反转无人驾驶飞机的制作方法

本发明涉及旋翼飞行器领域，其中，升力和推力能够由转子来提供，具体地说涉及一种无人驾驶飞机。该无人驾驶飞机包括照相机，该照相机用于进行光学和/或声音记录，特别是在(实时)活动过程中，例如音乐会、聚会、舞蹈活动等。照相机给出了活动的印象，并能够记录活动的特殊细节，例如个人。

背景技术：

本发明是旋翼飞行器领域，该旋翼飞行器用于进行记录。旋翼飞行器例如直升机和无人驾驶飞机是这样一种飞行器，其中，升力和推力由转子来提供。这使得飞机能够垂直起飞和降落、盘旋以及向前、向后和侧向飞行。无人驾驶飞机(该无人驾驶飞机作为无人航空系统(uas)的实例)是特殊类型的旋翼飞行器，通常有多个转子。无人驾驶飞机的另外统称是无人航空飞行器(uav)、无人驾驶航空飞行器和遥控飞机(rpa)。本发明的无人驾驶飞机相对较小，更多地称为模型飞机。

转子产生推力。转子系统可以以多种方式来安装，例如水平地安装，用于提供垂直升力，以及垂直地安装，用于提供水平推力，以便抵消来自主转子的扭矩。转子通常包括主轴(mast)、轮毂和2-6个转子叶片。在任何情况下，旋翼飞行器都需要抗扭矩装置，该抗扭矩装置可以由第二反转转子来提供。

关于无人驾驶飞机的规定目前部分处于法律灰色地带。管理局已经发布了关于在私营部门中的无人驾驶飞机的正式规定和指导方针，但是范围仍然稍微有限。显然，对于商业摄影、录像和监视目的有需求，但是不清楚什么允许和什么不允许以及适用哪些安全规定。

考虑到安全问题，无人驾驶飞机通常禁止多种用途，或者至少受到限制。例如，拥挤活动中的风险是，无人驾驶飞机的一个或多个转子可能失效，因此无人驾驶飞机将坠毁至人群中。还有，由于转子和发动机，无人驾驶飞机相对噪声大，该转子通过向下的气流而放大了产生的噪声水平。

音乐、舞蹈和电视行业趋向于记录它们活动的每一个个体。目前在室内活动中，记录将使用蜘蛛照相机(照相机借助于至少6条负重索缆来悬挂)或使用升降车照相机(照相机在可移动升降车上)。这两种方法在金钱和空间方面都是非常贵的。

一些现有技术文件介绍了飞机。例如，us2014/138477a1介绍了一种旋翼飞行器，它包括机身、用于垂直飞行的一个或多个电机驱动转子以及控制系统。电机沿在两个旋转方向中的任意一个来驱动一个或多个转子，以便提供竖直或反向方位的飞行。方位传感器用于控制推力的主方向，并根据机身相对于重力的方位来自动地修改操作指令和收集信息。转子设置有叶片，该叶片反转以便适应旋转方向。

us2009/294584a1公开了一种稳定无人航空飞行器(uav)回收系统。在用于水上回收uav的示例实施例中，该系统包括基于船的元件和基于uav的元件。基于船的元件包括机器人臂，该机器人臂将捕获机构保持在船的侧部上方，同时补偿波浪引起的船运动。基于uav的元件包括安装在uav机身顶部的挂钩。在由从机构后面或前面接近的uav来看捕获机构保持稳定的情况下，uav在它下面飞行，从而由挂钩钩住阻挡(arresting)线。当uav继续向前运动时，阻挡线从与制动器连接的绞车卷筒中拉出，从而使得uav休息。

技术实现要素：

因此，本发明涉及一种用于记录的改进无人驾驶飞机，它解决了现有技术的一个或多个上述问题和缺点，从而提供可靠的结果，而不会危及功能性和优点。

本发明涉及一种根据权利要求1的反转无人驾驶飞机以及根据权利要求11所述的无人驾驶飞机的使用。无人驾驶飞机在使用中非常安全，特别是在有易损元件和人的情况下，它有最小的运动限制，能够在通常预定的空间中独立运动。本发明的无人驾驶飞机提供了轻重量的系统(1-50公斤，通常为2-20公斤)、运动自由度、在转子和保持装置之间没有干扰、冗余的故障安全系统、以及无缝飞行的能力。为了本发明目的，反转的无人驾驶飞机可以认为是气动辅助照相机系统。

