一种新型代步飞行器及控制方法技术

本发明专利技术具体涉及一种重量轻、结构紧凑的新型代步飞行器及控制方法；飞行器包括支架体，支架体由第一碳纤维管、第二碳纤维管、第一旋转环、第二旋转环组成，旋翼电机安装在第一碳纤维管的上部外端，飞行器的结构紧凑，重量轻；驾驶员站在第一旋转环中央设置的承载体上，安全性高；第一旋转环、第二旋转环可实现两个支架单元之间的角度旋转，更好的适应飞行环境；飞行器可实现悬空慢速行驶并具有跨越一定高度障碍的能力，适应性强，使用方便，飞行器可针对不同情况实现垂直起降或滑行起降，更好的适应行驶路况，提高安全性的同时还可节约能耗，提高续航里程。

【技术实现步骤摘要】
一种新型代步飞行器及控制方法
本专利技术涉及飞行器
，特别涉及一种新型代步飞行器及控制方法。
技术介绍
目前多旋翼式飞行器技术已经应用在多个领域，例如航拍、探测等，随着四旋翼或六旋翼式多旋翼式飞行器结构及控制技术的逐渐成熟，多旋翼式飞行器的承载能力也越来越大，已经出现将多旋翼式飞行器用来载人作为短途交通工具的技术，但是这样的改进往往只是将四旋翼或六旋翼多旋翼式飞行器的旋翼尺寸增大，电机功率提高，然后在多旋翼式飞行器中心位置放置驾驶座，导致飞行器的重量较大，且并不能有效保护驾驶员的安全性，且一般多旋翼飞行器用于100-1000m的低空范围内飞行，飞行速度一般在50-100km/h之间，而如果飞行器用于载人，则在100m以上的空域飞行是非常危险的，这样的高度无法使用降落伞，而飞行高度较高，无法提高驾驶室的强度来保证驾驶员的安全性。实际上在一些特殊的场合，例如大型博物馆或大型图书馆等建筑的门口处的出入使用现有的地面交通设备是非常不方便的，往往在设置了楼梯、电梯等行人过道后，还需要设计一些无障碍式通道，而无障碍式通道也需要借助辅助设备来运送行人；在另外一些场景中，例如校园内或公园内，往往有一些观光车用于运送乘客，但是观光车只能走铺好的线路，不能攀爬一些楼梯或人行道，因此也存在一些不便；面对上述问题，较容易联想到将多旋翼飞行器用在特殊场地运送乘客，且在运送时与地面尽量接近并保持慢速飞行的方式，即悬空一定距离保证一定的越障性能，同时具有较好的安全性的临地飞行器；但是现有的载人式飞行器的设置飞行高度较高，飞行速度较快，使得飞行器整体重量偏大，结构也不紧凑，因此需要专门针对悬空慢速飞行的特点设计一种体积更小，重量更轻的载人飞行器，才能有效适应上述使用环境，且现有的旋翼式飞行器一般是垂直起降，而离地面很近的时候，则需要考虑更好的起降方式以节约能耗，提高续航里程。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术目的是提供一种重量轻、结构紧凑的新型代步飞行器及控制方法。为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种新型代步飞行器，所述的飞行器包括支架体，支架体包括多根Z字型第一碳纤维管，第一碳纤维管的上部弯折和下部弯折均为圆角转折，中部为接近竖直的竖直部；两根第一碳纤维管交叉放置，在一个竖直平面内形成X形状的支架单元，交叉点位于Z字形状的下部弯折处，经过交叉点的竖直轴线设为支架体的中心线；沿中心线的轴线方向，设置两个相互交叉的、可沿中心线旋转的支架单元，两个支架单元之间的交叉点位于第一纤维管的下部弯折处；两个支架单元的交叉点上方、第一碳纤维管的内侧位置设置可使两个支架单元相互旋转的第一旋转环；所述第一碳纤维管的上部转折处的外侧设置可使两个支架单元相互旋转的第二旋转环；所述第一碳纤维管的Z字型上方水平部分的上端面设置横向导轨，横向导轨上设置可沿其滑动的电动导轮式滑块，滑块上安装旋翼电机，旋翼电机的输出轴连接旋翼；所述第一旋转环的中央位置设置水平放置的半球形承载壳，承载壳的上端面与第一旋转环的底边所在的水平面平齐，承载壳的下部外侧面包裹橡胶垫，橡胶垫与第一碳纤维管的下部弯折处内侧接触；承载壳的内腔中设置多个半球形滚槽，滚槽中放置滚珠，滚珠同时还与半球形承载体的外侧面接触，承载体放置在承载壳的内腔中，使承载体可相对于承载壳沿任意方向滚动；所述承载体的上表面与第一旋转环的顶边所在的水平面平齐。