CN201399243Y

CN201399243Y - 一种感应式飞行器

Info

Publication number: CN201399243Y
Application number: CN2009200844902U
Authority: CN
Inventors: 龙婧; 甘志银; 魏琴; 潘艳桥; 吴一明; 沈文杰; 付高生; 王宇翔; 蔡绿荫
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2019-03-27

Abstract

一种感应式飞行器，属于飞行玩具，目的在于简化结构，更便于携带和操作，通过人体或者其他障碍物与玩具的非接触感应实现玩具的飞行。本实用新型包括盒体、上旋翼、下旋翼以及盒体内的第一电机、第二电机和电池，第一电机和第二电机转向相反，盒体外形为旋转体，盒体内装设超声波测距电路和电机驱动调速电路，超声波测距电路由超声波发射头、超声波接收头、信号调制放大电路和单片机电信号连接组成；电机驱动调速电路包括信号放大电路和附加信号放大电路。本实用新型结构简单，更便于携带，操作更简单，可以完全由人的身体或其他物体，在完全不接触的情况下，控制其升降，并能在飞行过程中持续保持不与地面接触，适用于广大航模爱好者。

Description

一种感应式飞行器

技术领域

本实用新型属于飞行玩具，具体涉及一种感应式飞行器，通过人体或者其他障碍物的非接触感应实现飞行。

背景技术

随着航空技术的发展，航模从最古老的“竹蜻蜓”发展到现在各类遥控或电动飞机模型，由遥控器作为控制中心发出指令的无线自由飞行飞机已经成为主流。2004年申请、专利号ZL03230187.1、名称为“电动遥控模型飞机”的实用新型公开一种电动遥控模型飞机，包括机身、主翼、机身纤维管、尾翼、前轮、后轮及动力装置和遥控装置，主翼固定在机身上，机身纤维管与机身固定，尾翼固定在机身纤维管的尾部，尾翼由左、右安定面及左、右舵面组成，左舵面与左安定面之间及右舵面与右安定面之间、上下表面粘接成薄片软连接，尾翼成V字形结构，这种模型飞机可通过接受机接受信号并操纵飞机实现爬升、下降、转向以及调整飞行速度等功能，控制和操作方便，飞行性能良好，连接牢固，防撞和防风性能好等优点。

市场上的遥控飞机各有千秋，但基本的组成很少脱离两个模块——飞机模型本身和一个用来控制飞机动作的遥控器，遥控器利用无线通信，调制和发射信号，飞机模型作为信号接收解调站和执行装置；但这类遥控器装置相对复杂，体积较大，不便于携带。

发明内容

本实用新型提供一种感应式飞行器，目的在于简化结构，更便于携带和操作，通过人体或者其他障碍物与玩具的非接触感应实现玩具的飞行。

本实用新型的一种感应式飞行器，包括盒体、上旋翼、下旋翼以及盒体内的第一电机、第二电机和电池，上旋翼安装于内转轴顶端，下旋翼安装于外转轴中部，内、外转轴同轴，内转轴位于外转轴内，内、外转轴伸入盒体内部，分别通过齿轮传动机构与第一电机和第二电机传动连接，第一电机和第二电机转向相反，其特征在于：

所述盒体外形为旋转体，所述内、外转轴中心线与盒体中轴线重合；

所述盒体内装设超声波测距电路和电机驱动调速电路，超声波测距电路由超声波发射头、超声波接收头、信号调制放大电路和单片机电信号连接组成，单片机控制信号经过信号调制放大电路放大，驱动超声波发射头发射超声波信号，超声波接收头接受到反射回的超声波时，通过信号调制放大电路处理，送给单片机；单片机对超声波自发射至接收往返时间计时，产生控制信号送给电机驱动调速电路；

所述电机驱动调速电路包括信号放大电路和附加信号放大电路，信号放大电路所放大的电压达到第一、第二电机额定功率的1/2～2/3，附加信号放大电路所放大的电压达到第一、第二电机额定功率；