本发明的无人驾驶飞机包括至少一个转子，通常为两个或更多个转子，例如四个或更多个转子。在一个实例中，本发明的系统包括6个转子。转子优选是提供为对称布局，例如，对于一个转子，该一个转子处于中心位置，对于两个转子，该转子各自等距离地在中心位置的相对处等。转子优选是提供有网等，从而防止与转子自身接触。另外，本发明的转子优选是可倾斜的，以便完全控制本发明的装置，例如，在偏航、俯仰(pitch)和滚转方面。为了完全控制，通常还提供了具有陀螺仪、驱动器供给等的控制单元。控制单元调节供给转子的功率。

本发明的无人驾驶飞机包括至少一个光学照相机，优选是还包括至少一个音频接收单元，例如麦克风，用于进行高质量、复杂、壮观的和动态的记录。该至少一个光学照相机优选是至少一个3d照相机，因此提供进行3d记录的机会。因为无人驾驶飞机通常在活动的上面“航行”，所以照相机通常至少局部朝向下，以便观看该活动。优选是，该至少一个照相机能够沿着至少一个轴线旋转，优选沿至少两个轴线旋转，以便提供活动的多个视图。照相机也可以是大角度照相机或360°照相机。照相机优选是包括高分辨率和高灵敏度电荷耦合器件(ccd)照相机。还可以预见上述的组合。照相机能够由控制单元来引导，能够执行预定程序，由操作人员实时控制等。照相机可以与接收单元、处理单元、控制单元等中的至少一个进行无线或有线接触。对于音频接收单元，可以预见与照相机相似的考虑方案和实施例；作为额外选项，音频单元可以是小角度定向单元，例如包括凹形盘，用于将声音朝向盘的焦点反射。

无人驾驶飞机自身可以包括控制单元，或者控制单元可以提供在与本发明无人驾驶飞机有线或无线连接的不同位置。控制单元特别能够将无人驾驶飞机导向特定位置、改变无人驾驶飞机的高度、改变无人驾驶飞机的速度、启动和停止包括转子的无人驾驶飞机、使无人驾驶飞机环绕例如沿轨迹来运动等。控制单元可以成算法、计算机程序、触摸屏、虚拟现实眼镜、操纵杆和它们的组合的形式。

本发明无人驾驶飞机的特征在于保持装置，用于限制无人驾驶飞机的向下运动，从而固定无人驾驶飞机，并防止无人驾驶飞机掉落。保持装置防止无人驾驶飞机撞入例如人群中。它还通过将其较低高度限制在最小值而防止无人驾驶飞机太靠近例如人群(在垂直距离方面)，该最小值通常为至少4米，优选是至少为5-10米。通常，到人群的最小距离为2米。

本发明无人驾驶飞机的特征还在于，该至少一个转子提供向下的力。因此，与使用的典型配置不同，在典型配置中，转子提供向上的升力，为了使旋翼飞行器航行，转子提供向下的力。向下的力能够从最小水平到最大水平进行控制。当使用最大水平的力时，无人驾驶飞机通常处于它的向下加速度最高状态。该至少一个转子的向下力将部分或完全由保持装置来补偿。当向下的力完全补偿时，无人驾驶飞机保持在相同(恒定)高度。向下的力能够例如通过使得转子相对于现有技术中通常使用的更标准结构反转而建立。因此，与具有向上的力(升力)的类似无人驾驶飞机相比，碰撞等的危险最小，且无人驾驶飞机提供了明显更少的噪声和湍流。当在2米高处测量时，噪声降低大约5-20db，而湍流几乎没有；这能够归因于保持装置，该保持装置补偿本发明无人驾驶飞机的重力的105-130％，例如110％。由该至少一个转子提供的向下的推力能够限制在无人驾驶飞机的重力的大约5-20％，通常小于10％。因此，与具有相同重力的现有技术无人驾驶飞机相比，只有一部分功率提供给转子(例如10％)。另外，该至少一个转子的有效推力主要用于姿态控制(俯仰、偏航和滚转)，最好部分用于(负)升力，因此强制向下运动。最重要的是，当本发明的无人驾驶飞机处于它的最低位置时，即最接近人群时，该至少一个转子也需要最低功率，从而导致产生最低噪声的状态。

