CN115697842A - 旋翼机及其姿势控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够使坠落的机身处于预定姿势而更加正常地展开降落伞的飞行体。本发明涉及一种旋翼机。本发明的旋翼机具备：降落伞机构，其向预定方向释放降落伞；以及姿势控制单元，其用于在释放该降落伞时使机身处于特定姿势。根据这样的结构，能够将降落伞以适于其展开的姿势展开，因此能够降低飞行体坠落时的损害。

Description

旋翼机及其姿势控制方法
技术领域
本发明涉及一种具备降落伞的旋翼机以及该旋翼机的姿势控制方法。
背景技术
近年来，利用无人机(Drone)、无人飞行器(UAV：Unmanned Aerial Vehicle)等飞行体(以下，统称为“飞行体”)的产业发展显著，在航拍、快递、检查等各种服务中进行了使用飞行体的尝试，各服务朝向实用化、进一步的发展推进。
伴随着飞行体，特别是具备多个旋翼的被称为多旋翼飞行器的旋翼机的活用范围的扩大，其安全性也亟待提高。在空中飞行时需要设想坠落事故等，专利文献1中公开了一种具备降落伞的飞行体(例如，参见专利文献1)。
专利文献1提供了一种旋翼机，其具备能够在更短的时间内展开的降落伞或滑翔伞的展开装置(例如，参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2020-59315号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1中，在异常检测装置检测到以上时，可以利用气压弹出并展开降落伞或滑翔伞。由此，在存在飞行体在空中发生故障并坠落的可能性的情况下，可以降低坠落速度，降低对机身及其坠落点上的物体等的损伤、伤害。
在如专利文献1那样的具备降落伞展开机构的飞行体中，正确地展开降落伞很重要。
然而，在现有的飞行体实际坠落时，降落伞的展开方向未必朝上。此时，例如，在降落伞被飞行体的一部分挂住等而无法正常展开、或者降落伞、连接其的绳索被螺旋桨等锋利的部件割断而使机身与降落伞分离的情况下，有可能无法充分发挥降落伞的作用。
因此，本发明的一个目的在于提供一种旋翼机，其具备使坠落的机身处于预定姿势以在飞行中的机身发生异常、故障时能够更加正常地展开降落伞、顶蓬(以下统称为“降落伞”)的装置。
用于解决课题的手段
本发明能够提供一种具备多个旋翼的旋翼机，该旋翼机具备：
降落伞机构，其向预定方向释放降落伞；以及
姿势控制单元，其用于在释放该降落伞时使机身处于特定姿势。
发明效果
本发明能够提供一种能够使坠落的机身处于预定姿势而更加正常地展开降落伞的旋翼机。
附图说明
图1是从侧面观察本发明的具备降落伞的飞行体的图。
图2是图1的飞行体展开降落伞时的图。
图3是从上面观察处于一般待机状态的飞行体的图。
图4是飞行体处于降落伞难以正常展开的姿势时的侧视图。
图5是从侧面观察搭载有空力套件的本发明的具备降落伞的飞行体的图。
图6是图5的飞行体在坠落时姿势得到控制时的图。
图7是从侧面观察搭载有释放与机身连接的物体的机构的本发明的具备降落伞的飞行体的图。
图8是图7的飞行体释放与机身连接物体时的图。
图9是图7的飞行体在坠落时姿势得到控制时的图。
图10是从侧面观察搭载有释放与机身连接的物体的机构的本发明的具备降落伞的飞行体的另一个图。
图11是图10的飞行体释放与机身连接的物体时的图。
图12是本发明的具备降落伞的飞行体部分地拆卸机身时的图。
图13是图12的飞行体在坠落时姿势得到控制时的图。
图14是本发明的具备降落伞的飞行体切断并分离机身的一部分时的图。
图15是图14的飞行体在坠落时姿势得到控制时的图。
图16是具备本发明的降落伞的飞行体在切断并分离机身的一部分时的另一个图。
图17是从上面观察图16的飞行体的图。
图18是图16的飞行体在坠落时姿势得到控制时的图。
图19是从侧面观察搭载有变更机身的重心位置的机构的本发明的具备降落伞的飞行体的图。
图20是图19的飞行体移动电池来移动机身的重心位置时的图。
图21是图19的飞行体在坠落时姿势得到控制时的图。
图22是图1的飞行体的功能块图。
具体实施方式
列举本发明的实施方式的内容进行说明。本发明的实施方式的具备降落伞的旋翼机具备如下结构。
[项目1]
一种具备多个旋翼的旋翼机，其具备：
降落伞机构，其向预定方向释放降落伞；以及
