文所公开的所有构造和实施例。

优选地，无人驾驶飞行装置10包括两个(2)直径为1.1英寸的7.4V的无刷电动马达并且由所述马达提供动力，每个马达整体上均用附图标记100表示，其中，马达100中的相应一个驱动旋翼32，而另一马达100驱动旋翼34。如图3中所示，各马达100、100优选地位于顶部旋翼和底部旋翼之间，并且优选地用螺钉安装到中央轴25上的塑料托架。每个电动马达100、100均优选地由相应的一个20amp的电子速度控制器(ESC)110控制，所述控制器定位成非常靠近其相应的马达100。两个马达100、100和两个控制器110优选地由一对1300mAh的2个单元的锂聚合物(LiPo)电池120、120提供电力，所述锂聚合物电池位于底部旋翼的下方。优选地，LiPo电池120、120利用隔板中的切除部固定就位。还优选地，电线(未示出)顺着中央轴25向上布线以连接电池，并且源自控制器110、110的控制线顺着中央轴25向下布线至微型控制器/微型处理器130。

微型控制器或者微型处理器130还可以设置有适当的功率调节器。另外地，可以设置微机电传感器并且整体用附图标记140表示，所述微机电传感器可以例如包括(但不局限于)陀螺仪、加速计和磁强计。另外，可以设置电气压计和/或全球定位系统(GPS)接收器，其同样用附图标记150表示。微型控制器130优选地使用微机电传感器140中的一个或者多个来预测无人驾驶飞行装置在飞行期间的定向。然后微型控制器130可以使用该预测将控制信号施加到伺服马达55，所述伺服马达可以改变倾斜盘72的角度，使得无人驾驶飞行装置10因下旋翼桨叶60C、60D的相对桨距改变而旋转。微型控制器或者微型处理器130可以使用该控制来飞行自主任务或者增强在用户经由有线或无线的远程装置实施控制时的稳定性。另外地，如果设置有GPS接收器和/或气压计，则它们可以提供关于无人驾驶飞行装置10相对于地球的位置的信息，微型控制器130然后可以使用所述信息来飞行至特定位置或者保持特定高度。还可以添加其它电传感器，例如，超声范围传感器或者摄像机，以向无人驾驶飞行装置10提供附加的(和/或更精确的)距离信息或者成像能力。还可以安装各种天线和发射器，从而向无人驾驶飞行装置10提供能够发送或者接收文本消息或者邮件、广播紧急信标或者警报或者增强用户的无线电或者手机范围的能力。这些传感器和电气部件可以安装在旋翼的平面的下方、上方或者之间，因为能够使电线通过中央轴25布设。

图6还示出了本文示出的部件之间以及其中的优选布线构造。

因此，如可以看到的，本发明涉及一种改进的无人驾驶飞行装置(例如，无人机系统)，所述无人驾驶飞行装置包括主体和可折叠桨叶，其中，桨叶的旋转致使桨叶经由离心力而伸展和展开。折起力(例如，经由弹簧或者弹性元件)致使桨叶在没有旋转(或者以足够慢的速度旋转，如上文讨论的那样)时自动折叠。根据优选实施例，桨叶折叠以顺应装置的主体，从而使得装置100紧凑并且为桨叶提供了保护。优选地，本发明的无人驾驶飞行装置包括同轴旋翼设计，所述同轴旋翼设计优选地包括在中央轴线上对准的至少两个旋翼。每个旋翼均包括至少两片桨叶，所述至少两片桨叶在旋转时提供了推进的升举。优选实施例还可以包括摄像机，以用于进行空中监视。装置的紧凑性和耐用性使得其易于由希望获得地形的航测图的徒步旅行者携带和使用。

使用两个马达的优选实施例较之常规多轴飞行器减小了总体尺寸、重量和复杂性。另外地，同轴设计允许装置的部件位于沿着中央轴的易于被外壳体12、14、16保护的位置。本发明可以使用诸如无线电控制(R/C)、蓝牙、网络共享(tether)或者其它适当手段的通信装置来远程控制。该装置还可以自动操作，从而利用机载计算机处理器或者微型控制器130以及必要的支持的电传感器、马达、速度控制器和其它部件作出飞行决定并且指导飞行决定。上述系统可以在各种应用中采用，包括空中监视、运送、娱乐(例如，直升飞机玩具)、用于当前使用或者利用新兴技术将变得可获得的类似无人机系统的应用。本发明还非常适于由徒步旅行者使用，其中，因紧凑和轻质设计而可以放置在背包中，并且用于隐藏地形的监视。

