DE102012002825A1 - Rotary flying machine, particularly frisbee or disk, has acceleration sensor formed as sensor for determining position, and microprocessor or logic circuit reads and interprets flight data, where flying machine is controlled by actuators - Google Patents

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Abstract

The rotary flying machine has a sensor, a microprocessor circuit (130), an evaluation logic unit and actuators for controlling the flying machine. An acceleration sensor (120), a gyroscope or another suitable component is formed as a sensor for determining the position. The microprocessor or logic circuit reads and interprets flight data. The flying machine is controlled by pulse imaging actuators and autonomously controlled by Global positioning system or remote control (140). An independent claim is included for a method for controlling a rotary flying machine.

Description

Herkömmliche rotierende Fluggeräte (z. B. ein Frisbee, eine Scheibe, oder andere geeignete Körper) können, einmal gestartet, während des Fluges nicht mehr gelenkt werden. Die Zielgenauigkeit ist alleine von dem Geschick eines Werfers oder von der Präzision einer Startvorrichtung abhängig. Der Einsatz solcher Geräte ist demnach stark eingeschränkt. Mit der dargestellten Erfindung ist es möglich, rotierende Fluggeräte gezielt zu steuern und damit ihre Anwendungsgebiete bedeutend zu erweitern.Conventional rotating aircraft (eg, a Frisbee, a disc, or other suitable body), once started, can no longer be steered during the flight. The aiming accuracy depends solely on the skill of a thrower or the precision of a starting device. The use of such devices is therefore very limited. With the illustrated invention, it is possible to control rotating aircraft targeted and thus significantly expand their application areas.

Ein rotierendes Fluggerät in der Art eines Frisbees, o. ä., grenzt sich von anderen Fluggeräten (z. B. Raketen) insofern ab, dass es sich fast senkrecht zu seiner Rotationsachse geneigt, auf einer parabelförmigen Kurve bewegt. Eine Rakete dagegen dreht sich um ihre Längsachse, wenn die Rakete zur Flugstabilisierung in Rotation versetzt worden ist. Raketen werden i. d. R. durch die Signale eines Gyroskops über Steuerdüsen oder bewegliche, aerodynamisch wirkende Steuerruder gelenkt. Das hier beschriebene Fluggerät stellt andere Herausforderungen an eine Lenkung, da die Steuerung beim Erreichen eines bestimmten Drehwinkels auf der rotierenden Scheibe ausgelöst werden muss.A flying frisbee-type flying machine, or the like, is different from other flying machines (eg, rockets) in that it inclines almost perpendicularly to its rotation axis, moving on a parabolic curve. A missile, on the other hand, revolves around its longitudinal axis when the rocket has been rotated for flight stabilization. Rockets are i. d. R. steered by the signals of a gyroscope via control nozzles or movable, aerodynamic steering rudder. The aircraft described here poses other challenges to a steering, since the control must be triggered when reaching a certain angle of rotation on the rotating disk.

Erfindungsgemäß ist, wie in 1 dargestellt, auf dem rotierenden Fluggerät (z. B. ein Frisbee), eine Schaltung angebracht, die im Wesentlichen aus einem Beschleunigungssensor (120) oder Gyroskop, einem Mikroprozessor (130), eine Steuerungselektronik und gegebenenfalls eine Übertragungselektronik (140) (z. B. Bluetooth, Datenfunk oder eine andere geeignete Übertragungstechnik) besteht. Der Beschleunigungssensor (120) ist außermittig angebracht und übermittelt die aktuelle Beschleunigung als analoges Signal an den im Mikroprozessor (130) befindlichen Analog-Digital-Wandler. Der Mikroprozessor verarbeitet die digitalen Werte und sendet sie gegebenenfalls an eine Übertragungselektronik (140), welche die Daten zu einer Empfangseinheit schickt. Der Beschleunigungssensor, der Mikroprozessor und die Übertragungselektronik werden durch eine Stromquelle (160, Batterie, Akkumulator, etc.) gespeist.According to the invention, as in 1 shown on the rotating aircraft (for example, a Frisbee), a circuit consisting essentially of an acceleration sensor ( 120 ) or gyroscope, a microprocessor ( 130 ), a control electronics and optionally a transmission electronics ( 140 ) (eg Bluetooth, data radio or other suitable transmission technology). The acceleration sensor ( 120 ) is off-center and transmits the current acceleration as an analog signal to the in the microprocessor ( 130 ) located analog-to-digital converter. The microprocessor processes the digital values and optionally sends them to transmission electronics ( 140 ), which sends the data to a receiving unit. The accelerometer, microprocessor and transmission electronics are powered by a power source ( 160 , Battery, accumulator, etc.).