电池为超声波测距电路和电机驱动调速电路提供电源，并通过电机驱动调速电路为第一电机和第二电机提供电源。

所述的感应式飞行器，其特征在于：

所述单片机向电机驱动调速电路持续发送驱动控制信号，经电机驱动调速电路中的信号放大电路放大，维持第一、第二电机低功率旋转；单片机同时控制超声波发射头每1.17ms～2.93ms发送一个超声波，并检测在此时间段内超声波接收头是否接收到超声波，是则产生并维持0.5s～1s的高电平输出脉冲，向电机驱动调速电路发送附加控制信号，经电机驱动调速电路中的附加信号放大电路放大之后，驱动第一电机和第二电机加速旋转；否则不产生高电平输出脉冲。

设定飞行器离障碍物的最小距离为200mm～500mm，设超声波发射头发出的超声波频率为40Hz，下以空气中的声速为例来阐述这个运动过程。空气中声音速度近似为340m/s，那么超声波接收头接收到超声波的最短时间为t＝2×(200500)/340＝1.17ms～2.93ms，利用单片机控制超声波发射头每1.17ms～2.93ms发送一个超声波，如果在下一个超声波发出之前没有检测到反射回的超声波，则单片机不给电机驱动调速电路新的驱动控制信号，而维持之前的低速运转(速度能够保证飞行器的缓慢下落)。如果在下一个超声波发出之前检测到了反射回的超声波，则产生并维持一段时间T(T＝0.5～1s)的高电平脉冲，给电机驱动调速电路新的驱动控制信号，电机驱动调速电路放大之后，驱动第一电机和第二电机，使之加速，带动飞行器上升。此过程中超声波一直以每1.17ms～2.93ms发送一个的速率进行发送。

正常工作时，本实用新型飞行器的运动状态有两种：(1).在外界没有障碍物或者障碍物不在预先设定范围的情况下。单片机控制电机驱动调速电路维持两个电机的低功率转动，保证飞行器的缓慢下降或者停留在空中的飞行。(2).在障碍物在限定范围内的情况下。比如将手掌(或类似障碍物)非接触地置于盒体底部通孔下方且距离在设定的感应距离之内时，往控制电路中单片机输出相应高电平电信号，经过转换电路输入到电机驱动调速电路，成为驱动电机加速的动力，从而带动旋翼加速旋转，给飞行器提供升力。而当飞行器上升的足够高以至距障碍物的距离大于设定范围时，单片机不再输出高电平信号，电机失去驱动力，原飞行器在其重力和电机的低功率旋转的合力下带动螺旋桨，缓慢下落。当碰到类似手掌的障碍物时，又会上升。如此循环往复。

本实用新型只具有一个主体模块——即飞行器本身，结构简单，更便于携带，操作更简单，可以完全由人的手掌、身体的其他部分，或其他物体，在完全不接触的情况下，控制其升降，并能在飞行过程中持续保持不与地面接触，适用于广大航模爱好者。

附图说明

图1为本实用新型的主视图；

图2为本实用新型的俯视图；

图3为本实用新型的上半部分剖面局部放大图；

图4为本实用新型的盒体内部局部放大图；

图5为单片机控制信号流程图。

具体实施方式

如图1、图3、图4所示，本实用新型包括盒体3、上旋翼1、下旋翼2以及盒体内的第一电机13、第二电机14和电池22，上旋翼1安装于内转轴7顶端，下旋翼2安装于外转轴6中部，内、外转轴同轴，内转轴7位于外转轴6内，内、外转轴伸入盒体3内部，分别通过齿轮传动机构与第一电机13和第二电机14传动连接，第一电机13和第二电机14转向相反；