优选地，装置10可以手动起动并且能够快速升至数百英尺。此外，可以通过例如3D打印、注塑成型等方法或者其组合来制造装置10。在优选实施例中，无人驾驶飞行装置10的整体尺寸为大约15英寸。

尽管前述内容为本发明的优选实施例构造，但是应当理解的是其它设想的替代实施例可以包括宽范围的不同马达、电子速度控制器和电池类型、电压和电容，以优化性能，如本领域中应当理解的那样。

因此可以发现的是，本发明提供了一种优于本领域中现有的无人驾驶飞行装置的改进的无人驾驶飞行装置。特别地，本发明提供了一种改进的无人驾驶飞行装置构造，所述改进的无人驾驶飞行装置构造可以用于各种应用，所述各种应用包括空中监视、娱乐和物品的运送。最为重要地，除了其它方面之外，本发明提供了一种改进的无人驾驶飞行装置构造，所述改进的无人驾驶飞行装置构造使用方便且实用，并且还紧凑、耐用而且可以以相对低的成本制造，并且包括被朝向折叠地偏压以顺应无人驾驶飞行装置的主体的桨叶，以便除了其它方面之外还最小化或者防止在着陆或者迫降时对装置本身的损坏。

如上所述，如本文公开的扭力弹簧或者其它偏压装置的偏压用于使得桨叶折起至优选地无人驾驶飞行装置10的轮廓。还如上所述，桨叶在处于其折起位置中时折起至平行于装置的主体是优选的，但是至少基本平行旨在表示处于大约90％的范围内而且是优选的。然而，为了避免怀疑，桨叶必须向下折起至少45度。以这种方式，本发明可获得专利权地不同于其它的仅仅“摆动”，其中，本发明规定桨叶“折起”使得桨叶向下折叠并且远离桨叶产生受控飞行所需的沿着“向上”方向的必要气动升举的位置。如上文讨论的，受控飞行还可以产生桨叶因控制输入和桨叶成锥形而“摆动”离开垂直位置大约+/-15度。如本领域中的技术人员将理解的，在折起45度或者更大之后，将不存在任何进一步的受控飞行。以先前方式，本发明实现了本文所述的目的和优势，并且以这种方式，专利性将所要求保护的本发明与其它桨叶区别开来，所述其它桨叶可仅仅因它们的自量或者旋翼臂的部件公差等而下垂或者弯曲。

因此将发现的是，有效获得了除了在从前述描述显明的目的之外的上述目的，并且因为可以在不背离本发明的精神和范围的前提下在上述构造中作出某些变化，预期的是包含在上述描述中或者示出在附图中的所有主题均应理解为说明性的而非限制性的。

还应当理解的是以下权利要求旨在涵盖本文描述的本发明的所有通用和具体特征，并且本发明的范围的作为语言修辞的所有语句均会落入其间。

当然，本发明能够应用于宽范围的装置和用途。即，尽管已经参照无人驾驶飞行装置公开了以下实施例，但是这种概述旨在包括并且因此应当理解和认为是涵盖诸如无人驾驶无人机和如将用于娱乐的无人机的装置。

Claims (2)

1.一种无人驾驶飞行装置，包括：

主体；

第一旋翼，其中，至少第一桨叶联接到所述第一旋翼；

至少第二旋翼，其中，至少第二桨叶联接到所述第二旋翼；

其中，所述第一旋翼和第二旋翼沿着公共的竖向轴线安装；

第一旋翼毂，其中，所述至少第一桨叶联接到所述第一旋翼毂；

至少第二旋翼毂，其中，所述至少第二桨叶联接到所述第二旋翼毂；

其中，所述至少第一旋翼是不受控的，并且自由摆动。

2.一种无人驾驶飞行装置，包括：

主体；

第一旋翼，其中，至少第一桨叶联接到所述第一旋翼；

至少第二旋翼，其中，至少第二桨叶联接到所述第二旋翼；

其中，所述第一旋翼和第二旋翼沿着公共的竖向轴线安装；

其中，通过仅改变联接到所述第二旋翼的所述至少第二桨叶的相对桨距来实现受控飞行。

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