CN111605708A - 偏转翼飞行器 - Google Patents
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Abstract
示例性实施例提供了一种具有改善敏捷性的飞行器。该飞行器包括主体、至少两个机翼组件、至少两个电机、和控制器。机翼组件附接到主体上。每个电机以倾斜角度倾斜一个机翼组件。控制器与电机连接,用于控制机翼组件的倾斜角度。每个机翼组件还包括机翼、动力装置、和由动力装置驱动以提供推进力的螺旋桨。每个机翼组件均以各自的倾斜角度倾斜,从而使飞行器可以改善的敏捷性飞行。机翼上的动力装置和螺旋桨的每一个均可以与倾斜的机翼同步地独立控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种偏转翼飞行器,例如微型无人机(UAV)。
背景技术
重于空气的飞行器或重飞行器的特征在于具有一个或多个机翼和中央机身。机身通常还带有用于稳定和控制的机尾或尾翼,以及用于起飞和降落的起落架。发动机可位于机身或机翼上。固定翼飞行器上的机翼是牢固地附接在机身上并在飞行器两侧延伸的静态平面。当飞行器向前飞行时,空气流过机翼,而机翼的形状能够产生升力。旋翼飞行器上的机翼附接到旋转轴上,以在整个飞行过程中提供升力,例如有直升机、自转旋翼机、和旋翼式螺旋桨飞机。
为了满足不断发展的技术需求,期望获得改良飞行性能的新型飞行器。
发明内容
一个示例性实施例提供了一种具有改善的敏捷性的飞行器。该飞行器包括主体、两个机翼组件、两个电机、以及控制器。机翼组件附接在主体侧面。每个机翼组件还包括:机翼,其从主体侧面延伸并且可围绕垂直于主体侧面的轴线倾斜;一个动力装置,例如电机或发动机,其配置在机翼上;以及一个螺旋桨,其由动力装置驱动以提供推进力。螺旋桨的旋转平面垂直于机翼平面。每个电机使一个机翼组件以倾斜角度倾斜。控制器与电机连接,并向电机提供控制信号以控制机翼组件的倾斜角度。当飞行器飞行时,每个机翼组件以各自的倾斜角度倾斜,从而使飞行器能够以改善的敏捷性飞行。
另一个示例性实施例提供了一种用于控制飞行器姿态的方法。该飞行器包括控制器和两个机翼组件。机翼组件从主体侧面延伸并且由两个电机分别驱动。该方法包括以下步骤:由控制器根据多个传感器的测量值确定飞行器的当前飞行姿态;由控制器根据当前飞行姿态和期望飞行姿态计算第一机翼组件的第一倾斜角度;由控制器根据当前的飞行姿态和期望的飞行姿态计算第二机翼组件的第二倾斜角度;由第一电机向第一机翼组件提供第一扭矩以使第一机翼组件以第一倾斜角度倾斜;由第二电机向第二机翼组件提供第二扭矩以使第二机翼组件以第二倾斜角度倾斜;通过同时并分别使第一机翼组件以第一倾斜角度倾斜和使第二机翼组件以第二倾斜角度倾斜来控制飞行器的姿态。
本文还描述了其他示例性实施例。
附图说明
图1示出了根据一个示例性实施例的偏转翼飞行器的俯视图。
图2示出了根据一个示例性实施例的偏转翼飞行器控制***的框图。
图3-5显示了根据示例性实施例的偏转翼飞行器的不同飞行姿态。
图6A和6B示出了根据一个示例性实施例的向右转动的偏转翼飞行器的侧视图和俯视图。
图7A和7B示出了根据一个示例性实施例的向左转动的偏转翼飞行器的侧视图和俯视图。
图8示出了根据一个示例性实施例的向右转向的偏转翼飞行器的后视图。
图9示出了根据一个示例性实施例的向左转向的偏转翼飞行器的后视图。
图10示出了根据一个示例性实施例的围绕主体旋转的飞行器的后视图。
图11示出了根据一个示例性实施例的悬停的翻转的偏转翼飞行器的后视图。
图12示出了根据一个示例性实施例的顺时针转动的偏转翼飞行器的俯视图。
图13示出了根据一个示例性实施例的用于控制偏转翼飞行器的飞行姿态的方法。
具体实施方式
如本文和权利要求书中所使用,“包括”是指包括后述的元件,但不排除其他元件。
如本文和权利要求书中所使用,“姿态”是指飞行器相对于一组参考轴线的定向。
垂直起降(VTOL)飞行器是可以垂直悬停、起飞、和降落的飞行器。通过直接起飞到空中而无需跑道,垂直起降(VTOL)飞行器起飞所需的物理空间和基础设施更少,尤其对于微型无人机(UAV)来说这是必不可少的特性。
