飞行系统技术方案

本发明专利技术涉及一种飞行系统，具有至少两个受驱动的扑翼(2)、受驱动的尾翼(9)、控制设备和用于至少一个人的外骨骼(1)。该外骨骼(1)是不依赖于扑翼(2)可移动的。控制设备构造为用于从外骨骼(1)接收运动传感器信号并且基于该运动传感器信号确定移动预设信号并利用该移动预设信号驱动扑翼(2)和/或尾翼(9)。该移动预设信号能够被确定为使得扑翼(2)和/或尾翼(9)的移动遵循外骨骼(1)的移动。

Flight system

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】飞行系统
本专利技术涉及一种具有受驱动的扑翼和受驱动的尾翼的飞行系统。
技术介绍
从DE-PS652170公开了一种通过肌肉力量可驱动的滑翔机，在该滑翔机中通过肌肉力量移动的翼通过橡胶绳与机身连接，从而应该辅助飞行者的力量，其中翼能够通过手动切换的棘爪被锁定，并且飞机能够在无需力量消耗的情况下继续用作滑翔机。从DE-PS173926公开了一种具有扑翼的飞行器，该飞行器可以通过轮廓架在飞行员的手臂弯曲的情况下由飞行员的手臂致动，其中每个肘部均靠在基台中，并且每个手均抓握在弯曲的手柄上，弯曲的手柄的不同的抓握区域实现用于驱动机翼的不同的杠杆臂。一种具有马达辅助的翼的悬停滑翔机从WO2014/028083A2中已知。翼可以使用布置在内部翼梁区段上的手爪或手万向环来操作和控制。扇形舵能用脚操纵。到目前为止，从理论上可想到的扑翼系统都无法投入实际使用。可替代地，悬挂式滑翔器和悬挂式滑翔伞以及超轻型飞行系统已经变得越来越普遍。但是，悬挂式滑翔器/悬挂式滑翔伞不能以其自身的力量爬升，而是它们依靠利用上升气流或热升力来获得高度，并且与滑翔机相似地，滑行率明显较低。相对地，在滑翔时可以覆盖相当长的距离的滑翔机缺乏悬挂式滑翔器和悬挂式滑翔伞特有的动力和即时体验。超轻型飞行系统使用螺旋桨进行推进，可以设计成机动悬挂式滑翔器/滑翔伞，或者可以具有机舱和固定翼。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有扑翼的实用飞行系统。该飞行系统还应实现人体工程学的、安全的且无疲劳的飞行。该目的通过独立权利要求1的特征实现。从属权利要求中描述了有利的改进方案和优选的实施例。因此，根据权利要求1，本专利技术描述了一种飞行系统，包括能由飞行员控制的受驱动的或可受驱动的扑翼和受驱动的或可受驱动的尾翼。在根据本专利技术的实施例中，飞行员为达到此目的使用外骨骼，该外骨骼功能性地耦合至机翼和尾翼，然而是不依赖于机翼和尾翼可移动的。该功能性耦合通过控制设备实现，该控制设备基于外骨骼的移动来控制扑翼和/或尾翼的移动。在根据权利要求2的优选实施例中，控制设备还能够基于扑翼和/或尾翼上普遍存在的诸如力、加速度和速度之类的效果来控制对外骨骼的反馈。在根据权利要求3的优选实施例中，扑翼的自由度可以与飞行员的手臂和/或手相关联，而尾翼的自由度可以与飞行员的腿和/或脚相关联。扑翼可以在此在外表上类似于鸟类或蝙蝠的翅膀的。也就是说，它们除了传感器和执行器外，还可以具有可移动的支撑结构和依据空气动力学设计的合适的表面。在根据权利要求13的优选实施例中，扑翼可以具有多个相对彼此可移动和受驱动的机翼构件，并且其中优选地在两个机翼构件之间的边界处和/或在机翼构件和设备载体之间的边界处设置可拉伸材料和/或重叠的空间面。提供中央结构作为设备载体，在该中央结构上铰接扑翼或其各自的第一机翼构件和/或尾翼。该设备载体可以具有例如飞行员要携带的背包的形状。该设备载体还可以容纳飞行系统的子系统，例如能量存储器及转换器、控制设备、接口、阀、传感器、管线、辅助机组等。尾翼还能够在外观上相较于鸟的尾羽而设计，或者具有如权利要求14的优选实施例中的尾羽。但是，其他构造也是可以想到的，例如设计成常规飞机尾翼的形式。在本专利技术的上下文中，外骨骼是一种能够测量位于其中的身体的力和身体的移动并继而在身体上施加力的系统。因此，外骨骼的受驱动的自由度可以应用于具有力反馈的控制元件。本专利技术描述了一种受驱动的机翼/尾翼和外骨骼的组合，其中涉及飞行控制器或控制设备：状态变量，例如肢体及其关节的力和位置(通常可以称为运动传感器信号)，通过外骨骼接收以用作控制器输入变量。然后，控制设备利用算法将这些变量处理为控制器输出变量，该输出变量将以移动预设信号的形式用作机翼和尾翼系统移动的设定值信号。