CN2524808Y - 红外线控擎飞碟 - Google Patents

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CN2524808Y CN02206423U CN02206423U CN2524808Y CN 2524808 Y CN2524808 Y CN 2524808Y CN 02206423 U CN02206423 U CN 02206423U CN 02206423 U CN02206423 U CN 02206423U CN 2524808 Y CN2524808 Y CN 2524808Y
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Abstract

本实用新型涉及玩具技术领域，特指一种方向可控型的旋转玩具。其技术方案为：它包括一由内部组件，以及一套设于内部组件上并可相对内部组件做旋转运动的外部组件构成的中心座、至少一个圆形的外环、以及一个带有微处理器的遥控装置，从外部组件向外呈放射状伸出至少三个与外环连接的杆状支架，相邻两个支架之间的夹角相等，每个支架上设置一由马达和螺旋桨构成的旋转装置，从内部组件的下端向下伸出多个具有桨翼的支脚。本实用新型可完全按操纵者的意图进行方向控制以及不需要使玩具停止转动就能使用降落装置进行着陆。

Description

红外线控擎飞碟
技术领域：
本实用新型涉及玩具技术领域，特指一种方向可控型的旋转玩具。
背景技术：
大多数垂直升降型的飞行器依靠陀螺仪装置来保持其在盘旋飞行时的稳定性。如本申请提出之前的美国专利5,971,320和国际PCT申请WO 99/10235就提出了一种具有陀螺仪装置的直升机。但是，如果是自转型的玩具时，如飞碟，就有着与上述直升机不同的特点，首先，自转型的玩具不需要陀螺仪装置就可实现盘旋飞行时的稳定性，这一点可从美国专利5,297,759、5,634,839、5,672,086以及5,971,320看出。第二，玩具整体自转时，即使外部的方向控制信号能被接收到并转化为实际的移动方向，自转中的玩具也将从基准方向迷失。直升机或其它航空器玩具，通常以其前端所指的方向来决定前进的方向，操纵者只需象遥控车辆玩具一样，将遥控器的控制杆推向前方，或是按前进键就可引导它们从基准点向前飞行，但是，象飞碟这类自转型的玩具，一开始自转后就不能辨别方向，当然也就很难控制其前进的方向。如美国专利5,429,542和5,297,759提出的旋转型飞行玩具就只能仅仅控制玩具向上、向下或是改变旋转方向。美国专利5,634,839和5,672,086虽然提出了使用控制信号来引导旋转型的飞行玩具飞向或远离操纵者的方法，这种方式需要操纵者左右试飞旋转玩具，但是，对于狭窄的环境如室内，用这种方法来控制飞行玩具是十分困难的。
另外，目前的旋转型飞行玩具没有降落装置，如美国专利5,297,759、5,634,839、5,672,086和5,429,542提出的旋转型飞行玩具都没有降落装置，落地时需要使飞行玩具的底部直接着陆。然而，对于整个中心体并没有旋转而只是螺旋桨部分转动的直升机，例如，美国专利5,971,320提出的直升机玩具，似乎应有降落装置。
发明内容：
本实用新型的目的就在于针对现有飞行玩具的不足之处而提供一种可完全按操纵者的意图进行方向控制以及不需要使玩具停止转动就能使用与几乎不转动的非旋转部分连接的降落装置进行着陆的旋转型玩具。