常规的VTOL飞行器包括各种类型的飞行器,包括直升机、四旋翼飞行器、偏转翼飞行器和其他带有动力旋翼的飞行器,例如倾转旋翼机。偏转翼飞行器具有机翼,其在用于常规的向前飞行时是水平的并且在用于垂直起降时向上旋转。倾转旋翼机是通过一个或多个螺旋桨产生升力和推进力的飞行器,该螺旋桨安装在通常位于固定翼末端的旋转的发动机短舱上,其中只有螺旋桨和发动机旋转。尽管常规的偏转翼和倾转旋翼机飞行器结合了直升机的垂直上升能力与常规固定翼飞行器的速度和航程,但它们专注于更好的水平飞行效率,而很少讨论飞行器的敏捷性。
示例性实施例通过提供常规设计无法比拟的敏捷性和特技飞行能力,同时保持与固定翼飞行器相当的空气动力效率和垂直起飞能力,从而改善飞行器的飞行性能。与以相同角度倾斜机翼和/或旋翼的常规设计相比,示例性实施例可以通过独立快速倾斜各自承载螺旋桨和发动机并且倾斜角度远大于传统设计的每个机翼来实现高敏捷性。
在正常飞行期间,各自倾斜的机翼提供了比常规设计更好的空气动力特性,因此具有更高的效率。例如,机翼的快速倾斜共同地改变推进力的方向以及机翼的空气动力特性,从而在机动飞行中提供高敏捷性,例如飞行方向的改变和飞行器机身的翻转。每个单独的机翼的方向都可以以从0到360度的任一角度改变,因此机翼可以通过改变倾斜角度在快速降落和特技飞行中提供升力以及空气制动。将一个机翼的升力与另一机翼的空气制动相结合,可以使飞行器机身在6轴线上扭转,从而大大改善了敏捷性和可机动飞行性。示例性实施例还采用一个或多个伺服***来调节各个发动机的动力输出,以助于更好的平衡和敏捷性。
一个示例性实施例提供了一种具有改善敏捷性的飞行器。该飞行器包括主体、两个机翼组件、两个电机、和控制器。机翼组件附接在主体侧面。每个机翼组件还包括:机翼,其从主体侧面延伸并且可围绕垂直于机身侧面的轴线倾斜;一个动力装置,其配置在机翼上;以及一个螺旋桨,其由动力装置驱动以提供推进力。螺旋桨的旋转平面垂直于机翼平面。每个电机使一个机翼组件以倾斜角度倾斜。控制器与电机连接,并向电机提供控制信号以控制机翼组件的倾斜角度。当飞行器飞行时,每个机翼组件以各自的倾斜角度倾斜,从而使飞行器能够以改善的敏捷性飞行。
作为示例,两个机翼组件经由轴对称地附接到机身相对的两侧,并且每个轴由相应的电机驱动。
作为示例,飞行器还包括传感器,用于感测每个机翼组件的实际倾斜角度,并将该实际倾斜角度发送给控制器。控制器还根据机翼组件的实际倾斜角度控制每个动力装置的动力输出。
作为示例,飞行器还包括用于测量飞行器参数的多个传感器。传感器包括加速度计、重力传感器、数字罗盘、全球定位***(GPS)、温度传感器、风传感器和摄像机中的一个或多个。控制器根据传感器的测量值提供控制信号。
作为示例,每个机翼组件的可倾斜角度为从0到360度的任一角度。
作为示例,控制器还包括发送控制信号的发送器和通过无线通信接收控制信号的接收器,并控制机翼组件的倾斜角度。
作为示例,飞行器是微型无人机(UAV)。
一个示例性实施例提供了一种用于控制飞行器姿态的方法。该飞行器包括控制器和两个机翼组件。机翼组件从主体侧面延伸并且由两个电机分别驱动。该方法包括以下步骤:由控制器根据多个传感器的测量值确定飞行器的当前飞行姿态;由控制器根据当前飞行姿态和期望飞行姿态计算第一机翼组件的第一倾斜角度;由控制器根据当前的飞行姿态和期望的飞行姿态计算第二机翼组件的第二倾斜角度;由第一电机向第一机翼组件提供第一扭矩以使第一机翼组件以第一倾斜角度倾斜;由第二电机向第二机翼组件提供第二扭矩以使第二机翼组件以第二倾斜角度倾斜;通过同时并分别使第一机翼组件以第一倾斜角度倾斜和使第二机翼组件以第二倾斜角度倾斜控制飞行器的姿态。
在一个示例性实施例中,每个机翼组件还包括动力装置和由动力装置驱动的螺旋桨,并且该方法还包括以下步骤:由控制器计算第一动力装置的第一动力输出;由控制器计算第二动力装置的第二动力输出;由第一动力装置向第一螺旋桨提供第一动力输出;由第二动力装置向第二螺旋桨提供第二动力输出。在一个示例性实施例中,第一和第二动力装置可以根据输入到***的控制指令,与机翼同步地提供适当的动力,以保持飞行器的平衡。
