自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具及其控制方法
【專利摘要】一種自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具，包括有框架，框架上安裝有四個旋翼單元，每個旋翼單元包括有旋翼、驅(qū)動旋翼轉(zhuǎn)動的電機，框架上還安裝有一個檢測與地面垂直距離的豎向測距儀，中央控制器根據(jù)豎向測距儀的信號控制飛行器垂直運動；框架上還安裝有八個水平測距儀各水平信號接收器連接到中央控制器，中央控制器根據(jù)與目標(biāo)物水平距離最短的水平信號接收器的方位控制飛行器的偏航運動和水平移動。本發(fā)明能夠自動跟蹤目標(biāo)物，并且不管目標(biāo)物如何變換其方位，四軸飛行器玩具均不會被甩掉。本發(fā)明還提供一種自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具的控制方法。
【專利說明】自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具及其控制方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于飛行器玩具的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具。
【背景技術(shù)】
[0003]四軸飛行器玩具設(shè)有框架及四個旋翼單元，每個旋翼單元包括有旋翼、驅(qū)動旋翼轉(zhuǎn)動的電機；從水平投影位置看，四個旋翼的豎向轉(zhuǎn)軸分別位于框架中心點的前后左右四個方向上，且它們與框架中心點的距離等同。本申請文件中，將以框架中心點為起始端點、并經(jīng)過旋翼豎向轉(zhuǎn)軸的水平射線稱為“主干射線”，整個四軸飛行器玩具共有四條這樣的主干射線。
[0004]四軸飛行器玩具在框架中央部位設(shè)有控制各電機轉(zhuǎn)速的中央控制器。四軸飛行器玩具飛行時，一部分旋翼順時針轉(zhuǎn)動，另一部分旋翼逆時針轉(zhuǎn)動，中央控制器協(xié)調(diào)各個電機的轉(zhuǎn)速而控制整個飛行器的飛行動作。各旋翼之間的不同狀態(tài)可以組成很多種組合方式，使飛行器的飛行模式豐富多樣，能夠自如做出各種飛行動作。常見的動作有垂直運動、偏航運動、水平軸向運動等。
[0005]所謂垂直運動，俗稱上升或下降，可以通過四個旋翼轉(zhuǎn)速同步增加或減小實現(xiàn)。當(dāng)四個旋翼轉(zhuǎn)速增加使得總的拉力大于整機的重量時，整個飛行器便垂直上升；反之則垂直下降。
[0006]所謂偏航運動，俗稱轉(zhuǎn)彎，當(dāng)四個電機轉(zhuǎn)速不完全相同時，四個旋翼對機身產(chǎn)生的反扭矩不一致、不平衡，不平衡的反扭矩會引起整個飛行器繞著框架中心點轉(zhuǎn)動，即實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎偏航。轉(zhuǎn)彎既可以是順時針轉(zhuǎn)彎，也可以是逆時針轉(zhuǎn)彎。本申請文件中，判斷順逆時針方向時，以觀察者從俯視方向看到的結(jié)果為準(zhǔn)。
[0007]所謂水平移動，俗稱前進或后退，只要使位于同一直線上的兩條主干射線的旋翼的轉(zhuǎn)速不一致，升力不平衡，飛行器就發(fā)生一定程度的傾斜，從而使旋翼拉力產(chǎn)生水平分量，就可以使飛行器沿該兩主干射線的方向作水平移動。由于四條主干射線組合成為十字形，X軸、Y軸兩個垂直方向上的結(jié)構(gòu)對稱，所以水平移動實際上有前后左右四種方向可以選擇，即前進、后退、左平移、右平移，四種運動方向的工作原理完全一樣，當(dāng)沿著某一條主干射線所指的方向前進時，同時也可以理解為沿著相對的另一條主干射線所指的方向后退，或者理解為沿著另外兩條主干射線所指的方向射線左右平移。
[0008]現(xiàn)有四軸飛行器玩具雖然動作花樣很多，但各種動作均需要人為操控，缺乏趣味性，更缺乏能夠全方位、自動跟蹤某一特定目標(biāo)物的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于克服上述缺點而提供一種自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具，它能夠自動跟蹤目標(biāo)物，并且不管目標(biāo)物如何變換其方位，四軸飛行器玩具均不會被甩掉。