为实现上述目的：本实用新型包括一由内部组件通过摩擦力极小的转轴与外部组件连接构成的中心座，外部组件可相对内部组件做旋转运动。从外部组件的外端端面向外伸出至少三个以相同的角度分隔开的支架，支架的外端与一圆形的外环连接，外部组件、支架和外环构成旋转部分，在每个支架的中部设置一由马达和螺旋桨组成的旋转装置，启动后，螺旋桨利用旋转排气来产生上升力和使外部组件、中心座、马达和外环转动的反转矩，此外，当玩具在平面上时，从中心座的内部组件向下伸出的多个支脚可以支撑旋转中的玩具，每个支脚又有一个能使空气从外侧向下端对流的浆翼，该浆翼使中心座的内部组件产生与外部组件转动方向相反的转动趋势，这种趋势可以保证内部组件几乎不会转动，而这个不转动的内部组件通过导线与遥控器连接，本实用新型还包括有检验基准点方向和通过控制各个转动马达的转速从而调整玩具的飞行方向的装置。本实用新型可以从远处通过导线向每个马达提供驱动电压，驱动电压通过遥控器上的上升力控制杆来控制，各个马达获得的驱动电压的大小或振幅是相同的，以使各马达上安装的螺旋桨能以相同的速率转动，从而保证玩具在水平方向上动作，不至于出现倾斜现象，遥控器内还设置有周期装置或方向控制装置以控制旋转玩具的前后左右飞行，通过将预设的正弦波信号加到每个马达的驱动电压上的方式，可以调整玩具的飞行矢量，使玩具飞向特定的方向，操纵者还可通过控制正弦电压信号的振幅来调节玩具的飞行速度。
本实用新型的另外一个方面，就是导线构成一可以检测玩具是否飞离基准点的负反馈系统，该负反馈系统向遥控器内的微处理器发出信号，调整方向正弦信号的振幅和初相角以使旋转玩具回到基准点位置。
本实用新型的再一个方面，就是调整振幅和初相角的方式，也可被运用在其它旋转玩具上，如用无线控制方式控制的地面旋转玩具。
附图说明：
附图1为本实用新型的立体结构示意图
附图2为附图1的侧剖视图
附图3为遥控装置和马达的电气连接原理图
附图4为附图1的俯视图
附图5a-5d为微处理器产生的用以控制玩具飞行方向的一个周期的正弦电压波形图
附图6a为本实用新型带有复位装置和基板时的侧剖视图
附图6b为附图6a的一个侧剖视图(玩具飞离基板中心位置的状态)
附图6c为附图6b所示玩具飞离基板中心位置时的复位装置部分的局部放大图
附图7a和附图7b所示为带有由霍尔效应检测器和一对磁铁构成的反馈系统的玩具的侧剖视图
附图8为采用红外光控制系统的地面型旋转玩具的侧剖视图
具体实施方式：
本实用新型可有多种不同的实施方式，以下所述的仅为体现发明原理的一个具体实施方式。
首先，附图1所示展现了本实用新型的一个实施例，即一个飞碟状玩具10，该飞碟状玩具10包括：一中心座12、一个圆形的外环16、一个带有微处理器的遥控装置30，从中心座12向外呈放射状伸出三个与外环16连接的杆状支架14，相邻两个支架14之间的夹角相等，每个支架14上设置一由马达20和螺旋桨22构成的旋转装置18，从内部组件34的下端向下伸出三个具有桨翼26的支脚24。外环16由柔软的发泡塑料制成，以保护螺旋桨22以及当飞碟状玩具10撞到其它物体、例如墙时起到良好的缓冲作用，同时，外环16还起着一个配重的作用，旋转时产生陀螺仪效果，从而增加飞碟状玩具10飞行时的稳定性。
位于支架14中心位置处的旋转装置18包括一通过布设在中空支架14内的信号线与控制装置连接的马达20，连接在马达20上部的螺旋桨22的叶片与水平方向成约4度的倾角，旋转装置18启动后，螺旋桨22的转速很高，能使飞碟状玩具10以及螺旋桨22下端的马达20达到每分钟约300转的转速，而马达20产生的反转矩则可加速飞碟状玩具10和马达20的转动，此外，在空气阻力很小的情况下，则马达20产生的反转矩就足以使飞碟状玩具10转动而不需要使螺旋桨22倾斜。