在机翼组件以不同角度倾斜并且相应地动力装置调节提供给螺旋桨的输出动力的情况下,示例性实施例可以以极大的敏捷性实现各种飞行姿态,例如垂直起飞/降落、悬停、向前飞行、加速、向后飞行、减速、向右/向左转动、翻转等等。
在以下描述中,不同附图中的相同标号用于指示相同的部件/零件。与方向有关的术语,例如“向前”,“向后”,“向上”,“向下”,“左”,“右”等等,是为了便于描述和更好地理解本发明,因而不对示例性实施例构成限制。
图1示出了根据一个示例性实施例的偏转翼飞行器100的俯视图。
参照图1,飞行器100包括主体2。在主体2的后部配置机尾1以保持平衡。左机翼组件110和右机翼组件120分别附接在主体2的侧面。左机翼组件110还包括经由轴9连接至主体2的左机翼3、固定在左机翼3上的左动力装置4、以及由用于提供推进力的动力装置4驱动的左螺旋桨5。右机翼组件120具有与左机翼组件110相同的结构。它包括经由轴10连接到主体2的右机翼6、固定在右机翼6上的右动力装置7、以及由用于为飞行器100提供推进力的右动力装置7驱动的右螺旋桨8。
机翼3和6从主体2的侧面延伸,并且可以围绕垂直于主体2侧面的轴9和10旋转。动力装置4和7分别固定在机翼3和6上,每个动力装置驱动一个螺旋桨5和8。螺旋桨5和8的旋转平面垂直于机翼3和6的平面。当机翼组件110和120围绕轴9和10倾斜时,螺旋桨5和8的推进方向相应地改变。
飞行器100还包括两个电机(未示出),用于提供扭矩以旋转轴9和10,从而使机翼组件110和120以倾斜角度倾斜。电机连接到控制器(未示出)。例如,电机和控制器被嵌入主体2的内部。控制器向驱动相应电机的电机驱动器(未示出)提供控制信号,从而通过控制电机的输出来控制机翼组件110和120的倾斜角度。由于每个电机可以向轴输出各自的扭矩,因此左机翼组件110和右机翼组件120可以以不同的倾斜角度倾斜。
飞行器100可以固定翼模式或偏转翼模式飞行。在固定翼模式下飞行时,其空气动力特性与普通固定翼飞行器相似,而在偏转翼模式下,它可通过机翼组件的不同倾斜提供高敏捷性和特技飞行能力。
当飞行器100以偏转翼模式飞行时,控制器根据飞行姿态计算机翼组件110和120的期望倾斜角度,并分别为电机产生控制信号。每个电机提供各自的输出扭矩,以通过相应的轴以各自的倾斜角度使相应的机翼组件倾斜。例如,如图1所示,左机翼组件110向前倾斜以使左螺旋桨5的旋转平面面向前方,而右机翼组件120向后倾斜以使右螺旋桨8的旋转平面朝向后方。
在一个示例性实施例中,控制器还计算每个动力装置的输出,从而相应地调节每个螺旋桨的推进力。通过每个机翼组件的快速倾斜与由控制器控制的动力装置的动力输出的同步,实现飞行器的高敏捷性。
在一个示例性实施例中,两个机翼组件110和120对称地附接到主体2的两侧。
在一个示例性实施例中,两个机翼组件110和120的可倾斜角度为向前/向后180度。
在一个示例性实施例中,飞行器100可以包括两个以上的机翼组件。
在一个示例性实施例中,动力装置4和7是发动机。作为示例,发动机可以改变输出动力的方向。
在一个示例性实施例中,主体2可以是飞行器的机身、飞艇、管框架、线框架等等,或它们的组合。图1中的主体2的形状仅是示例性的,并且在不同的示例性实施例中可以是其他形状。机尾1可以是用于稳定的一组尾鳍。在一些示例性实施例中,如果可以通过其他机制来实现稳定,则可以没有机尾。
在一个示例性实施例中,飞行器是无人机。作为示例,飞行器可以是飞行器玩具。
图2示出了根据一个示例性实施例的偏转翼飞行器控制***200的框图。
控制***200包括传感器201、控制器202、两个电机2031和2032、以及两个机翼组件2041和2042。机翼组件2041包括动力装置2051和螺旋桨2061。机翼组件2042包括动力装置2052和螺旋桨2062。
控制器202与传感器201连接以从其接收测量值,并且与电机2031和2032以及机翼组件2041和2042连接,以向它们提供控制信号。