盒体3内装设超声波测距电路18和电机驱动调速电路10，超声波测距电路18由超声波发射头19、超声波接收头20、信号调制放大电路和单片机21电信号连接组成；

位于电池盒4中的电池22为超声波测距电路18和电机驱动调速电路10提供电源，并通过电机驱动调速电路10为第一电机13和第二电机14提供电源。

如图2所示，上旋翼、下旋翼完全相同，均包含外圈8和与外圈成一体的四片螺旋桨9，由于两机翼转向相反，故可以维持飞行器盒体本身的悬空静止。

如图3所示，上旋翼1装在内转轴7上、下旋翼2装在外转轴6上，外转轴6，内转轴7均为空心，内转轴7可以伸入外转轴6，装配时保证两个转轴共回转中心线。

如图4所示，第一电机13、第二电机14通过支架17固定于盒体3内，分别与电机驱动和调速电路10连接；第一电机13通过与其电机轴连接的第一小齿轮15，与第一大齿轮12啮合，第一大齿轮12与内转轴7连接，驱动内转轴7旋转，驱动远离盒体的上旋翼1。第二电机14通过连接于其电机轴上的第二小齿轮16与第二大齿轮11啮合，第二大齿轮11与外转轴6连接，驱动外转轴6旋转，驱动靠近盒体的下旋翼2。

超声波发射头19、超声波接收头20、信号调制放大电路和单片机21电信号连接组成超声波测距电路，单片机21控制信号经过信号调制放大电路放大，驱动超声波发射头19发射超声波信号，超声波接收头20接受到反射回的超声波时，通过信号调制放大电路处理，送给单片机21；单片机21对超声波自发射至接收往返时间计时，产生控制信号送给电机驱动调速电路10；

其中单片机可选用8751，且片内有4K的ROM，便于编程。信号调制放大电路将单片机而输出的高电平信号进行处理，并作为驱动马达电机加速旋转的动力输出。

当各电路经电池22供电正常时，将手掌(或类似障碍物)非接触地置于盒体3底部通孔下方且距离在设定的感应距离之内时，超声波测距电路18将接收到的超声波转换成相应电信号，经过电机驱动和调速电路10成为驱动电机的原动力，从而带动旋翼旋转，给飞行器提供升力。而当飞行器上升的足够高以至距障碍物的距离大于设定范围时，超声波测距电路18不再产生感应信号，电机失去附加驱动力，飞行器在其重力作用和单片机控制的电机的低功率运转下带动螺旋桨，自然下落；当碰到类似手掌的障碍物时，又会上升。如此循环往复。

如图5所示，设定飞行器离障碍物的最小距离为300mm，设超声波传感器发出的超声波频率为40Hz，空气中声音速度近似为340m/s，传感器能够感应到的最短时间为t＝2×300/340＝1.76ms；

单片机向电机驱动调速电路持续发送驱动控制信号，经电机驱动调速电路中的信号放大电路放大，维持第一、第二电机低功率旋转；单片机同时控制超声波发射头每1.76ms发送一个超声波，并检测在此时间段内超声波接收头是否接收到超声波，是则产生并维持一段时间T(T＝0.5～1s)的高电平输出脉冲，向电机驱动调速电路发送附加控制信号，经电机驱动调速电路中的附加信号放大电路放大之后，驱动第一电机和第二电机加速旋转，带动飞行器上升；否则不产生高电平输出脉冲，第一、第二电机维持低功率旋转。

Claims

1.一种感应式飞行器，包括盒体、上旋翼、下旋翼以及盒体内的第一电机、第二电机和电池，上旋翼安装于内转轴顶端，下旋翼安装于外转轴中部，内、外转轴同轴，内转轴位于外转轴内，内、外转轴伸入盒体内部，分别通过齿轮传动机构与第一电机和第二电机传动连接，第一电机和第二电机转向相反，其特征在于：

2.如权利要求1所述的感应式飞行器，其特征在于：

所述单片机向电机驱动调速电路持续发送驱动控制信号，经电机驱动调速电路中的信号放大电路放大，维持第一、第二电机低功率旋转；单片机同时控制超声波发射头每1.17ms～2.93ms发送一个超声波，并检测在此时间段内超声波接收头是否接收到超声波，是则产生并维持高电平输出脉冲，向电机驱动调速电路发送附加控制信号，经电机驱动调速电路中的附加信号放大电路放大之后，驱动第一电机和第二电机加速旋转；否则不产生高电平输出脉冲。