姿势控制单元，其用于在释放该降落伞时使机身处于特定姿势。
[项目2]
根据项目1所述的旋翼机，其中，
所述姿势控制单元通过在所述预定方向上控制所述机身的空气阻力来使所述机身处于所述特定姿势。
[项目3]
根据项目2所述的旋翼机，其中，
所述姿势控制单元为空气动力调整部件，用于在所述机身上形成空气阻力较高的部分和空气阻力较低的部分。
[项目4]
根据项目2所述的旋翼机，其中，
所述姿势控制单元通过释放出与所述机身连接的物体来控制所述机身的所述空气阻力。
[项目5]
根据项目1～4中任一项所述的旋翼机，其中，
所述姿势控制单元通过部分地拆卸所述机身来控制所述机身的空气阻力。
[项目6]
根据项目1～4中任一项所述的旋翼机，其中，
所述姿势控制单元通过切断和分离所述机身的一部分来控制所述机身的空气阻力。
[项目7]
根据项目1～6中任一项所述的旋翼机，其中，
通过在所述预定方向上变更所述机身的重心位置来控制所述机身的空气阻力。
[项目8]
一种旋翼机的姿势控制方法，该旋翼机具备降落伞机构并具备多个旋翼，该方法包括:
姿势控制步骤，至少在通过所述降落伞机构释放降落伞时使机身处于特定姿势；以及
降落伞控制步骤，控制所述降落伞机构以在所述特定姿势的状态下向预定方向释放降落伞。
<本发明的实施方式的详细内容>
以下，参照附图对本发明的实施方式的具备降落伞的旋翼机进行说明。
如图1所示，本发明的实施方式的飞行体100是具备多个旋翼的旋翼机，其具备：降落伞机构，其向预定方向释放降落伞10；以及姿势控制单元，其用于在释放降落伞10时使机身处于特定姿势。
为了使用旋翼飞行，飞行体100优选为至少具备螺旋桨110、马达111等部件，并且搭载有用于使它们动作的能量(例如二次电池、燃料电池、化石燃料等)。
另外，为了便于说明本发明的结构，图示的飞行体100被简化描绘，例如，控制部等的详细结构未示出。
飞行体100和移动体200以图中箭头D的方向(-YX方向)为行进方向(详见后述)。
另外，在以下说明中，有时按照以下定义区分使用术语。前后方向：+Y方向和-Y方向、上下方向(或铅垂方向)：+Z方向和-Z方向、左右方向(或水平方向)：+X方向和-X方向、行进方向(前方)：-Y方向、后退方向(后方)：+Y方向、上升方向(上方)：+Z方向、下降方向(下方)：-Z方向。
螺旋桨110a、110b接受来自马达111的输出而旋转。通过螺旋桨110a、110b旋转，产生用于使飞行体100从出发地起飞、移动并在目的地降落的推进力。此外，螺旋桨110a、110b能够向右旋转、停止和向左旋转。
如图1所示，飞行体100具备降落伞10。释放降落伞10的降落伞机构所使用的展开机构使用火药、弹簧、气体等。
关于降落伞10的主体、展开方法，已知多种方法，但在配置于例如25千克左右、与轻型飞机相比小型且轻量的飞行体中的情况下，优选降落伞10的主体及其展开机构是轻量的。图2是降落伞10的展开的一个例子。当降落伞10释放时，顶蓬11如图示那样展开。
在需要展开降落伞10时、或有展开降落伞10的指示时，本发明的实施方式的飞行体在降落伞10展开前处于预定姿势。
飞行体搭载有传感器类，其能够获得可用于判断是否进行降落伞10的展开动作的信息，并通过检测机身的倾斜度、速度、各构成部件的异常来展开降落伞10。
当需要展开降落伞10时，飞行体100有可能坠落或已经开始坠落。此时，通过具备本发明的实施方式的使机身处于特定姿势的机构，飞行体在降落伞10展开之前处于预定姿势。使机身处于特定姿势的机构包括：不进行追加的动作而在预先设置于机身的状态下发挥效果的机构；以及在需要展开降落伞10的情况下进行动作而发挥效果的机构。
本发明的飞行体100具备的螺旋桨110具有一个以上桨叶。桨叶(旋转体)的数量可以是任意的(例如1、2、3、4或其以上的桨叶)。另外，桨叶的形状可以是平坦形状、弯曲形状、扭曲形状、锥形形状或者它们的组合等任意形状。另外，桨叶的形状能够变化(例如伸缩、折叠、弯折等)。桨叶可以是对称的(具有相同的上部和下部表面)，也可以是非对称的(具有不同形状的上部和下部表面)。桨叶能够形成为翼片、机翼或适于使桨叶在空中移动时生成气动力(例如升力、推力)的几何形状。桨叶的几何形状可以适当地选择，以优化桨叶的气动特性，如增加升力和推力、减少阻力等。
另外，本发明的飞行体具备的螺旋桨可以考虑固定桨距、可变桨距、以及固定桨距与可变桨距的组合等，但不限于此。