在一个示例性实施例中,传感器201包括加速度计、重力传感器、数字罗盘、全球定位***(GPS)、温度传感器、风传感器和用于感测飞行器参数和飞行器周围环境的摄像机中的一个或多个。
作为示例,传感器201测量每个机翼组件的实际倾斜角度,并将该实际倾斜角度发送到控制器202。基于测量值和输入的期望飞行姿态,控制器202计算并提供第一组控制信号给电机2031和2032,用于控制电机2031和2032的输出动力以分别使机翼组件2041和2042倾斜,以及提供第二组控制信号以控制致动螺旋桨的每个动力装置2051/2052的动力输出。由于用于电机2031的控制信号独立于用于电机2032的控制信号,因此机翼组件2041的倾斜角度独立于机翼组件2042的倾斜角度。
作为示例,传感器201监控机翼组件2041和2042的倾斜角度,并将信息连续反馈给控制器202,因此控制器可以调节控制信号,直到实现期望的飞行姿态为止。
作为示例,电机2031和2032可以是具有或不具有减速齿轮箱的伺服电机,伺服机构或者是液压伺服机构。控制器202的计算方法可以是用于飞行器自动稳定或执行所指示的特技机动飞行的人工智能(AI)算法。在一个示例性实施例中,该计算方法可以是自校正控制算法和/或深度学习算法,其从传感器反馈(例如加速度计和陀螺仪)中学习先前的控制动作和飞行器相应的行为,以在下一事件中改善控制动作。
作为示例,控制器202包括微控制器和/或FPGA。
作为示例,控制器202包括无线发送器和接收器。发送器远程发送控制信号,而与电机连接的接收器通过无线通信接收控制信号并控制电机的输出,继而控制每个机翼组件的倾斜角度。
图3-5示出了根据示例性实施例的偏转翼飞行器的不同飞行姿态。图3-5是飞行器的侧视图,在这些附图中未示出左机翼3、左螺旋桨5、以及固定在左机翼3上的左动力装置4。
图3示出了处于垂直升起或悬停状态的飞行器300,其中机翼3和6同时从水平方向向上旋转大约90度,而每个机翼的倾斜角度及其各自的动力装置4和7的输出动力可以同步地进行连续微调以保持飞行器的平衡。
图4示出了飞行器400在机翼3和6同时向前倾斜的情况下向前悬停或加速以从悬停状态转变到正常水平飞行,而动力装置4和7中的每一个根据它们各自机翼3和6的倾斜角度相应地调节其动力输出,以提供飞行器的平衡和运动。
图5示出了飞行器500向后悬停或减速以准备诸如降落等机动飞行。这种机动飞行是在机翼3和6同时向后倾斜的情况下进行的,而动力装置4和7中的每一个根据它们各自机翼3和6的倾斜角度调节其动力,以提供飞行器的平衡和运动。
在图3-5的飞行姿态中,机翼3和6的倾斜角度可能略有不同以保持飞行器的平衡和方向稳定性。
图6A和6B示出了偏转翼飞行器的侧视图600A和俯视图600B,其在悬停或向上/向下盘旋期间通过使左机翼3向前倾斜而同时并分别使右机翼6向后倾斜以进行右转机动飞行,而动力装置4和7中的每一个根据它们各自机翼3和6的倾斜角度相应地调节其动力以提供飞行器的平衡和运动。
图7A和7B示出了偏转翼飞行器的侧视图700A和俯视图700B,其在悬停或向上/向下盘旋期间进行左转机动飞行。左机翼3向后倾斜,而右机翼6同时并分别向前方倾斜。动力装置4和7中的每一个都根据它们各自的机翼3和6的倾斜角度相应地调节其动力,以提供飞行器的平衡和运动。举例来说,取决于期望的转动速度,机翼3和6的倾斜角度相对于垂直轴线在0度至+/-90度的范围内。
图8示出了偏转翼飞行器在悬停、上升和降落期间向右转向的后视图800,其中左机翼3和右机翼6分别通过左轴9和右轴10向上倾斜,即与水平位置成大约90度,而动力装置4保持比动力装置7稍高的动力,或者螺旋桨5保持比螺旋桨8稍高的速度。
图9示出了偏转翼飞行器在悬停、上升和降落期间向左转向的后视图900。左机翼3和右机翼6向上倾斜,即与水平位置成大约90度,而动力装置4保持比动力装置7稍低的动力或者螺旋桨5保持比螺旋桨8稍低的速度。
图10示出了飞行或悬停时围绕主体1顺时针旋转的飞行器的后视图1000。左机翼3和右机翼6分别围绕轴9和10向上和向下倾斜,其中左机翼3从水平方向向上倾斜大约90度。每个动力装置4和7根据它们各自的机翼3和6的倾斜角度相应地调节其动力以提供飞行器的平衡和运动。以类似的方式,如图10所示,可以通过机翼3和6将位置反转180度使飞行器围绕主体1逆时针旋转。