因此，本发明提供了对于一种或多种上述问题和缺点的解决方案，而不损害有益效果。

本发明的优点在整个说明书中详细说明。

发明的详细说明

本发明在第一方面涉及根据权利要求1所述的无人驾驶飞机。

在本发明无人驾驶飞机的示例实施例中，保持装置包括至少一根线，优选是可收回的线。在优选实施例中，使用两根或三根线。各线通常附接在电机上，用于收回和释放线。电机和线相互配合；这样，人们能够将多根线作为一根线。为了防止磨损并延长电机的寿命，优选是，各电机提供有离合器。应该注意，线自身的拉伸通常限制为总共几厘米，大部分在5-50m的典型长度中。柔性使得无人驾驶飞机相对自由地运动。线和保持装置优选是尽可能轻。另一方面，考虑到安全性，保持装置尽可能强；从实际的角度来看，该系统应该能够承载它自身的重量、无人驾驶飞机的重量，并补偿无人驾驶飞机的向下力。考虑到安全性，强度基于所述组合力和重量的多倍。通常，它应该能够承受1000n的力，这在大部分情况下为超尺寸，因为典型质量是10-500n，更通常是50-200n。保持装置可以使用增强线。还可以使用轻重量高强度的聚合物等，例如

线还可以有控制器，例如电控制器。控制器例如可以主动控制和调节线施加在无人驾驶飞机上的向上的力。应当注意，将线附接在uas上将非常棘手，以保证线不会缠绕在转子上。

在本发明无人驾驶飞机的示例实施例中，保持装置连续地提供向上的力。持续提供的力可以由附接在线上的弹簧来引起，该线附接在无人驾驶飞机上，例如上述线。弹簧优选为圆形或椭圆形的弹簧，例如钟表弹簧。弹簧可以在壳体中，该壳体有用于接收线的开口和卷轴。这也提供了用于自动缠绕和展开线的机构，从而通过减少事故的机率而使得无人驾驶飞机在使用中更安全。也可以使用具有类似功能的可选系统。

在示例实施例中，本发明的无人驾驶飞机包括空间位置说明符。通过知道无人驾驶飞机的空间位置，人们能够使得无人驾驶飞机从该位置运动，例如朝向感兴趣的位置。感兴趣的位置能够使用例如远程位置控制系统来识别，该控制系统与无人驾驶飞机有线或无线接触。类似地，无人驾驶飞机的位置能够通过光学装置(例如通过虚拟现实眼镜)来操纵，该光学装置反映控制人员感兴趣的区域，例如通过控制器耦合观察信息。同样，dj也可以控制无人驾驶飞机，例如通过手动运动。因此，无人驾驶飞机可能形成活动的一部分。

在示例实施例中，本发明的无人驾驶飞机包括万向架，照相机与该万向架连接，优选是允许在多个轴上旋转。万向架优选是所谓的cardan悬架。

在本发明无人驾驶飞机的示例实施例中，保持装置提供的力从无人驾驶飞机的最高位置向无人驾驶飞机的最低位置增加。上述弹簧是它的一个实例。

在示例实施例中，本发明的无人驾驶飞机还包括用于提供能量的装置，例如电线。电线能够与保持装置组合。还可以提供电池等。

在本发明的无人驾驶飞机的示例实施例中，该至少一个转子中的一个或多个的力为适合的。优选是，给定方向上的总力为适合的，优选是通过控制单元。因此，无人驾驶飞机能够以选定的速度、高度、轨迹、方向等来回运动。

在本发明无人驾驶飞机的示例实施例中，保持装置的长度是适合的。这例如能够通过上述壳体和卷轴来建立。优选是具有可变长度的保持装置，以便提供无人驾驶飞机的几乎自由运动，除了通常存在的给定边界和安全条件之外。

在本发明无人驾驶飞机的示例实施例中，保持装置还包括加速度限制器。限制器防止无人驾驶飞机意外或不希望地沿特定方向运动，特别是沿人群或人的方向。限制器可以成安全带的形式，从而防止加速度超过特定界限值水平。因此，安全性进一步提高。限制器可以从陀螺仪、加速度计等获得关于加速度的信息。