马达111用于使螺旋桨110旋转，例如，驱动单元可以包括电动马达或发动机等。桨叶可由马达驱动，绕马达的旋转轴(例如马达的长轴)旋转。
桨叶可以全部沿相同方向旋转，也可以独立地旋转。一些桨叶沿一个方向旋转，其他桨叶沿另一方向旋转。桨叶可以全部以相同转速旋转，也可以分别以不同转速旋转。转速可以基于移动体的尺寸(例如大小、重量)、控制状态(速度、移动方向等)自动或手动地确定。
飞行体100根据风速和风向决定各马达的转速、飞行角度。由此，飞行体能够进行上升和下降、加速和减速、或转向这样的移动。
作为用于供飞行体100使机身成为特定姿势的手段，有控制空气阻力的方法。在物体坠落时，越轻、空气阻力越大，越能够降低下降速度。相反，越重、空气相向越小，则下降速度上升。
在旋翼机中，为了改善其飞行方式、提高其机动性，从上面观察机身时的形状多为如图3所示接近左右对称和上下对称的结构，另外，机身的重心很少偏向机身的一端。因此，各部位的机身下降速度很难产生较大的差异，也很难预测机身的坠落姿势。
如图4所示，在机身以难以正常展开降落伞10的姿势坠落的情况下，降落伞10无法充分发挥效果。
为了使机身在保持降落伞10能够正常展开的姿势的状态下坠落，需要通过降低机身的至少一部分的下降速度或者提高机身的至少一部分的下降速度来控制姿势。
以下是用于控制空气阻力、使机身处于特定姿势的机构的四个实施例。
<实施例1>
如图5至图6所示，飞行体100具备的姿势控制单元可以具备用于在机身上形成空气阻力较高的部分和空气阻力较低的部分的空气动力调整部件20(所谓的空力套件等)。
空气动力调整部件20例如在平时起到尾翼的作用，兼有提高前进时的飞行稳定性或调整机身的行进方向的作用。另外，空气动力调整部件20可以在机身坠落时增加设置有空气动力调整部件20一侧的空气阻力来控制姿势。
<实施例2>
如图7至图9所示，飞行体100具备的姿势控制单元也可以通过释放与飞行体连接的物体(释放用套件23)来控制机身的空气阻力。
通过从想要降低下降速度的部分释放出可能形成空气阻力的物体，以该部分成为上方的姿势坠落。从重量、效果的观点出发，形成空气阻力的物体优选为轻量。例如，可以是绳索、风筝的尾巴那样的细长形状的纸、乙烯、树脂成型品等。
在使用较长且能够折叠或卷绕的物体的情况下，如图7所示，能够预先收纳在臂、框架内。
另外，如图10和图11所示，通过释放出由钢丝绳等与飞行体100的主体连接的罩21等，也能够得到同样的效果。公知的旋翼机的罩21多为半球等圆顶型等覆盖机身的控制部分、搭载物的形状，另外，从防水等观点出发，容易使用树脂制等透气性低的材料。在为具有这样的形状以及材质的罩21的情况下，能够期待坠落时得到较高空气阻力的效果。
<实施例3>
如图12所示，飞行体100具备的姿势控制单元也可以通过至少部分地拆卸飞行体的构成部件来控制空气阻力。
当拆卸一部分螺旋桨110的桨叶时，螺旋桨110的面积或螺旋桨110的旋转面的面积消失，空气阻力相应地减小。与具备未拆卸的螺旋桨110一侧产生空气阻力差，如图13所示，飞行体100的姿势发生变化。
例如，拆卸构成部件可以包括从触发降落伞10的展开而开始，通过卸下固定多个螺旋桨110的桨叶的部件来进行拆卸。另外，拆卸构成部件也可以包括根据飞行体的用途、使用场所，通过利用火药等的冲击而进行破坏或拆卸。
<实施例4>
如图14至图18所示，飞行体100具备的姿势控制单元可以通过切断和分离飞行体的构成部件和装载物的至少一部分来控制空气阻力。
在图14和图15中，通过切断飞行体100的臂120的一部分，能够减少该部分的空气阻力。
这样，在切断较大的构成部件时，需要考虑重心的变化。通过调整空气阻力的减少量和切断引起的重心的移动量，能够提高结构部件被切断的部分的坠落速度，降低相反侧的坠落速度。或者与之相反，也可以降低切断部分的坠落速度，提高相反侧的坠落速度。
如图16至图18所示，在重心的移动超过空气阻力的减小时，与结构部件被切断的一侧相反的一侧坠落得更快。
如图19至图21所示，飞行体100可以通过变更飞行体的重心位置来控制飞行体100的姿势。
例如，通过移动电池22、搭载物等，可以使机身的重心偏移，来控制飞行体的坠落姿势。这种控制方法可以通过使用原本搭载在机身上的物体、增设物体的移动机构来实现。因此，可以将由姿势控制单元的搭载引起的重量增加抑制到最小限度。