图11示出了倒悬的翻转的偏转翼飞行器的后视图1100。机翼3和6均从水平位置向下旋转约90度。可以通过如图10所示的机翼的快速倾斜以使飞行器旋转并使左机翼3快速倾斜至该状态,从而实现从正常飞行位置到该倒悬位置的过渡,并相应地调节动力装置4和7的动力以平衡并保持飞行器处于倒飞位置。
图12示出了偏转翼飞行器的俯视图1200,该偏转翼飞行器在飞行期间进行非常猛烈的右转或顺时针旋转。可以通过同时并分别将右机翼6向后倾斜180度和将左机翼3向前倾斜180度来实现这种机动飞行。相应地调节动力装置4和7的动力输出以平衡飞行器。类似地,飞行器可以通过在相反的方向上倾斜机翼3和6进行猛烈的左转或逆时针旋转。
图13示出了一种用于控制偏转翼飞行器的飞行姿态的方法。该飞行器包括控制器和两个机翼组件,两个机翼组件由两个电机分别驱动,并分别控制连接到相应偏转翼的发动机。
方框1301表示根据多个传感器的测量值和来自控制器的指令来确定飞行器的当前飞行姿态。
作为示例,传感器包括加速度计、重力传感器、数字罗盘、一个或多个全球定位***(GPS)、温度传感器、风传感器和摄像机等等中的一个或多个。当前飞行姿态由控制器根据传感器的测量值的组合来确定。
方框1302表示根据当前的飞行姿态和期望的飞行姿态计算第一机翼组件的第一倾斜角度以及相应附接的螺旋桨转速或发动机动力。
方框1303表示根据当前的飞行姿态和期望的飞行姿态计算第二机翼组件的第二倾斜角度以及相应附接的螺旋桨转速或发动机动力。
作为示例,期望的飞行姿态通过控制界面被输入到控制器中。作为示例,期望的飞行姿态包括起飞、悬停、降落、向前/向后飞行、加速、减速、转动、转向、旋转等等。作为示例,期望的飞行姿态从控制器的发送部远程地发送到嵌入在飞行器主体中的接收部。作为示例,通过执行人工智能控制方法的控制器分别计算第一机翼组件的第一倾斜角度和第二机翼组件的第二倾斜角度。
方框1304表示向第一机翼组件提供第一扭矩,以使第一机翼组件以第一倾斜角度倾斜,同时将相应的螺旋桨转速或发动机动力调节到计算值。
方框1305表示向第二机翼组件提供第二扭矩,以使第二机翼组件以第二倾斜角度倾斜,同时将相应的螺旋桨转速或发动机动力调节到计算值。
作为示例,控制器向每个电机驱动器提供控制信号以驱动致动机翼组件的电机,并且每个电机提供扭矩以使每个机翼组件相应地倾斜。
方框1306表示通过同时并分别以第一倾斜角度和第二倾斜角度倾斜两个机翼组件与相应的发动机动力同步地来控制飞行器的姿态。。
作为示例,机翼组件同时倾斜,并且每个机翼组件以其各自的倾斜角度倾斜。通过机翼组件的倾斜的相互配合来操纵飞行器的姿态。
在一个示例性实施例中,每个机翼组件还包括动力装置和由动力装置驱动的螺旋桨。控制器还计算第一动力装置的第一动力输出和第二动力装置的第二动力输出以使第一螺旋桨和第二螺旋桨产生不同的推进力,从而进一步增加了飞行器的敏捷性。
在一个示例性实施例中,当飞行器的期望飞行姿态为从地面起飞、降落在地面上或悬停在地面上方时,机翼组件垂直于地面倾斜。
在一个示例性实施例中,当飞行器的期望飞行姿态为向前飞行或加速时,机翼组件以相同的向前倾斜角度倾斜。
在一个示例性实施例中,当飞行器的期望飞行姿态为向后飞行或减速时,机翼组件以相同的向后倾斜角度倾斜。
在一个示例性实施例中,当飞行器的期望飞行姿态为朝着第二机翼组件侧转动时,第一机翼组件以向前的倾斜角度倾斜并且第二机翼组件以向后的倾斜角度倾斜。
在一个示例性实施例中,当飞行器的期望飞行姿态为围绕其自身旋转时,第一机翼组件向上倾斜并且第二机翼组件向下倾斜。
在一个示例性实施例中,当飞行器已经翻转并且倒悬时,两个机翼组件都向下倾斜。
由此,本发明的示例性实施例得以充分说明。尽管本说明书涉及特定的实施例,但是可以通过改变这些具体细节来实现本发明,对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此,本发明不应被理解为仅限于本文所述的实施例。
Claims (18)
1.一种具有改善敏捷性的飞行器,包括:
主体;
两个机翼组件,其附接在所述主体的侧面,其中每个机翼组件还包括:
机翼,其从主体的侧面延伸并且可围绕垂直于所述主体的所述侧面的轴线倾斜,
一个动力装置,其配置在所述机翼上,以及
一个螺旋桨,其由所述动力装置驱动以为所述飞行器提供推进力,其中所述螺旋桨的旋转平面垂直于所述机翼的平面;
两个电机,每个电机以倾斜角度倾斜一个机翼组件;以及
控制器,其与所述电机连接,并向所述电机提供控制信号以控制所述机翼组件的所述倾斜角度;
其中,当所述飞行器飞行时,每个机翼组件都以各自的倾斜角度倾斜,从而所述飞行器能够以改善的敏捷性飞行。
2.根据权利要求1所述的飞行器,其中所述两个机翼组件经由轴对称地附接到主体相对的两侧,并且每个轴由所述相应的电机驱动。
3.根据权利要求1所述的飞行器,还包括:
传感器,用于测量每个机翼组件的实际倾斜角度,并将所述实际倾斜角度发送给所述控制器。
4.根据权利要求2所述的飞行器,其中所述控制器还提供第二控制信号,以根据所述机翼组件的所述实际倾斜角度来控制每个动力装置的动力输出。
5.根据权利要求1所述的飞行器,还包括:
用于测量所述飞行器的参数的多个传感器,其中所述传感器包括加速度计、重力传感器、数字罗盘、全球定位***(GPS)、温度传感器、风传感器和摄像机中的一个或多个,并且其中所述控制器基于所述传感器的测量值提供所述控制信号。
6.根据权利要求1所述的飞行器,其中每个机翼组件的可倾斜角度为0度到360度的任一角度。
7.根据权利要求1所述的飞行器,其中所述控制器还包括:
远程发送所述控制信号的发送器;以及
与所述电机连接的接收器,用于通过无线通信接收控制信号并控制所述电机。
8.根据权利要求1所述的飞行器,其中所述飞行器为无人机(UAV)。
9.一种用于控制飞行器姿态的方法,所述飞行器包括控制器和由两个电机分别驱动的两个机翼组件,该方法包括:
由所述控制器根据多个传感器的测量值确定飞行器的当前飞行姿态;
由所述控制器根据所述当前飞行姿态和期望的飞行姿态计算所述第一机翼组件的第一倾斜角度;
由所述控制器根据所述当前飞行姿态和所述期望飞行姿态计算所述第二机翼组件的第二倾斜角度;
由所述第一电机向所述第一机翼组件提供第一扭矩,以使所述第一机翼组件以所述第一倾斜角度倾斜;
由所述第二电机向所述第二机翼组件提供第二扭矩,以使所述第二机翼组件以所述第二倾斜角度倾斜;和
通过同时并分别以所述第一倾斜角度倾斜所述第一机翼组件和以所述第二倾斜角倾斜所述第二机翼组件来控制所述飞行器的姿态。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,每个机翼组件还包括动力装置和由所述动力装置驱动的螺旋桨,所述方法还包括:
由所述控制器计算第一动力装置的第一动力输出;
由所述控制器计算第二动力装置的第二动力输出;
由所述第一动力装置向所述第一螺旋桨提供所述第一动力输出;和
由所述第二动力装置向所述第二螺旋桨提供所述第二动力输出;
其中,所述第一动力装置和第二动力装置可以根据输入到所述***的所述控制指令,与倾斜的机翼同步地提供适当的动力,以保持所述飞行器的平衡。
11.根据权利要求10所述的方法,还包括:
当所述飞行器的所述期望的飞行姿态正在向第一机翼组件侧转向时,由所述第二动力装置提供比所述第一动力装置更大的动力输出。
12.根据权利要求9所述的方法,还包括:
通过所述多个传感器测量所述飞行器的参数,
其中,所述传感器包括加速度计、重力传感器、数字罗盘、全球定位***(GPS)、温度传感器、风传感器和摄像机中的一个或多个。
13.根据权利要求9所述的方法,还包括:
当所述飞行器的所述期望的飞行姿态为从地面起飞、降落在地面上或悬停在地面上方时,通过电机将所述机翼组件倾斜为与地面垂直。
14.根据权利要求9所述的方法,还包括:
当所述飞行器的所述期望的飞行姿态为向前飞行或加速时,通过电机使所述机翼组件以相同的向前倾斜角度倾斜。
15.根据权利要求9所述的方法,还包括:
当所述飞行器的所述期望的飞行姿态为向后飞行或减速时,通过电机使所述机翼组件以相同的向后倾斜角度倾斜。
16.根据权利要求9所述的方法,还包括:
当所述飞行器的所述期望的飞行姿态为朝向所述第二机翼组件侧转动时,通过电机使所述第一机翼组件以向前的倾斜角度倾斜,并且所述第二机翼组件以向后的倾斜角度倾斜。
17.根据权利要求9所述的方法,还包括:
当所述飞行器的所述期望的飞行姿态为围绕其自身旋转时,通过电机使所述第一机翼组件向上倾斜且使所述第二机翼组件向下倾斜。
18.根据权利要求17所述的方法,还包括:
当所述飞行器已经翻转并倒悬时,通过电机使两个机翼组件均向下倾斜。
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112537444A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-23 | 彩虹无人机科技有限公司 | 一种复合翼无人机悬停自动对风的方法 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20210122466A1 (en) * | 2019-10-28 | 2021-04-29 | Uber Technologies, Inc. | Aerial vehicle with differential control mechanisms |
US20220266987A1 (en) * | 2021-02-19 | 2022-08-25 | Lilium Eaircraft Gmbh | Integrated flap control unit |
IT202100018170A1 (it) * | 2021-07-09 | 2023-01-09 | Gen Electric | Aeroplano elettrico ibrido con controllo di stabilizzazione giroscopico |
CN113867193A (zh) * | 2021-09-08 | 2021-12-31 | 中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 | 一种基于fpga的同步控制方法 |
US12012205B2 (en) * | 2021-12-23 | 2024-06-18 | Textron Innovations Inc. | Automatic rotor tilt control |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080223994A1 (en) * | 2007-03-12 | 2008-09-18 | Peter Greenley | Moveable wings on a flying/hovering vehicle |
CN103129737A (zh) * | 2013-03-27 | 2013-06-05 | 南京傲翼伟滕自动化科技有限公司 | 可倾转定翼无人机 |
US20140008498A1 (en) * | 2010-09-17 | 2014-01-09 | Johannes Reiter | Tilt Wing Rotor VTOL |
CN105083551A (zh) * | 2015-08-03 | 2015-11-25 | 江苏工程职业技术学院 | 一种可倾转旋翼机及其控制方法 |
KR20170074539A (ko) * | 2015-12-22 | 2017-06-30 | 한국항공대학교산학협력단 | 딥 러닝을 이용한 무인기 비행 제어 시스템 및 방법 |
US20180178899A1 (en) * | 2016-12-27 | 2018-06-28 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Aircraft capable of vertical take-off and landing, vertical and horizontal flight and on-air energy generation |
