CN209805921U

CN209805921U - 无人驾驶飞行器

Info

Publication number: CN209805921U
Application number: CN201690001792.7U
Authority: CN
Inventors: 何世雄; 陈文华
Original assignee: XDynamics Ltd
Current assignee: XDynamics Ltd
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2019-12-17
Anticipated expiration: 2026-11-04
Also published as: WO2018082004A1; EP3535963A4; JP3224172U; US11167863B2; US20190256224A1; EP3535963B1; EP3535963A1

Abstract

本实用新型涉及一种无人驾驶飞行器(UAV)。所述UAV包括主体，所述主体容纳用于UAV的控制和无线通信电路以及可再充电电源。所述UAV具有围绕主体并被支撑以从主体向外间隔开且优选地在主体上方的多个螺旋桨。万向架安装在主体的前部下方，用于支撑一相机。所述万向架可被布置在所述主体的前部下方，使得相机的前向垂直视场的角度小于相对于至少一个螺旋桨的前向尖端限定的前向垂直余隙视场的角度。所述万向架可被布置在所述主体的前部下方，使得支撑在其上的相机的透镜与所述UAV主体的前边缘基本对齐。

Description

无人驾驶飞行器

发明领域

本发明涉及诸如无人驾驶飞行器(UAV)的无人机的配置，并且具体地但非排他地涉及诸如多旋翼飞行器的无人驾驶飞行器的配置。

背景技术

在无人飞行器领域，特别是在无人驾驶飞行器(UAV)技术(例如多旋翼飞行器和无人机)方面，已经有了快速的发展。传统的UAV可包括由具有一个或多个控制器和/或传感器的飞行控制计算机控制的一个或多个螺旋桨。

无人机或多旋翼飞行器是一种通常有两个以上旋翼的旋翼机。多旋翼飞机的优点是飞行控制所需的旋翼力学更简单。与通常使用复杂变桨距旋翼的单旋翼和双旋翼直升机不同(变桨距旋翼的桨距随着桨叶旋转而变化以获得飞行稳定性和控制)，多旋翼飞行器使用固定桨距桨叶。因此，飞行器运动的控制通过改变每个转子的相对速度以改变由每个转子产生的推力和扭矩来实现。

UAV正越来越多地被用于拍摄专业质量的移动图像。通常，支撑在UAV 上的相机是可控制的以相对于UAV主体旋转、俯仰和偏航以捕捉动作场景等。这样的相机移动可以手动控制或者可以预先编程。在大多数现有的UAV中，相机通常被支撑在UAV主体的中心下方，因为这通常包括UAV重心或平衡中心。然而，如果希望避免因捕获UAV结构的部分的图像而损害捕获的图像，则这严重地限制了相机移动的程度或范围。

发明目的

本发明的目的是提供一种新颖的无人驾驶飞行器，例如多旋翼飞行器或无人机。

本发明的另一目的是在一定程度上减轻或消除与已知无人驾驶飞行器相关联的一个或多个问题，或者至少提供有用的替代方案。

上述目的通过主权利要求的特征的组合来满足；从属权利要求公开了本发明的进一步的有利实施例。

本领域技术人员将从以下描述中得出本发明的其它目的。因此，前述目的陈述并非穷尽的，且仅用于说明本发明的许多目的中的一些。

发明内容

在第一主要方面，本发明提供了一种无人驾驶飞行器(UAV)。所述UAV包括容纳用于UAV的控制和无线通信电路的主体，所述主体以及可容纳再充电电源。所述UAV具有多个螺旋桨，所述多个螺旋桨围绕主体并被支撑以从主体向外间隔开且优选地在主体上方。万向架安装在主体的前部下方，用于支撑一相机。所述万向架被布置在主体的前部下方，使得相机的前向垂直视场的角度小于相对于至少一个所述螺旋桨的前向尖端限定的前向垂直余隙视场的角度。所述万向架还优选地被布置成使得相机的前向水平视场的角度基本上小于相对于至少一个支脚的前向尖端限定的前向水平余隙视场的角度。