[0010]其目的可以按以下方案實現(xiàn):該自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具，包括有框架,框架上安裝有四個旋翼單元,每個旋翼單元包括有旋翼、驅(qū)動旋翼轉(zhuǎn)動的電機；從水平投影位置看，四個旋翼的豎向轉(zhuǎn)軸分別位于框架中心點的前后左右四個方向上，且它們與框架中心點的距離等同；框架中間安裝有中央控制器，中央控制器控制各旋翼單元的電機轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)垂直運動、偏航運動、水平移動，其特征在于:框架上還安裝有一個檢測與地面垂直距離的豎向測距儀，豎向測距儀設(shè)有豎向信號發(fā)射器和豎向信號接收器，豎向信號發(fā)射器和豎向信號接收器的方向朝向下方的地面；豎向測距儀連接到中央控制器，中央控制器根據(jù)豎向測距儀的信號控制飛行器垂直運動，使豎向測距儀與地面的豎向距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)；框架上還安裝有八個水平測距儀，水平測距儀包括有水平信號接收器、水平信號發(fā)射器，水平信號發(fā)射器、水平信號接收器的安裝方向都是背向框架的中央?yún)^(qū)域；每條主干射線的旁邊對稱地安裝其中兩個水平測距儀的水平信號接收器，其中一個水平信號接收器位于該主干射線的順時針側(cè)，另一個水平信號接收器位于該主干射線的逆時針側(cè)；各水平信號接收器連接到中央控制器，中央控制器根據(jù)與目標(biāo)物水平距離最短的水平信號接收器的方位控制飛行器的偏航運動，當(dāng)與目標(biāo)物水平距離最短的水平信號接收器位于對應(yīng)主干射線的順時針側(cè)，中央控制器命令飛行器順時針偏航，反之則命令飛行器逆時針偏航，直至該對應(yīng)主干射線旁邊的兩個水平信號接收器測得的距離信號處于等同范圍；中央控制器還根據(jù)該與目標(biāo)物距離最短的水平信號接收器的的信號控制飛行器沿著該水平信號接收器對應(yīng)主干射線的方向水平移動，使該水平信號接收器與目標(biāo)物的水平距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)。
[0011]水平信號發(fā)射器為超聲波信號發(fā)射器，水平信號接收器為超聲波信號接收器，中央控制器根據(jù)超聲波發(fā)射后反射回來的時間判斷該水平信號接收器與目標(biāo)物距離。
[0012]水平信號發(fā)射器為紅外信號發(fā)射器，水平信號接收器為紅外信號接收器，中央控制器根據(jù)紅外線發(fā)射后反射回來的強度判斷該水平信號接收器與目標(biāo)物距離。
[0013]每個水平信號接收器配合設(shè)有一個水平信號發(fā)射器；每條主干射線的旁邊對稱地安裝兩個水平信號發(fā)射器。
[0014]每條主干射線旁邊的兩個水平測距儀共用一個水平信號發(fā)射器，該水平信號發(fā)射器布置在對應(yīng)主干射線上并朝向該主干射線的前方。
[0015]一種自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具的控制方法，其特征在于采用權(quán)利要求I所述的自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具，包括以下步驟:(1)、豎向測距儀測量與下方地面的距離，并將信號輸送到中央控制器，中央控制器根據(jù)豎向測距儀的信號控制飛行器垂直運動，使豎向測距儀與地面的豎向距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)；(2)、各水平測距儀各自測量與目標(biāo)物水平距離，并將信號輸送到中央控制器，中央控制器根據(jù)與目標(biāo)物水平距離最短的水平信號接收器的方位控制飛行器的偏航運動，當(dāng)與目標(biāo)物水平距離最短的水平信號接收器位于對應(yīng)主干射線的順時針側(cè)，中央控制器命令飛行器順時針偏航，反之則命令飛行器逆時針偏航，直至該主干射線旁邊的兩個水平信號接收器測得的距離信號處于等同范圍；(3)、中央控制器根據(jù)該與目標(biāo)物距離最短的水平信號接收器的的信號控制飛行器沿著該水平信號接收器對應(yīng)主干射線的方向水平移動，使該水平信號接收器與目標(biāo)物的水平距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)；不斷重復(fù)上述(1)、(2)、(3)步驟，由此可保持跟蹤目標(biāo)物。