Die Elektronik ist in der Lage, die aktuellen Flugdaten zu erfassen und zu verarbeiten. Die Flugdaten können entweder mit dem auf der Schaltung gemäß 1 befindlichen Mikroprozessor (120) verarbeitet oder über eine drahtlose Datenverbindung (140) (z. B. Bluetooth, oder jede andere geeignete Übertragungstechnik) an eine Zentraleinheit (PC, Smartphone, etc.) gesendet und dort verarbeitet werden. In 1 ist das Prinzip der Schaltung schematisch dargestellt. Kernelemente der Schaltung sind ein Beschleunigungssensor (130) (oder Gyrosskop und ähnliche Bauteile) und ein Mikroprozessor (120) sowie eine Vorrichtung zur Richtungsänderung (150).The electronics are able to capture and process the current flight data. The flight data can be either with the on the circuit according to 1 located microprocessor ( 120 ) or via a wireless data connection ( 140 ) (eg Bluetooth, or any other suitable transmission technique) to a central processing unit (PC, Smartphone, etc.) are sent and processed there. In 1 is the principle of the circuit shown schematically. Core elements of the circuit are an acceleration sensor ( 130 ) (or Gyrosskop and similar components) and a microprocessor ( 120 ) and a device for changing direction ( 150 ).

Das System wird durch eine Vorrichtung (150) ergänzt, die es erlaubt, das rotierende Fluggerät in beliebige Bahnen zu lenken. Die lenkende Vorrichtung kann entweder Impulse erzeugen (elektromagnetisch, pyrotechnisch, pneumatisch. o. ä.) oder durch Gewichtsverlagerung Richtungsänderungen erzwingen (2 und 3).The system is controlled by a device ( 150 ), which makes it possible to steer the rotating aircraft in any tracks. The steering device can either generate pulses (electromagnetic, pyrotechnic, pneumatic, etc.) or force changes of direction by shifting the weight ( 2 and 3 ).

Eine typische Flugdatenkurve, die mit einer Schaltung gem. 1 erzeugt wird, ist in 4 vereinfacht dargestellt. Es sind deutlich drei Flugphasen zu erkennen. Zwischen den Punkten 410 und 420 ist die Abwurfphase zu erkennen, wenn das rotierende Fluggerät beim Abwurf oder Abschuss beschleunigt und in Rotation versetzt wird. Wird das Gerät losgelassen (420), hat es seine maximale Beschleunigung und Rotationsgeschwindigkeit erreicht. Die Kurve zwischen 420 bis 430 kennzeichnet die Flugphase. Im weiteren Verlauf des Fluges lässt die Beschleunigung wegen der abnehmenden Flug- und Rotationsgeschwindigkeit nach. Kennzeichnend für den Flug ist eine überlagernde, sinusartige Schwingung, die sich aus der Neigung des rotierenden Fluggeräts nach vom und der daraus resultierenden Beeinflussung der Messwerte durch die Erdbeschleunigung (5) ergibt. Diese Neigung wird durch die allgemeinen Flugeigenschaften des Körpers, oder durch eine absichtlich erzeugte Unwucht, herbeigeführt. Bei 430 berührt der Körper wieder den Boden und die Beschleunigung fällt auf null zurück (440). Durch eine Analyse der Kurve durch numerische, mathematische Methoden, kann die aktuelle Fluglage bestimmt und durch geeignete Vorrichtungen gesteuert werden. Dabei werden auf der Kurve beliebige Schaltpunkte (450) berechnet, bei deren Erreichen das Steuerungssystem (150) auslöst.A typical flight data curve, with a circuit gem. 1 is generated in 4 shown in simplified form. There are clearly three phases of flight. Between the points 410 and 420 the release phase can be recognized if the rotating aircraft is accelerated and set in rotation when it is dropped or fired. If the device is released ( 420 ), it has reached its maximum acceleration and rotational speed. The curve between 420 to 430 marks the flight phase. In the further course of the flight, the acceleration decreases because of the decreasing speed of flight and rotation. Characteristic of the flight is a superimposed, sinusoidal oscillation, which is determined by the inclination of the rotating aircraft according to and the resulting influence of the measured values by the gravitational acceleration ( 5 ). This tendency is caused by the general flight characteristics of the body, or by an intentionally generated imbalance. at 430 the body touches the ground again and the acceleration drops back to zero ( 440 ). By analyzing the curve by numerical, mathematical methods, the current attitude can be determined and controlled by suitable devices. In this case, any switching points ( 450 ), at which point the control system ( 150 ) triggers.