在第二主要方面，本发明提供了一种无人驾驶飞行器(UAV)，其包括主体、围绕主体并被支撑以从主体向外间隔开的多个螺旋桨、以及安装在主体的前部下方用于支撑相机的万向架。所述万向架被布置为使得支撑在其上的相机的透镜与所述UAV主体的前边缘基本对齐。

发明内容不一定公开了限定本发明所必需的所有特征；本发明可以存在于所公开特征的子组合中。

附图说明

本发明的前述和进一步的特征将从以下仅示例性地提供的优选实施例结合附图的描述中变得清楚明了，其中：

图1是根据本发明的实施例UAV的侧视图，但其不包括螺旋桨；

图2是图1的UAV的侧剖视图，但其包括螺旋桨；

图3是从图1的UAV的下方观察的平面图；

图4是从图1的UAV的下方观察的平面图，但其包括螺旋桨；

图5是从图1的UAV的上方观察的立体图，但其不包括螺旋桨；以及

图6是从图1的UAV的下方观察的透视图，但其不包括螺旋桨。

具体实施方式

下面的描述仅是作为示例的优选实施例，而不限于实施本发明所必需的特征的组合。

在本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的引用意为描述成与该实施例相关的特定特征、结构、或特性包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各个位置出现的短语“在一个实施例中”不一定全都指代相同的实施例，也不是与其他实施例相互排斥的单独或替代实施例。此外，还描述了各种特征，这些特征可能呈现在部分实施例中而没有呈现在另一部分实施例中。类似地，还描述了各种需求，这些需求可能对于部分实施例是必需的而对于另一部分则非必需。

在以下描述中，无人机或多旋翼飞行器的实施通过以无人驾驶飞行器(UAV) 示例的方式来描述，尤其以具有高达约40kg的重量的小型UAV，但这不是一限定的重量大小。

参考附图，提供了一种UAV 10，其具有主体12，主体12至少容纳用于 UAV 10的控制电路13、无线通信电路14和可充电电源16(图2)。UAV 10的操作可以从地面站(未示出)无线地控制，或者其可以根据上载到其控制电路13 的预编程控制指令自动地操作。主体12的主要部分优选为大致蛋形，但是应当理解，UAV主体的形状可以采用任何合适的形式。蛋形主体12的优点在于其通常是空气动力学有效的，同时提供足够的体积来容纳UAV 10的内部部件13、 14、16。此外，其提供了用于支撑UAV螺旋桨的臂18的坚固的结构平台。

从图中可以看出，UAV 10具有多个从主体12向外延伸的臂18。优选地，臂18也相对于主体12向上倾斜。优选地，臂18相对于水平面在20到30度的范围内(更优选的是在25度的范围内)向上倾斜。在所示的实施例中，具有四个臂18，但是根据本发明，在其他实施例中臂的数量可以变化。在每个臂的末端设置有具有转子22的电动机20，在转子22上安装有螺旋桨24。所述臂18 优选地从主体12向外向上延伸，使得被螺旋桨24扫过的区域A(图4)的大部分基本上不受UAV主体12的主要部分的阻碍，即螺旋桨24的向下气流不会被UAV 10的其它结构部分(例如蛋形主体12)明显阻挡。所述臂18围绕主体 12布置，使得它们环绕主体12并且使得由多个螺旋桨24扫过的区域A彼此紧密相邻。所述臂18优选地与所述主体12一体地形成。

万向架26安装在主体12的前部下方，用于支撑相机28。所述万向架26 包括第一电机26A，所述第一电极26用于使相机28绕垂直轴移动，即实现相机28相对于相机28的偏航运动。所述第一电机26A安装在UAV主体12上。所述万向架26包括第二电机26B，所述第二电机26B用于使相机绕水平俯仰轴垂直移动，即当相机28自身指向UAV 10的前进方向时，实现相机28绕垂直于所述UAV10前向移动方向的水平轴的移动。万向架具有第三电机26C，所述第三电机26C用于当所述相机指向所述前进方向时，使相机28围绕与UAV 10 的前向移动方向对齐的水平轴线运动。因此，所述万向架26使得所述相机28 能够相对于所述UAV主体12以三个自由度移动。所述UAV主体12的前向或前部优选地包括UAV主体12的前部25％。