优选的，所述第一碳纤维管的Z字型下部水平部分设置与飞机起升架的结构一致的折叠式导轮组件，导轮组件包括导轮，以及与导轮连接的连杆组件，连杆组件可在电动伸缩杆的作用下折叠或伸展，使导轮与地面接触或离开地面；所述第一碳纤维管的内腔中或承载体的内部设置固态或锂离子蓄电池，蓄电池与旋翼电机的电源线连接。优选的，所述第一碳纤维管的上部端头设置环境侦查组件，环境侦查组件包括360°激光扫描仪、距离传感器；所述承载体内设置人体姿态监测组件，所述承载壳上相应位置设置飞行器姿态监测组件，所述的人体姿态监测组件包括陀螺仪、三轴加速度传感器、重量传感器；所述的飞行器姿态监测组件包括陀螺仪、三轴加速度传感器、高度传感器；所述的人体姿态监测组件与人体姿态控制模块通信连接；人体姿态控制模块还与中央处理器通信连接，中央处理器还分别与飞行控制模块、图像处理器、导轮组件通信连接，飞行控制模块分别与飞行器姿态监测组件、旋翼电机通信连接；所述图像处理器分别与激光扫描仪、距离传感器通信连接。优选的，所述的支架单元中，位于中心线同一侧的一个第一碳纤维管的上部水平部分与另一个第一碳纤维管的下部水平部分之间设置多根竖直放置的第二碳纤维管；第二碳纤维管的两端与金属管接头的一端粘接在一起，金属管接头的另一端卡入套环的外侧面凸台端面设置的定位孔中，套环套在第一碳纤维管的上部水平部分的外侧面上或下部水平部分的外侧面上；定位孔的内侧壁上设置第一橡胶圈，第一橡胶圈的内侧壁上设置向上倾斜的锯齿状凸起部，接头套入定位孔中的部分外侧面套设第二橡胶圈，第二橡胶圈的外侧壁上设置向下倾斜的锯齿状凸起部；向上倾斜的锯齿状凸起部与向下倾斜的锯齿状凸起部相互交错，使接头与定位孔之间相互靠近的时候两种锯齿状凸起部可以沿凸起侧边相互滑动且不传递轴向力，接头与定位孔之间相互远离时一个锯齿状凸起部顶在另一个锯齿状凸起部的锯齿槽中并传递轴向力；所述第二碳纤维管的内腔中设置同轴的金属压杆，金属压杆的两端分别与一个螺旋弹簧的一端连接，螺旋弹簧的另一端穿过接头的内腔后与套环的定位孔底面连接，金属压杆装入第二碳纤维管后，螺旋弹簧处于最大压缩状态。优选的，第一旋转环包括水平放置的圆环状外圆环，外圆环的内腔中嵌套圆环状内圆环，外圆环左右两侧的外端与一个支架单元中的两根第一碳纤维管的竖直部面向中心线的侧面固定连接，外圆环前后两侧的侧壁外端设置圆弧形开槽，内圆环前后两侧的侧壁外端设置的凸台穿出圆弧形开槽，并与另一个支架单元中的两根第一碳纤维管的竖直部下端面向中心线的侧面固定连接；外圆环内腔的上边或下边设置圆弧导槽，圆弧导槽的底端设置圆弧形齿条，内圆环的内腔中设置水平放置的驱动电机，驱动电机的转轴上套设齿轮，齿轮伸出内圆环的侧壁并与圆弧形齿条啮合；第二旋转环的结构与第一旋转环的结构一致，第二旋转环和两个支架单元的连接方式与第一旋转环和两个支架单元的连接方式一致。