作为搭载于机身的物体的移动，例如有利用轨道使其滑动等方法。具体而言，预先将电池22、货物等搭载物固定在轨道上，在进行重心的移动时解除固定而使物体滑动到预定位置，或者使用与机身的动作不同的系统的机构使物体移动，由此能够使飞行体100的机身的重心变更到预定位置，控制坠落姿势。
进而，通过适当地相互组合上述四个实施例，能够提高姿势控制的效果。
例如，在上述<实施例1>的空气动力调整部件20内预先具备<实施例2>的释放用套件23的情况下，除了可以基于空气动力调整部件20的空气阻力进行姿势控制外，还可以通过释放的绳索来控制姿势。
上述飞行体具有如图22所示的功能块。另外，图22的功能块是最低限度的参考结构。飞行控制器是所谓的处理单元。处理单元可以具有可编程处理器(例如中央处理单元(CPU))等一个以上处理器。处理单元具有未图示的存储器，并且能够访问该存储器。存储器存储有为了进行一个以上步骤而能够由处理单元执行的逻辑、代码和/或程序指令。存储器例如可以包括SD卡、随机存取存储器(RAM)等可分离的介质或外部存储装置。从照相机、传感器类获取的数据也可以直接传递并存储到存储器中。例如，由照相机等拍摄的静止图像和动态图像数据被记录在内置存储器或外部存储器中。
处理单元包括构成为控制旋翼机的状态的控制模块。例如，控制模块控制旋翼机的推进机构(马达等)，以调整具有六自由度(平移运动x、y和z、以及旋转运动θx、θy和θz)的旋翼机的空间配置、速度和/或加速度。控制模块可以控制搭载部、传感器类的状态中的一个以上。
处理单元能够与收发部进行通信，该收发部构成为发送和/或接收来自一个以上外部设备(例如终端、显示装置或其他远程控制器)的数据。收发机能够使用有线通信或无线通信等任意适当的通信方式。例如，收发部能够利用局域网(LAN)、广域网(WAN)、红外线、无线、WiFi、点对点(P2P)网络、电信网络、云通信等中的一种以上。收发部能够发送和/或接收由传感器类获取的数据、处理单元生成的处理结果、预定的控制数据、来自终端或远程控制器的用户命令等中的一种以上。
本实施方式的传感器类可以包括惯性传感器(加速度传感器、陀螺仪传感器)、GPS传感器、接近传感器(例如雷达)或视觉/图像传感器(例如照相机)。
上述实施方式仅是为了容易理解本发明而例示的，并非用以限定地解释本发明。本发明可以在不脱离其主旨的范围内进行变更、改进，并且本发明当然包括其等同物。
附图标记说明
10:降落伞；11:顶蓬；20：空气动力调整部件；21：罩；22：电池；23：释放用套件；100:飞行体(旋翼机)；110：螺旋桨；111：马达；120a～120f：臂。

Claims (8)

1.一种具备多个旋翼的旋翼机，其具备：
降落伞机构，其向预定方向释放降落伞；以及
姿势控制单元，其用于在释放该降落伞时使机身处于特定姿势。
2.根据权利要求1所述的旋翼机，其中，
所述姿势控制单元通过在所述预定方向上控制所述机身的空气阻力来使所述机身处于所述特定姿势。
3.根据权利要求2所述的旋翼机，其中，
所述姿势控制单元为空气动力调整部件，用于在所述机身上形成空气阻力较高的部分和空气阻力较低的部分。
4.根据权利要求2所述的旋翼机，其中，
所述姿势控制单元通过释放出与所述机身连接的物体来控制所述机身的所述空气阻力。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的旋翼机，其中，
所述姿势控制单元通过部分地拆卸所述机身来控制所述机身的空气阻力。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的旋翼机，其中，
所述姿势控制单元通过切断和分离所述机身的一部分来控制所述机身的空气阻力。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的旋翼机，其中，
通过在所述预定方向上变更所述机身的重心位置来控制所述机身的空气阻力。
8.一种旋翼机的姿势控制方法，该旋翼机具备降落伞机构并具备多个旋翼，该方法包括:
姿势控制步骤，至少在通过所述降落伞机构释放降落伞时使机身处于特定姿势；以及
降落伞控制步骤，控制所述降落伞机构以在所述特定姿势的状态下向预定方向释放降落伞。
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