WO2018147810A1 (en) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | Singapore University Of Technology And Design | Aircraft |
CN207917144U (zh) * | 2018-01-03 | 2018-09-28 | 上海华普汽车有限公司 | 一种倾转翼直升机 |
CN109018320A (zh) * | 2017-06-12 | 2018-12-18 | 贝尔直升机德事隆公司 | X形倾转翼飞行器 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101416742B1 (ko) * | 2012-11-07 | 2014-07-09 | 재단법인대구경북과학기술원 | 틸트 로터형 비행체 |
-
2020
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- 2020-02-21 US US16/796,981 patent/US20200301446A1/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080223994A1 (en) * | 2007-03-12 | 2008-09-18 | Peter Greenley | Moveable wings on a flying/hovering vehicle |
US20140008498A1 (en) * | 2010-09-17 | 2014-01-09 | Johannes Reiter | Tilt Wing Rotor VTOL |
CN103129737A (zh) * | 2013-03-27 | 2013-06-05 | 南京傲翼伟滕自动化科技有限公司 | 可倾转定翼无人机 |
CN105083551A (zh) * | 2015-08-03 | 2015-11-25 | 江苏工程职业技术学院 | 一种可倾转旋翼机及其控制方法 |
KR20170074539A (ko) * | 2015-12-22 | 2017-06-30 | 한국항공대학교산학협력단 | 딥 러닝을 이용한 무인기 비행 제어 시스템 및 방법 |
US20180178899A1 (en) * | 2016-12-27 | 2018-06-28 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Aircraft capable of vertical take-off and landing, vertical and horizontal flight and on-air energy generation |
WO2018147810A1 (en) * | 2017-02-10 | 2018-08-16 | Singapore University Of Technology And Design | Aircraft |
CN109018320A (zh) * | 2017-06-12 | 2018-12-18 | 贝尔直升机德事隆公司 | X形倾转翼飞行器 |
CN207917144U (zh) * | 2018-01-03 | 2018-09-28 | 上海华普汽车有限公司 | 一种倾转翼直升机 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112537444A (zh) * | 2020-12-15 | 2021-03-23 | 彩虹无人机科技有限公司 | 一种复合翼无人机悬停自动对风的方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20200301446A1 (en) | 2020-09-24 |
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