作为回应，机翼系统的状态变量能够以移动效果信号的形式被感应到，该移动效果信号用作外骨骼系统的控制器输入变量。控制设备由此生成以反馈预设信号的形式的用于外骨骼执行器的设定值信号。这对应于一种新型的飞行系统，该飞行系统还能够使用远程呈现和远程机器人的概念。利用该系统飞行员能够控制机翼并因此控制飞行，也能够“感觉到”飞行姿态。结果，飞行员将可能学会凭直觉飞行。在优选的情况下，外骨骼和机翼系统物质地与彼此连接，但是也能够像在远程机器人中一样处于物理地分开的位置。然而，由于外骨骼和扑翼/尾翼是不依赖于彼此可移动的，即能够机械地去耦，因此飞行员总是能够采用舒适的姿势或对其移动进行优化的姿势。另外，飞行员的移动的向扑翼/尾翼的移动的力转换及向飞行员的反馈可以与飞行员的实际体力相匹配。应当理解，除了提到的组件之外，还可以或必须存在例如能量源(电池、涡轮机等类似的)、能量转换器(液压马达、压缩机等类似的)、配电系统等子系统。外骨骼能够与扑翼物理地分离，使得例如扑翼能够被远程控制，或者在紧急情况下能够将扑翼抛入空中。主翼羽或扑翼应能用手臂和手控制。尾羽或尾翼应能用腿或脚控制。此外，每个耦合器都能够单独临时停用。机翼和尾翼的控制方式也可以与外骨骼不同，或者机翼也不必仅通过外骨骼控制。在根据权利要求6的另一优选实施例中，例如，可以提供另外的输入装置以预设扑翼和/或尾翼的移动，其中该另外的输入装置尤其具有模拟杆、开关和按钮和/或脑机接口。可以想到例如非常类似于游戏控制器的控制器。例如，该控制器将有可用于控制来回移动以及点头和翻转的两个模拟杆。它还可以有按钮来引起机翼拍打。然后，人们就可以像飞翔的小鸟一样飞行。脑机接口也已经在开发之中。如果扑翼和/或尾翼的移动不是或不仅由外骨骼预设，而是通过其他输入方式(如模拟杆、开关和按钮和/或脑机接口)输入的，则根据权利要求5的另一优选实施例中的系统组件的移动预设也能够基于整个系统的预设的移动方向或移动模型而自动计算出。在根据权利要求4的另一优选实施例中，主翼羽(Handschwingen)的具体机制也可以在鸟类中观察到。如果鸟类垂直起飞，即使在上行过程中，它们也能以主翼羽产生推力。为此，向后/向上拍打/翻转翼尖或单个主翼羽，并由此将空气向后下推开或者加速。在根据权利要求7的另一优选实施例中，利用控制器输入变量和控制器输出变量的比率的调节，还可以调节反馈力的强度，并且手臂和机翼的角速度不必总是相同。此外，外骨骼和机翼的移动可以去耦，这样人们就可以“解放双手”。简化也是可能的，例如通过组合一些自由度使得仅一个自由度必须被控制。也就是说，设定值和控制变量不必彼此直接相关。通过在根据权利要求10的另一优选实施例中提供的陀螺仪除了产生空气力之外还可以产生力矩。这样就有可能允许飞行员执行其他操作。这对于飞行控制也是有用的。如在根据权利要求11的另一优选实施例中所提供的紧急配置可以使飞行系统更安全地抵御技术问题或飞行员的身体上和/或精神上的故障。为此，例如，可以将预加载的能量存储器与飞行系统的执行器连接，或者可以使用安全气囊、制动火箭、弹射降落伞等。如在根据权利要求12的另一优选实施例中所提供的附加的动力元件可用于例如高速飞行或为了飞行员的复原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞行系统，具有至少两个受驱动的扑翼(2)、受驱动的尾翼(9)、控制设备(53)和用于至少一个人的外骨骼(1)，所述外骨骼(1)是不依赖于所述扑翼(2)地可移动的，并且其中所述控制设备(53)构造为用于从所述外骨骼(1)接收运动传感器信号并基于所述运动传感器信号确定移动预设信号并利用所述移动预设信号驱动所述扑翼(2)和/或所述尾翼(9)，其中所述移动预设信号优选地确定为使得所述扑翼(2)和/或所述尾翼(9)的移动遵循所述外骨骼(1)的移动。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180406 DE 102018002782.21.一种飞行系统，具有至少两个受驱动的扑翼(2)、受驱动的尾翼(9)、控制设备(53)和用于至少一个人的外骨骼(1)，所述外骨骼(1)是不依赖于所述扑翼(2)地可移动的，并且其中所述控制设备(53)构造为用于从所述外骨骼(1)接收运动传感器信号并基于所述运动传感器信号确定移动预设信号并利用所述移动预设信号驱动所述扑翼(2)和/或所述尾翼(9)，其中所述移动预设信号优选地确定为使得所述扑翼(2)和/或所述尾翼(9)的移动遵循所述外骨骼(1)的移动。