在示例实施例中，无人驾驶飞机包括可拆卸的外壳等，该外壳能够考虑到本发明无人驾驶飞机可能用于的活动而进行适应性变化。

在示例实施例中，本发明的无人驾驶飞机包括用于附接保持装置的附接装置，其中，该附接装置包括：球形部分；挂钩，该挂钩在球形部分的顶部上，用于附接保持装置；圆形结构，用于将球形部分保持就位；以及空心的内部部分。已经发现，这种附接装置非常可靠和安全，且实际上不会功能失效。因此，附接装置优选是焊接在无人驾驶飞机上。还发现这种附接非常耐用。

在本发明的无人驾驶飞机的示例实施例中，至少一个转子包括内部部分和外部部分。内部部分和外部部分可以完全或局部分离，例如通过壁、薄膜、局部壁、网等。内部部分具有总面积(内部部分面积加上外部部分面积)的1-50％的相对面积，优选2-35％，例如4-25％。该至少一个转子还包括用于在内部部分中产生空气流的第一装置以及用于在外部部分中产生空气流的第二装置。第一和第二空气流装置可以组合成一个集成装置。在一个实例中，第一装置是内转子，第二装置是外转子。用于在内部部分中产生空气流的第一种装置提供的空气流量(例如基于0.1-10nm/s的功率)比用于在外部部分中提供空气流的第二装置(例如基于0.2-100nm/s的功率)低2-10倍。因此，转子工作更有效(例如效率高20-500％，通常效率高5-100％，例如效率高10-50％)，并产生更小的噪声(-3--30db)。因此能够使用更小的转子，从而能够使用更小的无人驾驶飞机。

在第二方面，本发明涉及根据权利要求11的本发明无人驾驶飞机的用途。其中，无人驾驶飞机附接在悬挂结构上，例如屋顶、互连的导线、机械结构、一个或多个安装索缆以及升降机。因此，无人驾驶飞机能够在下面的区域上相对自由地运动，例如在活动的上面。

在示例实施例中，本发明的用途是室内或室外。因此能够覆盖在给定位置进行的活动。对于室外的情况，升降机可以是优选的，而对于室内的情况，机械结构可以是优选。

在示例实施例中，本发明的用途是用于进行音乐会、活动、灯光展示的记录、用于提供光等。

在本发明使用的示例实施例中，保持装置可运动地附接到悬挂结构上，或者包括保持装置的无人驾驶飞机可运动地附接在悬挂结构上，或者包括保持装置的无人驾驶飞机附接在可运动的悬挂结构上，或者它们的组合。在给定情况下，无人驾驶飞机能够进行记录，而并不受到悬挂结构的太多限制。

一个或多个上述实施例和实施方案可以进行组合，从而落入本发明的范围内。

本发明将通过附图而更详细介绍，附图的性质是示例性和解释性，而并不限制本发明的范围。对于本领域技术人员，可以清楚的是，明显或不明显的很多变化都可以设想落在由权利要求限定的保护范围内。

附图说明

尽管在详细说明中介绍了本发明，但是结合附图可以最好地理解本发明。附图中：

100无人驾驶飞机(uas)

10保持装置

11摩擦板

15光学照相机

20反转螺旋桨

26螺旋桨的旋转

27向下的推力

30索缆

36索缆拉伸力

40用于缠绕(展开)索缆的滑轮

41索缆收回系统

45座位带部件

47连接轴

50电机

60安培调节器

61交流电流

70悬挂

71悬挂环

75轨道结构

76附接在周围环境上

81中心转子

82周边转子

84内部部分

85外部部分

90平台

91声音控制隔间

图1表示了悬挂的无人驾驶飞机。

图2表示了附接装置。

图3表示了本发明的无人驾驶飞机的细节。

图4表示了先进的转子设置。

图5a-b是表示悬挂的无人驾驶飞机的侧视图(左)和俯视图(右)。

图6表示了本发明的无人驾驶飞机的艺术印象图。

图7表示了悬挂的无人驾驶飞机。

图8表示了本发明的索缆收回系统的细节。

具体实施方式

图1表示了悬挂的无人驾驶飞机。无人驾驶飞机100通过悬挂装置70而附接在索缆30上。转子20提供向下的力(由多个箭头表示)，而索缆提供向上的力(由单个箭头表示)。无人驾驶飞机包括光学照相机15(未示出)，通常在它的下侧。