根据上述任意一种新型代步飞行器的控制方法，所述的控制方法包括人工驾驶步骤、自动驾驶步骤；所述的人工驾驶步骤为：飞行器放置在地面上时，导轮组件的导轮与地面接触，驾驶员站上承载体后，承载体内设置的重量传感器向人体姿态控制模块发送驾驶员体重参数W，人体姿态控制模块根据W计算所需的升力，并将W和升力参数发送给中央处理器，中央处理器向飞行控制模块发送控制指令，飞行控制模块控制旋翼电机动作，使飞行器垂直起飞并离开地面；飞行器离开地面后，导轮组件中的导轮收起，飞行器姿态监测组件中的高度传感器始终监测承载壳的底面与地面之间的垂直距离h，中央处理器8根据W与h实时控制飞行控制模块，以改变旋翼电机的转速，使h保持在0.3-0.6m的范围之内；飞行器起飞后，承载壳上设置的飞行器姿态监测组件监控飞行器的姿态，并根据飞行器的姿态适当修正各旋翼电机的转速，使飞行过程中承载壳始终保持水平状态；当驾驶员身体向前或向后本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型代步飞行器，其特征在于：所述的飞行器包括支架体(1)，支架体(1)包括多根Z字型第一碳纤维管(11)，第一碳纤维管(11)的上部弯折和下部弯折均为圆角转折，中部为接近竖直的竖直部；两根第一碳纤维管(11)交叉放置，在一个竖直平面内形成X形状的支架单元(12)，交叉点位于Z字形状的下部弯折处，经过交叉点的竖直轴线设为支架体(1)的中心线；沿中心线的轴线方向，设置两个相互交叉的、可沿中心线旋转的支架单元(12)，两个支架单元(12)之间的交叉点位于第一纤维管(11)的下部弯折处；两个支架单元(12)的交叉点上方、第一碳纤维管(11)的内侧位置设置可使两个支架单元(12)相互旋转的第一旋转环(2)；所述第一碳纤维管(11)的上部转折处的外侧设置可使两个支架单元(12)相互旋转的第二旋转环(3)；所述第一碳纤维管(11)的Z字型上方水平部分的上端面设置横向导轨，横向导轨上设置可沿其滑动的电动导轮式滑块，滑块上安装旋翼电机(5)，旋翼电机(5)的输出轴连接旋翼(6)；所述第一旋转环(2)的中央位置设置水平放置的半球形承载壳(7)，承载壳(7)的上端面与第一旋转环(2)的底边所在的水平面平齐，承载壳(7)的下部外侧面包裹橡胶垫(71)，橡胶垫(71)与第一碳纤维管(11)的下部弯折处内侧接触；承载壳(7)的内腔中设置多个半球形滚槽，滚槽中放置滚珠(73)，滚珠(73)同时还与半球形承载体(74)的外侧面接触，承载体(74)放置在承载壳(7)的内腔中，使承载体(74)可相对于承载壳(7)沿任意方向滚动；所述承载体(74)的上表面与第一旋转环(2)的顶边所在的水平面平齐。...

【技术特征摘要】
1.一种新型代步飞行器，其特征在于：所述的飞行器包括支架体(1)，支架体(1)包括多根Z字型第一碳纤维管(11)，第一碳纤维管(11)的上部弯折和下部弯折均为圆角转折，中部为接近竖直的竖直部；两根第一碳纤维管(11)交叉放置，在一个竖直平面内形成X形状的支架单元(12)，交叉点位于Z字形状的下部弯折处，经过交叉点的竖直轴线设为支架体(1)的中心线；沿中心线的轴线方向，设置两个相互交叉的、可沿中心线旋转的支架单元(12)，两个支架单元(12)之间的交叉点位于第一纤维管(11)的下部弯折处；两个支架单元(12)的交叉点上方、第一碳纤维管(11)的内侧位置设置可使两个支架单元(12)相互旋转的第一旋转环(2)；所述第一碳纤维管(11)的上部转折处的外侧设置可使两个支架单元(12)相互旋转的第二旋转环(3)；所述第一碳纤维管(11)的Z字型上方水平部分的上端面设置横向导轨，横向导轨上设置可沿其滑动的电动导轮式滑块，滑块上安装旋翼电机(5)，旋翼电机(5)的输出轴连接旋翼(6)；所述第一旋转环(2)的中央位置设置水平放置的半球形承载壳(7)，承载壳(7)的上端面与第一旋转环(2)的底边所在的水平面平齐，承载壳(7)的下部外侧面包裹橡胶垫(71)，橡胶垫(71)与第一碳纤维管(11)的下部弯折处内侧接触；承载壳(7)的内腔中设置多个半球形滚槽，滚槽中放置滚珠(73)，滚珠(73)同时还与半球形承载体(74)的外侧面接触，承载体(74)放置在承载壳(7)的内腔中，使承载体(74)可相对于承载壳(7)沿任意方向滚动；所述承载体(74)的上表面与第一旋转环(2)的顶边所在的水平面平齐。