2.根据权利要求1所述的飞行系统，其中所述控制设备(53)构造为用于从所述扑翼(2)和/或所述尾翼(9)接收效果传感器信号并基于所述效果传感器信号确定反馈预设信号并利用所述反馈预设信号驱动所述外骨骼(1)使得作用在所述扑翼(2)和/或所述尾翼(9)上的力通过所述外骨骼(1)对飞行员是可感知的。


3.根据权利要求1或2所述的飞行系统，其中所述控制设备(53)构造为用于确定所述移动预设信号使得所述扑翼(2)的自由度能够利用人的手臂和/或手控制，和/或所述尾翼(9)的自由度能够利用人的腿和/或脚控制。


4.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中所述扑翼(2)分别具有至少一个翼体和至少一个主翼羽(29)，其中所述主翼羽(29)是单独地和/或所有主翼羽(29)一起地垂直于所述主翼羽或多个主翼羽(29)邻接的翼体可枢转的。


5.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中所述控制设备(53)配置为用于基于针对所述飞行系统所预设的移动方向或者预设的移动模式自动地确定用于扑翼(2)和/或尾翼(9)的移动预设。


6.根据前述权利要求任一项所述的飞行系统，其中提供另外的输入装置(551、552、553)以预设扑翼(2)和/或尾翼(9)的移动，其中所述另外的输入装置(551、552、553)尤其具有模拟杆、开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·于斯特尔，
申请(专利权)人：彼得·于斯特尔，
类型：发明
国别省市：德国;DE