一端与遥控装置30连接的导线32的另一端通过中心座12连接到旋转装置18从而使操纵者能够控制飞碟状玩具10的上升和飞行方向，此外，为了减少飞碟状玩具10的重量，可以使用连接遥控装置30及与壁式电源插座相配合的壁式插头33对马达20提供电力，这样胜于在飞碟状玩具10上安装电池，壁式插头33同时也给红外发射管50和52提供电力，导线32被连接到中心座12的内部组件34上(见附图2所示)，内部组件34通过一摩擦力极小的转轴38与外部组件36连接，启动后，外部组件36和支架14以及旋转装置18和外环16同时旋转，与导线32连接的内部组件34则构成飞碟状玩具10的非旋转部分。
飞碟状玩具10上的马达20也可用燃料来为螺旋桨22提供动力或用设置在飞碟状玩具10上的其它装置来为螺旋桨22提供动力。当然，飞碟状玩具10除了螺旋桨22推进方式外，也可采用其它更好的推进方式，例如，在马达20上装上航空和航天器上常用的能转换角度、提供上升力和旋转力的、或能多角度地改变旋转方向的喷气式管嘴同样可以达到推进目的。
见附图1所示，中心座12上有三个支脚24，支脚24从飞碟状玩具10的非旋转部分也就是内部组件34向下方伸出，其作用是在地上或其它平面上在起飞前以及着陆的情况下，支撑住飞碟状玩具10，支脚24分别对因螺旋桨22旋转而产生的气流保持45度的夹角，沿支脚24的长度方向上成型有桨翼26，当气流被桨翼26反射后，产生驱动非旋转部分与飞碟状玩具10反向旋转的驱动力，桨翼26的角度，决定了由于飞碟状玩具10的旋转部分和非旋转部分之间因摩擦力的存在而产生的非旋转部分的转动能否被抵消。
因为导线32是连接到非旋转部分的，有关方向和上升信号，必须和电力一样从非旋转部分向旋转部分，特别是旋转装置18传输，当然，传输方式可以有很多种，以下所述为其中的一种实施方式，见附图2和附图3所示，下端面设置有四个导电环(图3中所标的42a、42b、42c、42d，全部用42来表示)的小型电路基板40被安装在外部组件36的上端，在内部组件34的上端端面设置了四个由弹片支承的与导电环42接触的碳刷44，中间的导电环42a作用是使碳刷44b、44c、44d和各自对应的导电环42b、42c、42d接触时形成闭合的电气回路，三个导电环44b、44c、44d分别独立对应旋转装置18内的马达20(用M1、M2、M3表示)。
遥控装置30上设置有多个操纵杆或按键，通过电路基板40控制飞碟状玩具10的上升力以及飞行方向，如附图3所示，遥控装置30上设置有一上升力控制杆46和一个方向控制杆48。
另外，通过碳刷44向导电环42提供的电力，还可提供给位于外环16外端面上的用以产生飞碟状玩具10的外环16发光效果的LED使用。
如前所述，当飞碟状玩具10开始旋转后，飞碟状玩具10自身不能辨别方向，为了确定操纵者和该飞碟状玩具10的位置关系，在其上安装了两个红外发射管50和52(如附图2所示)，第一个红外发射管50被安装在一个马达20的下部，具有40度的下倾角，第二个红外发射管52安装在中心座12的顶部，具有约20度的上倾角，红外发射管50和52面向同一个方向，这两个红外发射管以不同的俯、仰角度发射红外光束，覆盖住控制器30的上下约飞碟状玩具10高度的10倍的范围。接收红外光束的红外接收管54则设置在遥控装置30的前端。
红外发射管50和52在电路基板40上通过电气回路以固定的频率进行调频。例如，振荡器49(见附图3所示)，这是为了将红外光束与周围的可能包含红外光成分的光线区分开，这样，只要给几个飞碟状玩具10分配不同的调整频率的话，就可控制它们在同一空间内飞行而不至于相互干涉。
见附图4所示，该图为飞碟状玩具10的俯视图，它可被分割成四个部分，这四个部分分别为Q1、Q2、Q3和Q4，当红外发射管50和52与遥控装置30位于同一条直线上时，Q1为左后区域，Q2为左上区域，Q3为右上区域，Q4为右后区域，红外接收管54一接收到红外光后，遥控装置30内的微处理器能检测出飞碟状玩具10的旋转位置或旋转装置的方向，并同时向马达20分配电力，使飞碟状玩具10向操纵者所希望的任意方向飞行或移动，而不是仅仅在操纵者的前后飞行，因为飞碟状玩具10的转速约为300转每分钟，红外接收管54每隔1/5秒左右收到一次信号。