图2表示了用于无人驾驶飞机的悬挂装置70。悬挂装置通常通过焊接而结合在无人驾驶飞机中。环71提供于顶侧，用于附接索缆30。优选的附接件是销钉球附接件，它包括嵌入在四分之三空心球中的球，如后面的图中所示。内部的球有焊接于其上的挂钩，索缆能够附接在该挂钩中。

图3表示了本发明的无人驾驶飞机的细节。无人驾驶飞机(不可见)附接在索缆30上。索缆附接在保持装置或系统上。本发明的保持装置(rs)可以包括更多部件，而并不只有电动发动机50。由电动发动机产生的力可以是适应性的。这将保证根据环境的灵活性。索缆的长度可以根据不同场地而不同，因此产生不同的索缆重量。而且，经过一段时间，组件在rs中的摩擦将会变化。来自发动机的适合的力保证故障安全系统(fss)在它的整个使用寿命中正确地使用。为了获得该变量，安培调节器60为优选的，该安培调节器60提供交流电61。安培调节器调节输送到发动机的功率的强度，从而给出由电动发动机产生的可变力。不过，可能有很少的机会，安培调节器可能在飞行中发生故障。为了防止灾难性的结果，可以另外应用安全带构思45。uas上的叶片与更常见的设置相比反向地定向，从而向下推动uas。当安培调节器产生故障时，uas可能垂直下坠至地面。以与安全带工作类似的方式，当加速度大于设定值时，“安全带”部件将立即阻止uas的下降。而且，提供了用于使得电动发动机与滑轮连接的轴47。滑轮40包括索缆的展开部分，通常是弹簧状元件，用于自动地缠绕索缆。

图4表示了先进的转子设置。还研究了传统螺旋桨的改进，或者换句话说，由可能更有效率、更低噪声、更轻和更少湍流的螺旋桨系统来代替传统的螺旋桨。图4是改进的涡轮风扇的气流的视图。上部和下部是由旁路推动的空气(外部部分85)，而在中部是由核心推动的空气(内部部分84)。区域的宽度(高度)意味着与流量成比例，而长度(从一侧到另一侧)与气流的速度成比例。该螺旋桨在空气流速度和排出空气量的方面进行改进。图4是本发明的螺旋桨系统的示意图。其中提供有中心转子81和周边转子82。应当注意，核心和旁路空气流量和速度与常规系统相反：旁路空气速度大于核心空气速度，因此，具有较大速度的空气的量与具有较低速度的空气的量相比增加20-500％。

图5a-b表示了悬挂的无人驾驶飞机的侧视图(左)和俯视图(右)。整个fss(包括无人驾驶飞机100、索缆30和保持装置10)可能需要在场地中附接。有多种可能：一种可能(图5a，左边是侧视图，右边是俯视图)包括索缆从平台90上面附接在声控吊舱91上，其中rs10安装在该索缆上，并能够利用uas的推力而沿该索缆运动；第二种可能(图5b，左边是侧视图，右边是俯视图)包括中心钩住的rs10。为了容易理解，第一类型的附接将被称为“索缆安装”，而后一类型称为“中心安装”。俯视图和侧视图表示了这两种可能。应当注意，对于第二种附接方法，附图表示了附接在天花板上，但对于户外场所，升降机可以很容易地用于代替屋顶。

图6表示了本发明的无人驾驶飞机的艺术印象图。其中，无人驾驶飞机100是可见的，与索缆30连接。索缆30与保持装置10连接。整个系统与轨道系统75连接，该轨道系统可以附接在天花板和/或墙壁上。

图7表示了悬挂的无人驾驶飞机。其中表示了与周围环境的附接76。而且，还有附接在周围环境上的索缆收回系统41。索缆30表示为在无人驾驶飞机和索缆收回系统之间。由于重力和无人驾驶飞机的推力，通常在索缆30中存在拉伸力36。无人驾驶飞机100的转子20提供向下的推力27。转子进行旋转26。

图8表示了本发明的索缆收回系统41的细节，该索缆收回系统作为保持装置的实例。其中，提供了电机50、摩擦片11和索缆卷轴40。索缆30从索缆卷轴附接在本发明的无人驾驶飞机上，该无人驾驶飞机有转子20，该转子提供向下的推力。

已经在整个说明书中进一步详细介绍了附图。