[发明专利]自动全方位跟踪目标的四轴飞行器玩具及其控制方法

说明书

 

技术领域

本发明属于飞行器玩具的技术领域，尤其涉及一种自动全方位跟踪目标的四轴飞行器玩具。

背景技术

四轴飞行器玩具设有框架及四个旋翼单元，每个旋翼单元包括有旋翼、驱动旋翼转动的电机；从水平投影位置看，四个旋翼的竖向转轴分别位于框架中心点的前后左右四个方向上，且它们与框架中心点的距离等同。本申请文件中，将以框架中心点为起始端点、并经过旋翼竖向转轴的水平射线称为“主干射线”，整个四轴飞行器玩具共有四条这样的主干射线。

四轴飞行器玩具在框架中央部位设有控制各电机转速的中央控制器。四轴飞行器玩具飞行时，一部分旋翼顺时针转动，另一部分旋翼逆时针转动，中央控制器协调各个电机的转速而控制整个飞行器的飞行动作。各旋翼之间的不同状态可以组成很多种组合方式，使飞行器的飞行模式丰富多样，能够自如做出各种飞行动作。常见的动作有垂直运动、偏航运动、水平轴向运动等。

所谓垂直运动，俗称上升或下降，可以通过四个旋翼转速同步增加或减小实现。当四个旋翼转速增加使得总的拉力大于整机的重量时，整个飞行器便垂直上升；反之则垂直下降。

所谓偏航运动，俗称转弯，当四个电机转速不完全相同时，四个旋翼对机身产生的反扭矩不一致、不平衡，不平衡的反扭矩会引起整个飞行器绕着框架中心点转动，即实现转弯偏航。转弯既可以是顺时针转弯，也可以是逆时针转弯。本申请文件中，判断顺逆时针方向时，以观察者从俯视方向看到的结果为准。

所谓水平移动，俗称前进或后退，只要使位于同一直线上的两条主干射线的旋翼的转速不一致，升力不平衡，飞行器就发生一定程度的倾斜，从而使旋翼拉力产生水平分量，就可以使飞行器沿该两主干射线的方向作水平移动。由于四条主干射线组合成为十字形， X轴、Y轴两个垂直方向上的结构对称，所以水平移动实际上有前后左右四种方向可以选择，即前进、后退、左平移、右平移，四种运动方向的工作原理完全一样，当沿着某一条主干射线所指的方向前进时，同时也可以理解为沿着相对的另一条主干射线所指的方向后退，或者理解为沿着另外两条主干射线所指的方向射线左右平移。

现有四轴飞行器玩具虽然动作花样很多，但各种动作均需要人为操控，缺乏趣味性，更缺乏能够全方位、自动跟踪某一特定目标物的功能。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种自动全方位跟踪目标的四轴飞行器玩具，它能够自动跟踪目标物，并且不管目标物如何变换其方位，四轴飞行器玩具均不会被甩掉 。

其目的可以按以下方案实现：该自动全方位跟踪目标的四轴飞行器玩具，包括有框架，框架上安装有四个旋翼单元，每个旋翼单元包括有旋翼、驱动旋翼转动的电机；从水平投影位置看，四个旋翼的竖向转轴分别位于框架中心点的前后左右四个方向上，且它们与框架中心点的距离等同；框架中间安装有中央控制器， 中央控制器控制各旋翼单元的电机转速而实现垂直运动、偏航运动、水平移动，其特征在于：框架上还安装有一个检测与地面垂直距离的竖向测距仪，竖向测距仪设有竖向信号发射器和竖向信号接收器，竖向信号发射器和竖向信号接收器的方向朝向下方的地面；竖向测距仪连接到中央控制器，中央控制器根据竖向测距仪的信号控制飞行器垂直运动，使竖向测距仪与地面的竖向距离保持在设定范围内；框架上还安装有八个水平测距仪， 水平测距仪包括有水平信号接收器、水平信号发射器，水平信号发射器、水平信号接收器的安装方向都是背向框架的中央区域；每条主干射线的旁边对称地安装其中两个水平测距仪的水平信号接收器，其中一个水平信号接收器位于该主干射线的顺时针侧，另一个水平信号接收器位于该主干射线的逆时针侧；各水平信号接收器连接到中央控制器，中央控制器根据与目标物水平距离最短的水平信号接收器的方位控制飞行器的偏航运动，当与目标物水平距离最短的水平信号接收器位于对应主干射线的顺时针侧，中央控制器命令飞行器顺时针偏航，反之则命令飞行器逆时针偏航， 直至该对应主干射线旁边的两个水平信号接收器测得的距离信号处于等同范围；中央控制器还根据该与目标物距离最短的水平信号接收器的的信号控制飞行器沿着该水平信号接收器对应主干射线的方向水平移动，使该水平信号接收器与目标物的水平距离保持在设定范围内。

水平信号发射器为超声波信号发射器，水平信号接收器为超声波信号接收器，中央控制器根据超声波发射后反射回来的时间判断该水平信号接收器与目标物距离。

水平信号发射器为红外信号发射器，水平信号接收器为红外信号接收器，中央控制器根据红外线发射后反射回来的强度判断该水平信号接收器与目标物距离。