Eine integrierte Logik (6) berechnet die Schaltpunkte. Nach dem Start des Fluggerätes (610), wird dieses beschleunigt und in Rotation versetzt. Der Beschleunigungssensor (110) übermittelt nun kontinuierlich Daten an den Mikroprozessor (120), die in den folgenden Verfahrensschritten eingelesen (620) und interpretiert (630) werden. Es werden grundlegende Flugdaten, wie Rotationsgeschwindigkeit, Neigung und Flugdauer berechnet (630). In der Verzweigung 640 kann die Verarbeitung angehalten werden, wenn der Beschleunigungssensor keine Bewegung mehr feststellt. Das Flugende ist erreicht (680). Bewegt sich das Fluggerät weiter durch den Raum, so werden aus der Messkurve (4) die Schaltpunkte (440) im Schritt 650 berechnet. In der Verzweigung 660 werden bestimmte Merkmale verglichen. Sind diese erfüllt, dann hat das Fluggerät die gewünschte Winkellage erreicht und die Steuerung wird aktiviert.An integrated logic ( 6 ) calculates the switching points. After starting the aircraft ( 610 ), this is accelerated and set in rotation. The acceleration sensor ( 110 ) now continuously transmits data to the microprocessor ( 120 ) read in the following process steps ( 620 ) and interpret ( 630 ) become. Basic flight data such as rotation speed, inclination and flight duration are calculated ( 630 ). In the branch 640 Processing can be stopped when the accelerometer detects no movement. The end of the flight has been reached ( 680 ). If the aircraft continues to move through the room, the measurement curve ( 4 ) the switching points ( 440 ) in step 650 calculated. In the branch 660 certain characteristics are compared. If these are met, then the aircraft has reached the desired angular position and the control is activated.

Als Steuerung eignen sich impulsgebende und gewichtsverlagernde Methoden, wie sie in den Ausführungsbeispielen gemäß 2 und 3 dargestellt sind. In der Variante gemäß 2, wird ein magnetisches Gewicht (240) durch den Einfluss zweier elektromagnetischer Felder hin- und hergeschoben. Die magnetischen Felder werden durch zwei Elektromagnete (220, 230) erzeugt, welche das magnetische Gewicht anziehen oder abstoßen. Durch den Impuls und die Gewichtsverlagerung, wird eine Richtungsänderung des Fluggeräts erreicht.Suitable control are pulse-imparting and weight-shifting methods, as described in the exemplary embodiments according to FIG 2 and 3 are shown. In the variant according to 2 , a magnetic weight ( 240 ) are pushed back and forth by the influence of two electromagnetic fields. The magnetic fields are generated by two electromagnets ( 220 . 230 ) which attract or repel the magnetic weight. By the impulse and the weight shift, a change in direction of the aircraft is achieved.

Außer der elektromagnetischen Methode wären auch elektromechanische Impulse (z. B. Motor mit Unwucht), Pyrotechnische Ladungen, Druckluft- oder Gaspatronen, Ionenantriebe und andere impulsgebende Methoden geeignet. Mit diesen Methoden können auch erfindungsgemäße Raumkapseln im luftleeren Raum gesteuert werden, denn auch im gravitationslosen Weltall würde das System mit geeigneter Sensorik erfindungsgemäß funktionieren.In addition to the electromagnetic method, electromechanical impulses (eg motor with imbalance), pyrotechnic charges, compressed air or gas cartridges, ion impulses and other impulse-giving methods would also be suitable. With these methods also space capsules according to the invention can be controlled in a vacuum, because even in the gravitational universe the system would function according to the invention with suitable sensors.

Alternativ ist auch ein System geeignet (3), das ein Gewicht (330) mit Hilfe eines Elektromotors (320), entgegengesetzt zur Rotationsrichtung des Fluggeräts, zur Änderung der Flugbahn (3) bewegt. Die Winkelgeschwindigkeit dieses Gewichts ist gleich der Winkelgeschwindigkeit des Fluggeräts nur mit anderem Vorzeichen, das heißt, es dreht in die entgegengesetzte Richtung. Die elektronische und elektromechanische Steuerung hält das Gewicht an einem relativen Raumpunkt fest und weißt demnach in die zu fliegende Richtung.Alternatively, a system is also suitable ( 3 ), which is a weight ( 330 ) by means of an electric motor ( 320 ), opposite to the direction of rotation of the aircraft, to change the trajectory ( 3 ) emotional. The angular velocity of this weight is equal to the angular velocity of the aircraft only with a different sign, that is, it turns in the opposite direction. The electronic and electromechanical control holds the weight at a relative point in space and thus knows in the direction to be flown.