[0016]本發(fā)明具有以下優(yōu)點和效果:
一、中央控制器根據(jù)豎向測距儀的信號控制飛行器垂直運動，使豎向測距儀與地面的豎向距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)，可以使飛行器保持在設(shè)定高度范圍，當(dāng)飛行器旁邊出現(xiàn)有目標(biāo)物時，不管目標(biāo)物位于任何方位，飛行器都能檢測得到，中央控制器根據(jù)各水平信號接收器的信號測算該水平信號接收器與目標(biāo)物距離，并判斷與目標(biāo)物距離最短的水平信號接收器的方位(位于對應(yīng)主干射線的順時針側(cè)或逆時針側(cè))，然后命令飛行器順時針偏航或逆時針偏航，直至該主干射線旁邊的兩個水平信號接收器測得的距離信號處于等同范圍，這樣就可使飛行器位于目標(biāo)物的正后方(從該主干射線的方向看)，且中央控制器還進行水平距離的調(diào)節(jié)，中央控制器控制飛行器沿著上述主干射線的方向進退，使該水平信號接收器與目標(biāo)物的水平距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)。
[0017]二、如果目標(biāo)物突然變換方位，甚至突然大幅度變換方位，例如方位突然變換180°左右，或者90°左右，則原來的距離最短的水平信號接收器接收的信號變?nèi)趸蛳?或長時間沒能接收到)，而其它另外一條主干射線上的水平信號接收器的信號變得最強(或接收到反射信號的時間最短)，由此中央控制器判斷目標(biāo)物遠離第一個水平信號接收器，并換由另外一條主干射線上的水平信號發(fā)射器、水平信號接收器接著跟蹤控制。因此不管目標(biāo)物的行蹤如何變換，方向變換速度多快，飛行器都不會被甩掉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是四軸飛行器玩具的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是四軸飛行器玩具的結(jié)構(gòu)幾何解析示意圖。
[0020]圖3是本發(fā)明第一種具體實施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4是本發(fā)明第二種具體實施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]實施例一
圖1、圖2、圖3所示，該自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具包括有框架，框架包括位于中央的機身5和四根支撐桿4、支撐圈6，每根支撐桿4安裝有一個旋翼單元，每個旋翼單元包括有旋翼1、驅(qū)動旋翼轉(zhuǎn)動的電機；從水平位置看，四個旋翼的豎向轉(zhuǎn)軸11分別位于框架中心點的前后左右四個方向上，且它們與框架中心點的水平距離等同。當(dāng)整個飛行器處于正立姿勢時，以框架中心點(圖2中O點)為起始端點、并經(jīng)過旋翼豎向轉(zhuǎn)軸11的水平射線就形成為主干射線，整個四軸飛行器玩具共有四條這樣的主干射線，如圖2中0A、0B、0C、0D所示，每根支撐桿4分別位于對應(yīng)的一條主干射線上；機身安裝有中央控制器，中央控制器控制各旋翼單元的電機轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)垂直運動、偏航運動、水平移動。在實施例一中，框架上還安裝有一個檢測與地面垂直距離的豎向測距儀，豎向測距儀設(shè)有豎向信號發(fā)射器和豎向信號接收器，豎向信號發(fā)射器和豎向信號接收器的方向朝向下方的地面，豎向信號接收器連接到中央控制器，中央控制器根據(jù)豎向測距儀的信號控制飛行器垂直運動，使豎向測距儀與地面的豎向距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)。