所述万向架26包括万向架臂30，所述万向架臂30在第一端连接到在主体 12的前部处的第一电机26A，并且从所述连接点向下和向后延伸。所述万向臂 30的第二端安装第二和第三电机26B、26C以及所述相机28。因此，所述相机 28安装在所述臂30的前面，并且所述相机的图像视图总是不受所述臂30的阻碍。所述臂30优选地是弯曲的。所述臂30还可以承载相机28与第二和第三电机26B、26C以及容纳在UAV主体12中的内部部件13、14、16之间的电连接。所述相机28优选地永久地连接到所述万向架26。因此，所述相机28优选地被专门设计用于与UAV 10匹配的操作。这至少具有如下优点：当所述UAV 10 被设计时，相机28的特性(例如重量)是已知的，这使得容纳在所述UAV主体内的内部部件13、14、16能够被布置成平衡相机28在UAV 10的中心点向前的移位，所述中心点通常将包括UAV重心的中心。在根据本发明的UAV的一些实施例中，知道相机的重量不仅使得容纳在UAV的主体中的内部部件能够被布置成平衡相机的前向置放，甚至使得诸如臂18的结构部件的定位能够被布置成提供相机28的前向置放的某种平衡。所述万向架26优选地布置成使得相机的透镜28A与UAV主体12的前边缘基本对齐，然而在一些实施例中，相机可以定位成其透镜28A在UAV主体12的前边缘的前方。

使所述相机28在所述UAV主体的中心之前及在所述UAV主体12下方或低于UAV主体12的移位显著地减少了相机图像视图被UAV的诸如螺旋桨臂 18或甚至螺旋桨24的结构部件阻挡的可能性。所述相机28在所述UAV主体12下方的前向放置极大地增加了相机移动的范围或程度以清晰且无阻碍地捕获图像。

特别参考图2，可以看出，所述万向架26被布置在主体12的前部下方，使得相机28的前向垂直视场X的角度小于相对于至少一个螺旋桨24的前端或最前范围限定的前向垂直余隙视场Z的角度。包括前向垂直余隙视场角Z和相机前向垂直视场角X之间在一侧上的差值的余隙角Y优选地等于或大于相机相对于所述UAV主体的一侧上的俯仰角或UAV在前向运动中的俯仰角。在稳定的均匀飞行中，在图像视图被UAV的前向螺旋桨24中的一个在任何程度阻止之前，相机28可以被俯仰高达余隙角Y。在所示的实施例中，所述相机28可以以大于余隙角的角度向下俯仰，因为相机28在UAV 10上的前向置放使得相机通常在UAV 10的低于相机28的正常视场X的任何结构组件的前面。当UAV 10以其本身在其前部向下倾斜以获得稳定的速度向前移动时，前向螺旋桨的阻碍问题更加突出。在这种情况下，所述UAV 10可以被认为已经相对于相机28 向下俯仰(相机28相对于向下俯仰的UAV 10向上俯仰以保持其正常前向指向的视场X)至余隙角Y的量，而不妨碍相机28的图像视图。应当理解，UAV 10 的前向运动将相对于周围空气而不是相对于陆地。还将理解，在UAV 10的前向运动期间所需的俯仰程度取决于UAV 10相对于周围空气的速度。如本文所公开的UAV 10的新颖布置使得运动图像能够由相对于空气以预定速度向前行进的UAV捕获的同时，UAV 10被向下俯仰以用于向前运动，而不使旋转的前向螺旋桨24阻碍相机28的正常前向垂直图像视场X。还将理解，所提及的相机28的前向垂直视场X的角度是指所述相机前向垂直视场角度的最大值。