如前所述的多个马达，全部用20表示，具体为马达M1、M2、M3，它们皆逆时针转动，马达M1的下部装有红外发射管50，这三个马达20以120度的相邻角间隔开。同样，当有更多的旋转装置18时，每组相邻的旋转装置18的马达20构成的夹角也相同。
本实用新型对上述各个马达20以120度的相位差提供正弦电压信号。
本实用新型还包括向各个马达20提供平稳的控制电压的装置。其它飞行或旋转玩具使用电气机械变频装置来控制提供给各个马达20的电能，本实用新型则向各个马达20提供具有预定相位差的正弦电压信号。正弦电压信号的波形由许多样本构成，这些样本构成了各正弦电压信号一个周期的波形，而前面所述的电气机械变频装置则采用变频环中的整流子片来控制提供给各个马达20的电能，每个整流子片对应正弦电压信号中的一个样本，作为本实用新型的一个较佳实施方式，正弦电压波形大约由32个样本构成，而要产生一个由32个整流子片构成的变频装置是极为困难的。通过这种实施方式，本实用新型可给旋转玩具提供更平稳的正弦控制波形。
操作时，操纵者可以使用上升力控制杆46和方向控制杆48来控制飞碟状玩具10。最初飞碟状玩具10在地面上静止时，操纵者开始操作上升力控制杆46，遥控装置30内的微处理器向各个马达20提供的驱动电压增加，该上升力控制杆46向微处理器输入信号，控制输入各个马达20的等量驱动电压，使飞碟状玩具10不会向一方倾斜，从而在上升下降的过程中保持水平，当上升力控制杆46推向前方时，意味着增加上升力，微处理器输出的电压的振幅增大，马达20也随之加快旋转最终使飞碟状玩具10升起，与此类似，当将上升力控制杆46推向后方时，微处理器将减小电压振幅，使马达20转速降低，从而使飞碟状玩具10降低。
本实用新型的另一个特点是，微处理器可以检测到操纵者推动上升力控制杆46的程度，例如，当将上升力控制杆46稍微推向前方时，则由微处理器输出的正弦电压信号的振幅也只有稍微的增加，而当将上升力控制杆46推到底时，微处理器输出的正弦电压信号的振幅也急剧增加，飞碟状玩具10也迅速升起，这种方式对于本实用新型的其它控制杆来说也是一样的。
当操纵者希望飞碟状玩具10向特定的方向前进时，只需用手推动方向控制杆48即可，当微处理器收到从方向控制杆48发出的指令后，会向各个马达M1、M2、M3提供正弦电压，这个正弦电压信号将与马达20的驱动电压叠加，每个正弦电压信号之间有固定的相位差，通过改变每个正弦电压信号的初始相位角，就可改变马达20的转向从而使飞碟状玩具10向特定的方向飞行。微处理器可以按照方向控制杆48的倾斜方向向每个马达20输出具有特定位相和振幅的正弦电压信号，从而控制飞碟状玩具10的飞行方向。
附图5A至附图5D是微处理器使飞碟状玩具10旋转一周时，被传给M1、M2、M3的正弦电压信号的波形图，附图5A所示，在0度时，即红外发射管50、52、和红外接收管54正相对，马达M1收到在0度达到正的峰值，在180度达到负的峰值的正弦波电压信号信号，与此同时，M2收到从M1偏离120位相的正弦波，M3收到从M2偏离120度位相的正弦波电压信号，当驱动电压被加上此正弦波电压信号后，Q1和Q4区的螺旋桨22将比Q2和Q3区域的螺旋桨22获得更高的转速，从而使飞碟状玩具10向前移动，见附图5B-附图5D表示的是被提供给马达M1、M2和M3的正弦波电压信号的波形图，在附图5B中，当Q2和Q3的推进矢量大于在Q1和Q4的推进矢量时，飞碟状玩具10朝操纵者飞回，在Q3和Q4的推进矢量大于在Q1和Q2的推进矢量时，飞碟状玩具10向左运动，附图5D表示，在Q1和Q2的推进矢量大于Q3和Q4的推进矢量时，该飞碟状玩具10向右运动。