Fluggeräte dieser Art können außer als Spielgeräte, auch als einfach zu startende Drohne, z. B. zur Aufklärung in Katastrophensituationen, eingesetzt werden. Der Vorteil beim Einsatz eines solchen Gerätes als Drohne ist außerdem, dass der Start keine besondere Ausbildung erfordert und die Auswertung der erfassten Daten auf einem leicht verfügbaren Standardendgerät (portabler PC, Laptop, Smartphone, etc.) erfolgen kann. Die Fluggeräte können Nutzlasten und weitere Systeme (Kameras) tragen. Da sie einfach hergestellt werden können, können sie beispielweise auch als Schwarm eingesetzt werden, die untereinander kommunizieren und bestimmte Aufgaben durch Schwarmintelligenz erledigen. In der Raumfahrt dürften sich ebenfalls Anwendungen (z. B. Satellit) ergeben, da das Fluggerät durch seine Rotation eine stabile Flugbahn erhält und dank der hier dargestellten Erfindung einfach gelenkt werden kann.Aircraft of this type can except as a playground equipment, as well as easy to launch drone, z. B. for reconnaissance in disaster situations, are used. The advantage of using such a device as a drone is also that the start requires no special training and the evaluation of the collected data can be done on a readily available standard terminal (portable PC, laptop, smartphone, etc.). The aircraft can carry payloads and other systems (cameras). Because they are easy to manufacture, they can also be used as swarms, communicating with each other and performing specific tasks through swarming intelligence. In space travel, applications (eg satellite) are also likely to arise, since the aircraft receives a stable trajectory through its rotation and can be easily steered thanks to the invention shown here.

Claims (8)

Rotierendes Fluggerät, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Sensorik, eine Mikroprozessorschaltung, eine Auswertungslogik und Aktoren besitzt, die das Fluggerät steuerbar machen (1).Rotating aircraft, characterized in that it has a sensor system, a microprocessor circuit, an evaluation logic and actuators that make the aircraft controllable ( 1 ). Fluggerät nach Anspruch 1, das einen Beschleunigungssensor, Gyrosskop (Kreiselkompass) oder ein anderes, geeignetes Bauteil, als Sensor zur Lagebestimmung enthält.The aircraft of claim 1, including an acceleration sensor, gyroscope, or other suitable component as a position sensor. Fluggerät nach Anspruch 1, das eine Mikroprozessor- oder eine andere Logikschaltung enthält, welche die Flugdaten einlesen, bearbeiten und interpretieren kann.The aircraft of claim 1, including microprocessor or other logic circuitry capable of reading, manipulating, and interpreting the flight data. Fluggerät nach Anspruch 1, das durch impulsgebende (elektromechanisch, pyrotechnisch, pneumatisch, etc.), Aktoren gesteuert wird (2).An aircraft according to claim 1, which is controlled by impulsive (electromechanical, pyrotechnic, pneumatic, etc.) actuators ( 2 ). Fluggerät nach Anspruch 1, das durch gewichtsverlagernde und andere geeignete Aktoren gesteuert wird (3).An aircraft according to claim 1, which is controlled by weight-shifting and other suitable actuators ( 3 ). Fluggerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, das entweder einem programmierten Kurs folgt, autonom steuert (auch mit Hilfe von ortsbestimmten Verfahren, wie z. B. GPS), oder per Fernsteuerung gelenkt wird.An aircraft according to claim 1, 2, 3, 4 and 5, which either follows a programmed course, autonomously controls (also with the aid of location-specific methods such as GPS), or is steered remotely. Fluggerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4 und 5, das die Daten zur Verarbeitung an eine externe Zentraleinheit übermittelt und Befehle empfängt.An aircraft according to claim 1, 2, 3, 4 and 5, which transmits the data to an external central processing unit for processing and receives commands. Verfahren zur Steuerung eines rotierenden Fluggeräts, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schaltpunkte zur Steuerung, gemäß dem Flugverhalten (5) mit Hilfe einer Logik (6) berechnet.Method for controlling a rotating aircraft, characterized in that it controls the switching points according to the flight behavior ( 5 ) with the help of a logic ( 6 ).
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