余隙角Y可以多达19度。所述相机28的前向垂直视场X可以多达64度。

所述UAV优选地具有在UAV主体12和万向架26下方延伸的一个或多个支脚32。在所示的实施例中，具有设置在两个Y形构件34上的四个支脚32，这两个Y形构件34从UAV主体12的相应侧向下和向外延伸。优选地，所述 Y形构件34与所述UAV主体12一体地形成。优选地，所述Y形构件34分别在主体12的相应侧上的中心点处连接到UAV主体12。因此，除了前支腿32 之外的Y形构件34的主要结构被置放在在所述万向架26和所述相机28后面。所述Y形构件34的布置使得当处于前向飞行时所述相机28可以旋转以拍摄 UAV 10后方的图像，在所述Y形构件34之间具有大致无阻碍的后向视场。从 UAV 10的低视图看，两个Y形构件34从UAV 10的前方至后方限定了H形，从而使UAV主体12下方的空间不受阻碍。

所述支脚32的外边缘限定了假想的正方形S(在图中由虚线S示出)。为所述UAV 10提供非常稳定的着陆支持。优选地，电机转子22定位在所述假想正方形S之外。

特别是参考图4，所述相机28在UAV 10上的前向放置使得相机的前向水平视场W的角度基本上小于相对于至少一个支脚32的前边缘或尖端限定的前向水平余隙视场Q的角度(图4)。这样，所述相机28可以在水平视场中以相当大的程度旋转到两侧，而其图像视图不会被UAV 10的结构或其它部件阻挡。所述相机28可以在水平视场中向两侧旋转多达57度，而其图像视图不会被 UAV 10的结构或其它部件阻挡。因此，前向水平余隙视场角Q和相机前向水平视场角W之间的差值等于或大于由万向架电机26A提供的相机28的偏航角。至少所述相机28的透镜28A定位在所述UAV 10的前向支脚32的前方。

所述相机28在支撑在所述UAV主体12的前部下方的万向架26上的前向置放使得其能够实现相机28的至少俯仰和偏航运动自由度的协同组合，当UAV 在飞行中时，相机图像视图不被UAV 10的结构或其它部件阻挡。这使得所述 UAV相机28在飞行中和高速行进时能够***作以拍摄高质量动作场景移动图像。

总的来说，本发明涉及一种无人驾驶飞行器(UAV)。所述UAV包括主体，所述主体容纳用于UAV的控制和无线通信电路以及可充电电源。所述UAV具有围绕主体并被支撑以从主体向外间隔开且优选地在主体上方的多个螺旋桨。万向架安装在所述主体的前部下方，用于支撑相机。所述万向架可被布置在主体的前部下方，使得支撑在其上的相机的透镜与所述UAV主体的前边缘基本对齐。所述万向架可布置在所述主体的前部下方，使得相机的前向垂直视场角小于相对于至少一个螺旋桨的前向尖端限定的前向垂直余隙视场角。所述万向架优选地还布置成使得相机的前向水平视场角基本上小于相对于至少一个支脚的前向尖端限定的前向水平余隙视场角。

本说明书阐述了本发明的原理。因此应当理解的是，本领域技术人员将能够设计各种虽然并未在此明确描述或说明但着实体现了本发明之原理且包括在其精神和范围之内的结构布置。

此外，本文中所记载的本发明的原理、方面、实施例，以及其特定示例的所有陈述，均旨在包括其结构和功能等效项。另外，这样的等效项旨在包括全部目前已知等效项以及未来将开发出的等效项，即，开发出的执行相同功能的任意元件，而无论其结构如何。

尽管在附图和上述说明中已经对本发明进行了详细地阐述和说明，但这些阐述和说明在特征上应当视为示例性的而非限制性的，应当理解的是，所示出和描述的实施例仅是作为示例，而并不以任何方式限制本发明之范围。可以理解的是，在此所描述的任何特征均可与任意实施例一起使用。所阐述的实施例并非彼此排斥，也不排斥未在此述及的其他实施例。相应地，本发明还提供包括上述实施例中的一个或多个组合的实施例。在不脱离本发明之精神和范围的条件下，还可以对本文所阐述的发明进行修改和变化。因此，应当仅根据所附权利要求所指示的那样对本发明施行限制。