见附图6A-6C所示，为本实用新型的另一种操作方式，即练习模式，该模式可以使飞碟状玩具10在基准点周围的上方盘旋飞行，如附图6-A所示，该飞碟状玩具10通过放置在地上的基板58和导线32连接起来，基板58通过从该基板58延伸出来的导线32的长度决定了飞碟状玩具10的飞行路线，为了保证飞碟状玩具10相对中心位置或基板58的盘旋飞行，导线32通过一个反馈复位装置60与飞碟状玩具10的非旋转部分连接起来，如果复位装置60检测到导线32和飞碟状玩具10的非旋转部分之间的夹角超过了预先设定的角度时，复位装置60即通过导线32将飞碟状玩具10偏离基准点过远的信息反馈给微处理器，当微处理器接收到信息后，即向马达20发出要求飞碟状玩具10返回基准点的信号。
上面所述的复位装置60包括上部组件62和下部组件68，上部组件62与由飞碟状玩具10的旋转部分支承的转轴63连接起来，上部组件62的外端面上固设一呈倒“L”形的支架64，该支架64的下端套设一弹簧66，下部组件68通过一万向接头70与上部组件62连接，其外端面上设置有一与弹簧66配合的导电环72，该导电环72与导线32相连。当飞碟状玩具10偏离基准点时，由于导线32的拉拽作用，使下部组件68和上部组件62之间构成一定的角度，当这个角度的大小达到一定程度时，下部组件68上的导电环72与上部组件62外端的弹簧66接触，由于接触而产生的信号也随之通过导线32反馈给微处理器，导电环72与弹簧66接触的时间被与旋转周期相比较以便计算出飞碟状玩具10的偏离方向，微处理器接着发出改正指令(附加在传输给马达20的正弦驱动电压信号上)以引导飞碟状玩具10飞回基板58上方的中心位置。从下部组件68向外延伸出来的线束74将信号从微处理器传输到电路板40。
也可利用带有旋转磁场的霍尔效应检测器来检测飞碟状玩具10的偏离角度，如附图7A、附图7B所示，在下部组件68上安装一个霍尔效应检测器80，在上部组件62的两侧对称安装有两块磁极方向相反的磁铁82，霍尔效应检测器80的上端通过万向接头70与上部组件62连接，下端与导线32连接，两块磁铁82在其中心位置处的磁场强度为零。当飞碟状玩具10偏离中心位置处时，霍尔效应检测器80也随之向两块磁铁82中的一块转动，越靠近磁铁82，磁场强度就越强，反之则弱，霍尔效应检测器80根据检测到的磁场强度产生正弦波信号，并将其通过导线32反馈到微处理器，微处理器收到由霍尔效应检测器80反馈回的信号后，即向马达20发出具有正弦波形的调整信号，使飞碟状玩具10返回到基准点，也就是磁场强度为零的位置处。
应该注意到的是，除了用红外光做为方向信号外，其它任何形式的方向信号都可应用，如可见光、无线电波、磁场以及声音等等。另外，红外发射管和红外接收管的位置可相互调换，即红外发射管设置在遥控装置内，而红外接收管安装在玩具主体上。在红外发射管和红外接收管调换位置的情况下，如果将机载类电源装在玩具主体内，就可使用基准信号传输控制信息，这样的话，就可用无线控制的方式使玩具自由飞行而无需受导线的控制。
以上所述的控制旋转玩具方向的装置，除了用于上述实施例提到的飞碟状玩具10上外，也适用于其它的自转玩具，下面所述即为一个在其它旋转玩具上应用的实施例，见附图8所示，一个机器人状的旋转玩具100，它有一个中心体101，中心体101的顶部设置有红外接收管102，该红外收管可以接收设置于控制盒106上具有特定发射角的红外发射管104发出的红外光信号，机器人玩具100的车轮110上连接有两个马达108，当车轮110获得电能后使机器人玩具100以预定的方向旋转，该机器人玩具100还包括有电源或电池112，红外发射管104根据控制盒106的指令发射含方向代码的红外光束，机器人玩具100的微处理器114一收到方向代码光束后，即进行解码并输出两个相位差为180度的正弦信号(如有更多的马达108，则各正弦信号的相位差为360度除以马达个数，方向正弦信号被叠加到马达108的驱动电压上，从而可达到控制该旋转型机器人玩具100的行进方向的目的。