[0023]另外，如圖3所示，框架上還安裝有八個水平測距儀，水平測距儀包括有水平信號接收器32、水平信號發(fā)射器31，每條主干射線的旁邊對稱地安裝其中兩個水平測距儀的水平信號接收器32 ;在每一條主干射線的旁邊的兩個水平信號接收器32中，其中一個水平信號接收器位于該主干射線的順時針側(cè)，另一個水平信號接收器位于該主干射線的逆時針側(cè)；每條主干射線旁邊的兩個水平信號接收器32共用一個水平信號發(fā)射器32，該水平信號發(fā)射器布置在對應(yīng)主干射線上并朝向該對應(yīng)主干射線的前方，各水平信號發(fā)射器31、水平信號接收器32的安裝方向都是背向框架的中央?yún)^(qū)域；因此，整個框架上還安裝有八個水平信號接收器32、四個水平信號發(fā)射器31，其中水平信號發(fā)射器31為超聲波信號發(fā)射器，水平信號接收器32為超聲波信號接收器，中央控制器根據(jù)各水平信號發(fā)射器31發(fā)射超聲波后反射回來到對應(yīng)水平信號接收器32的時間判斷該水平信號接收器與目標(biāo)物距離，各水平信號接收器32連接到中央控制器，中央控制器根據(jù)與目標(biāo)物水平距離最短的水平信號接收器的方位控制飛行器的偏航運動，當(dāng)與目標(biāo)物水平距離最短的水平信號接收器位于對應(yīng)主干射線的順時針側(cè)，中央控制器命令飛行器順時針偏航，反之則命令飛行器逆時針偏航，直至該主干射線旁邊的兩個水平信號接收器測得的距離信號處于等同范圍；中央控制器還根據(jù)該與目標(biāo)物距離最短的水平信號接收器的的信號控制飛行器沿著該水平信號接收器對應(yīng)主干射線的方向水平移動，使該水平信號接收器與目標(biāo)物的水平距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)。
[0024]上述實施例的四軸飛行器玩具可設(shè)置兩種飛行模式供選擇，第一種是自動跟蹤飛行模式；第二種是傳統(tǒng)的遙控飛行模式，在這種模式中，中央控制器與各測距儀的信號連接可以暫時切斷，改為根據(jù)遙控信號飛行。
[0025]實施例二
在該實施例二中，每條主干射線的旁邊對稱地安裝兩個水平信號發(fā)射器31，每個水平信號接收器32配合設(shè)有一個水平信號發(fā)射器31，每個水平信號發(fā)射器31與對應(yīng)的水平信號接收器32緊靠在一起，同一條主干射線對應(yīng)的兩個水平信號發(fā)射器31對稱地布置在該主干射線的兩側(cè)，如圖4所示。另外，在實施例二中，水平信號發(fā)射器31為紅外信號發(fā)射器，水平信號接收器32為紅外信號接收器，中央控制器根據(jù)水平信號發(fā)射器31發(fā)射紅外線后反射回來的強度(由水平信號接收器32接收)判斷該水平信號接收器與目標(biāo)物距離。
[0026]實施例三
一種自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具的控制方法，采用實施例一所述的自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具，包括以下步驟:(1)、豎向測距儀測量與下方地面的距離，并將信號輸送到中央控制器，中央控制器根據(jù)豎向測距儀的信號控制飛行器垂直運動，使豎向測距儀與地面的豎向距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)；(2)、各水平測距儀各自測量與目標(biāo)物水平距離，并將信號輸送到中央控制器，中央控制器根據(jù)與目標(biāo)物水平距離最短的水平信號接收器的方位控制飛行器的偏航運動，當(dāng)與目標(biāo)物水平距離最短的水平信號接收器位于對應(yīng)主干射線的順時針側(cè)，中央控制器命令飛行器順時針偏航，反之則命令飛行器逆時針偏航，直至該主干射線旁邊的兩個水平信號接收器測得的距離信號處于等同范圍；當(dāng)然，在本步驟中，如果一開始就有某一條主干射線旁邊的兩個水平信號接收器測得的距離信號處于等同范圍的特殊情況，則中央控制器命令的偏航角度為零；(3)、中央控制器根據(jù)該與目標(biāo)物距離最短的水平信號接收器的信號控制飛行器沿著該水平信號接收器對應(yīng)主干射線的方向水平移動，使該水平信號接收器與目標(biāo)物的水平距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)；當(dāng)然，在本步驟中，如果一開始該水平信號接收器測得的距離剛好在設(shè)定范圍內(nèi)，則中央控制器命令的水平移動量為零；不斷重復(fù)上述(I)、(2)、(3)步驟。
[0027]上述方法可用于舞臺表演上，讓飛行器玩具自動跟蹤演員，不管演員在舞臺上如何移動，其周圍都自動全程跟蹤有飛行器玩具，增強舞美效果。
【權(quán)利要求】