在权利要求书中，作为实现特定功能而描述成装置的任意元件旨在包括实现该功能的任何途径。这些权利要求所限定的发明寓于这样的事实，由所列举方法提供的功能度是以权利要求所要求的方式组合和结合到一起。因此，能提供这些功能度的任何方法将被视为这里所示的等效项。

除非在上下文中处于语言表达或必要含义而另有要求，否则在本发明说明书之后的权利要求中，词语“包括”或者其变型“包含”或“含有”等均为包容性词义，即意在具体说明所述特征的存在，但不排除本发明的各种实施例中其他特征的存在或增添。

应当理解的是，如果本文中引用了任何现有技术的公开文档，这样的引用并非就此认为这些公开文档即为本领域中的公知常识的一部分。

Claims

1.一种无人驾驶飞行器(UAV)，包括：

主体；

多个螺旋桨，所述多个螺旋桨围绕所述主体并被支撑以从所述主体向外间隔开；

万向架，所述万向架安装在所述主体的前部下方，用于支撑一相机；

其特征在于，所述万向架布置在所述主体的所述前部下方，使得所述相机的前向垂直视场的角度小于相对于至少一个所述螺旋桨的前向尖端限定的前向垂直余隙视场的角度。

2.根据权利要求1所述的UAV，其特征在于，所述前向垂直余隙视场角与所述相机前向垂直视场角之间的差值等于或大于所述相机相对于所述无人机主体或所述无人机的在前向运动中的俯仰角。

3.根据权利要求1所述的UAV，其特征在于，对于以相对于空气的预定速度前向移动的UAV，所述前向垂直余隙视场角与所述相机前向垂直视场角之间的差值等于或大于所述UAV在前向运动中的俯仰角。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的UAV，其特征在于，围绕所述主体的所述多个螺旋桨被支撑以从与所述UAV的主体向外间隔开并位于所述主体上方。

5.根据权利要求1所述的UAV，其特征在于，所述万向架布置成使得支撑在其上的相机的镜头与所述UAV主体的前边缘基本对齐。

6.根据权利要求1所述的UAV，其特征在于，容纳在所述主体中的所述UAV 的内部部件被布置成平衡所述前向安装的万向架和由所述万向架支撑的相机。

7.根据权利要求1所述的UAV，其特征在于，将所述万向架支撑到所述UAV的所述主体的臂从与所述主体的连接点向后且向下延伸，使得相机被支撑在所述支撑臂前方的所述万向架上。

8.根据权利要求1所述的UAV，其特征在于，所述UAV具有在所述主体和所述万向架下方延伸的一个或多个支脚。

9.根据权利要求8所述的UAV，其特征在于，所述相机的前向水平视场的角度基本上小于相对于至少一个所述支脚的前向尖端限定的前向水平余隙视场的角度。

10.根据权利要求9所述的UAV，其特征在于，所述前向水平余隙视场角和所述相机前向水平视场角之间的差值等于或大于所述相机的偏航角。

11.根据权利要求1所述的UAV，其特征在于，所述相机永久地连接到所述万向架。

12.根据权利要求11所述的UAV，其特征在于，与所述万向架组合的永久连接的相机被布置在UAV主体内的内部部件平衡。

13.一种无人驾驶飞行器(UAV)，包括：

主体；

万向架，所述万向架安装在所述主体的前部下方，用于支撑相机；

其特征在于，所述万向架被布置为使得支撑在其上的相机的透镜与所述UAV主体的前边缘基本对齐。

14.根据权利要求13所述的UAV，其特征在于，所述万向架布置在所述主体的所述前部下方，使得所述相机的前向垂直视场的角度小于相对于至少一个所述螺旋桨的前向尖端限定的前向垂直余隙视场的角度。