Claims (8)

1.红外线控擎飞碟，其特征在于：它包括有：由一内部组件(34)，以及一套设于内部组件(34)上并可相对内部组件(34)做旋转运动的外部组件(36)构成的中心座(12)、至少一个圆形的外环(16)、一个带有微处理器的遥控装置(30)，从外部组件(36)向外呈放射状伸出至少三个与外环(16)连接的杆状支架(14)，相邻两个支架(14)之间的夹角相等，每个支架(14)上设置一由马达(20)和螺旋桨(22)构成的旋转装置(18)，从内部组件(34)的下端向下伸出多个具有桨翼(26)的支脚(24)。
2.根据权利要求1所述的红外线控擎飞碟，其特征在于：中空状的内部组件(34)通过一穿过其上端面中心并固定于外部组件(36)上端面中心的转轴(38)而与外部组件(36)连接，内部组件(34)的上端面呈平台状，其上均匀设置有若干个由弹片支承的碳刷(44)，碳刷(44)的数目为旋转装置(18)的数目加一。
3.根据权利要求1所述的红外线控擎飞碟，其特征在于：套设于内部组件(34)上的外部组件(36)上端设置有一电路基板(40)，电路基板(40)的上端面设置有一具有20度上倾角的红外发射管(52)，电路基板(40)的下端面设置有与碳刷(44)数目相同的导电环(42)。
4.根据权利要求1所述的红外线控擎飞碟，其特征在于：从外部组件(36)的外端面伸出的支架(14)呈中空圆管状，由马达(20)和螺旋桨(22)构成的旋转装置(18)位于支架(14)的中心，马达(20)与从电路基板(40)引出并布设于支架(14)内的信号线连接，螺旋桨(22)的叶片与水平面成约4度的倾角，在设置于与红外发射管(52)方向一致的支架(14)上的马达(20)下方亦设置有一红外发射管(50)，红外发射管(50)的水平方向与红外发射管(52)一致，但在垂直方向上具有约40度的下倾角。
5.根据权利要求1所述的红外线控擎飞碟，其特征在于：与支架(14)外端连接的外环(16)呈飞碟状，其所用材料为柔软的发泡塑料，其外端面上嵌连有一块上面设置了多个LED并与从电路基板(40)引出的信号线连接的电路板。
6.根据权利要求1所述的红外线控檠飞碟，其特征在于：遥控装置(30)通过导线(32)与内部组件(34)上端面的碳刷(44)连接，遥控装置(30)上分别设置有一与内部的微处理器连接的上升力控制杆(46)以及一方向控制杆(48)，该遥控装置(30)的前端设置有一红外接收管(54)。
7.根据权利要求1所述的红外线控擎飞碟，其特征在于：在内部组件(34)内还设置有一反馈复位装置(60)，该复位装置(60)包括上部组件(62)和下部组件(68)，上部组件(62)套接于转轴(38)下端，上部组件(62)的外端面上固设一呈倒“L”形的支架(64)，该支架(64)的下端套设一弹簧(66)，下部组件(68)通过一万向接头(70)与上部组件(62)连接，其外端面上设置有一与弹簧(66)配合的导电环(72)，该导电环(72)与导线(32)相连。
8.根据权利要求1所述的红外线控擎飞碟，其特征在于：设置在内部组件(34)内的反馈复位装置(60)也可为采用如下的结构，它包括上部组件(62)以及霍尔效应检测器(80)，上部组件(62)的两侧对称安装有两块磁极方向相反的磁铁(82)，霍尔效应检测器(80)的上端通过万向接头(70)与上部组件(62)连接，下端与导线(32)连接。
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