1.一種自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具，包括有框架，框架上安裝有四個旋翼單元，每個旋翼單元包括有旋翼、驅(qū)動旋翼轉(zhuǎn)動的電機；從水平投影位置看，四個旋翼的豎向轉(zhuǎn)軸分別位于框架中心點的前后左右四個方向上，且它們與框架中心點的距離等同；框架中間安裝有中央控制器，中央控制器控制各旋翼單元的電機轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)垂直運動、偏航運動、水平移動，其特征在于其特征在于:框架上還安裝有一個檢測與地面垂直距離的豎向測距儀，豎向測距儀設(shè)有豎向信號發(fā)射器和豎向信號接收器，豎向信號發(fā)射器和豎向信號接收器的方向朝向下方的地面；豎向測距儀連接到中央控制器，中央控制器根據(jù)豎向測距儀的信號控制飛行器垂直運動，使豎向測距儀與地面的豎向距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)；框架上還安裝有八個水平測距儀，水平測距儀包括有水平信號接收器、水平信號發(fā)射器，水平信號發(fā)射器、水平信號接收器的安裝方向都是背向框架的中央?yún)^(qū)域；每條主干射線的旁邊對稱地安裝其中兩個水平測距儀的水平信號接收器，其中一個水平信號接收器位于該主干射線的順時針側(cè)，另一個水平信號接收器位于該主干射線的逆時針側(cè)；各水平信號接收器連接到中央控制器，中央控制器根據(jù)與目標(biāo)物水平距離最短的水平信號接收器的方位控制飛行器的偏航運動，當(dāng)與目標(biāo)物距離最短的水平信號接收器位于對應(yīng)主干射線的順時針偵牝中央控制器命令飛行器順時針偏航，反之則命令飛行器逆時針偏航，直至該對應(yīng)主干射線旁邊的兩個水平信號接收器測得的距離信號處于等同范圍；中央控制器還根據(jù)該與目標(biāo)物距離最短的水平信號接收器的的信號控制飛行器沿著該水平信號接收器對應(yīng)主干射線的方向水平移動，使該水平信號接收器與目標(biāo)物的水平距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具四軸飛行器玩具，其特征在于:水平信號發(fā)射器為超聲波信號發(fā)射器，水平信號接收器為超聲波信號接收器，中央控制器根據(jù)超聲波發(fā)射后反射回來的時間判斷該水平信號接收器與目標(biāo)物距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具，其特征在于:水平信號發(fā)射器為紅外信號發(fā)射器，水平信號接收器為紅外信號接收器，中央控制器根據(jù)紅外線發(fā)射后反射回來的強度判斷該水平信號接收器與目標(biāo)物距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具，其特征在于:每個水平信號接收器配合設(shè)有一個水平信號發(fā)射器；每條主干射線的旁邊對稱地安裝兩個水平信號發(fā)射器。`
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具，其特征在于:每條主干射線旁邊的兩個水平測距儀共用一個水平信號發(fā)射器，該水平信號發(fā)射器布置在對應(yīng)主干射線上并朝向該主干射線的前方。
6.一種自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具的控制方法，其特征在于采用權(quán)利要求1所述的自動全方位跟蹤目標(biāo)的四軸飛行器玩具，包括以下步驟:(1)、豎向測距儀測量與下方地面的距離，并將信號輸送到中央控制器，中央控制器根據(jù)豎向測距儀的信號控制飛行器垂直運動，使豎向測距儀與地面的豎向距離保持在設(shè)定范圍內(nèi)；(2)、各水平測距儀各自測量與目標(biāo)物水平距離，并將信號輸送到中央控制器，中央控制器根據(jù)與目標(biāo)物水平距離最短的水平信號接收器的方位控制飛行器的偏航運動，當(dāng)與目標(biāo)物水平距離最短的水平信號接收器位于對應(yīng)主干射線的順時針側(cè)，中央控制器命令飛行器順時針偏航，反之則命令飛行器逆時針偏航，直至該主干射線旁邊的兩個水平信號接收器測得的距離信號處于等同范圍；(3)、中央控制器根據(jù)該與目標(biāo)物距離最短的水平信號接收器的的信號控制飛行器沿著該水平信號接收器對應(yīng)主干射線的方向水平移動，使該水平信號接收器與目標(biāo)物的水平距離保持在設(shè)定 范圍內(nèi)；不斷重復(fù)上述(I)、(2)、(3)步驟。
【文檔編號】A63H27/00GK103861291SQ201410124884
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月31日
【發(fā)明者】吳懷宇 申請人:汕頭市博迪科技有限公司