2.根据权利要求1所述的一种新型代步飞行器，其特征在于：所述第一碳纤维管(11)的Z字型下部水平部分设置与飞机起升架的结构一致的折叠式导轮组件(9)，导轮组件(9)包括导轮，以及与导轮连接的连杆组件，连杆组件可在电动伸缩杆的作用下折叠或伸展，使导轮与地面接触或离开地面；所述第一碳纤维管(11)的内腔中或承载体(74)的内部设置固态或锂离子蓄电池，蓄电池与旋翼电机(5)的电源线连接。3.根据权利要求1所述的一种新型代步飞行器，其特征在于：所述第一碳纤维管(11)的上部端头设置环境侦查组件，环境侦查组件包括360°激光扫描仪(86)、距离传感器(87)；所述承载体(74)内设置人体姿态监测组件，所述承载壳(7)上相应位置设置飞行器姿态监测组件，所述的人体姿态监测组件包括陀螺仪(81)、三轴加速度传感器(82)、重量传感器(84)；所述的飞行器姿态监测组件包括陀螺仪(81)、三轴加速度传感器(82)、高度传感器(83)；所述的人体姿态监测组件与人体姿态控制模块(80)通信连接；人体姿态控制模块(80)还与中央处理器(8)通信连接，中央处理器(8)还分别与飞行控制模块(81)、图像处理器(85)、导轮组件(9)通信连接，飞行控制模块(81)分别与飞行器姿态监测组件、旋翼电机(5)通信连接；所述图像处理器(85)分别与激光扫描仪(86)、距离传感器(87)通信连接。4.根据权利要求1所述的一种新型代步飞行器，其特征在于：所述的支架单元(12)中，位于中心线同一侧的一个第一碳纤维管(11)的上部水平部分与另一个第一碳纤维管(11)的下部水平部分之间设置多根竖直放置的第二碳纤维管(4)；第二碳纤维管(4)的两端与金属管接头(41)的一端粘接在一起，金属管接头(41)的另一端卡入套环(42)的外侧面凸台端面设置的定位孔中，套环(42)套在第一碳纤维管(11)的上部水平部分的外侧面上或下部水平部分的外侧面上；定位孔的内侧壁上设置第一橡胶圈(45)，第一橡胶圈(45)的内侧壁上设置向上倾斜的锯齿状凸起部，接头(41)套入定位孔中的部分外侧面套设第二橡胶圈(46)，第二橡胶圈(46)的外侧壁上设置向下倾斜的锯齿状凸起部；向上倾斜的锯齿状凸起部与向下倾斜的锯齿状凸起部相互交错，使接头(41)与定位孔之间相互靠近的时候两种锯齿状凸起部可以沿凸起侧边相互滑动且不传递轴向力，接头(41)与定位孔之间相互远离时一个锯齿状凸起部顶在另一个锯齿状凸起部的锯齿槽中并传递轴向力；所述第二碳纤维管(4)的内腔中设置同轴的金属压杆(43)，金属压杆(43)的两端分别与一个螺旋弹簧(44)的一端连接，螺旋弹簧(44)的另一端穿过接头(41)的内腔后与套环(42)的定位孔底面连接，金属压杆(43)装入第二碳纤维管(4)后，螺旋弹簧(44)处于最大压缩状态。5.根据权利要求1所述的一种新型代步飞行器，其特征在于：第一旋转环(2)包括水平放置的圆环状外圆环(21)，外圆环(21)的内腔中嵌套圆环状内圆环(22)，外圆环(21)左右两侧的外端与一个支架单元(12)中的两根第一碳纤维管(11)的竖直部面向中心线的侧面固定连接，外圆环(21)前后两侧的侧壁外端设置圆弧形开槽，内圆环(22)前后两侧的侧壁外端设置的凸台(23)穿出圆弧形开槽，并与另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈子龙，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川,51