阅读说明：本技术 360度飞行机器人 (360-degree flying robot ) 是由 K·B·莱斯 王宁 A·莱斯 于 2020-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及360度飞行机器人。所述飞行机器人包括具有至少一个开口的开放式机身和连接至所述开放式机身的多个螺旋桨,所述开放式机身包括用于连接或断开适配模块的通用接口。本发明能起到以下有益技术效果：适应市场上的不同应用,因此能够大规模生产。(The invention relates to a 360-degree flying robot. The flying robot includes an open fuselage having at least one opening and a plurality of propellers connected to the open fuselage, the open fuselage including a universal interface for connecting or disconnecting an adapter module. The invention can achieve the following beneficial technical effects: is suitable for different applications in the market, so that the method can be produced in a large scale.)

360度飞行机器人

技术领域

本发明涉及飞行机器人技术领域，尤其涉及一种360度飞行机器人。

背景技术

无人驾驶飞行器(UAV)被称为无人机，也被称为飞行机器人，已经使用多年。目前，一种典型的无人机装备了传感器和摄像头，正日益受到商业、安全和工业应用的欢迎。无人机有着无尽的应用，因为它们可以在没有飞行员的情况下随时在不同的地点飞行。

典型的无人机是由轻质材料制成的。制造无人机所用的工程材料是高度复杂的，通过特殊设计用来吸收振动，从而减少无人机飞行时产生的声音。无人机可配备红外摄像机、GPS和激光器等，可由远程地面控制系统(GSC)控制。

典型的无人机是从直升机设计中衍生出来的，在这种设计中，旋翼被布置在中心飞行体周围的一些较小的螺旋桨所代替。无人机使用转子叶片或桨叶进行推进和控制。现在，无人机可以在垂直面上做三件事：悬停、爬升或下降。为了悬停，将无人机向上推的旋翼的净推力必须等于将其向下拉的重力。当转子叶片向下推动空气时，空气将向上推动转子叶片，从而产生升力和扭矩。转子叶片越小，转子叶片旋转越快。旋翼的推力对无人机的机动和保持空中飞行起着关键作用。便携式结构使用户能够执行飞行例行程序，包括复杂的空中机动和无人机的精确角度处理。

虽然目前的无人机有多种尺寸、形状和配置，但大多数无人机都是为单一目的设计的，只能用于它们所处理的特定应用。在这种情况下，技术公司和工业界无法建立大规模生产的无人机，以适应市场上的不同应用。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种360度飞行机器人，其能解决现有技术所存在的问题，适应市场上的不同应用，因此能够大规模生产。

本发明的以上目的通过一种360度飞行机器人来实现，所述飞行机器人包括具有至少一个开口的开放式机身和连接至所述开放式机身的多个螺旋桨，所述开放式机身包括用于连接或断开适配模块的通用接口。

根据上述技术方案，本发明的360度飞行机器人能起到以下有益技术效果：适应市场上的不同应用，因此能够大规模生产。

具体地说，本发明采用了标准化的机身结构，即，具有至少一个开口的开放式机身，该开放式机身包括用于连接或断开适配模块的通用接口，以适配于不同的应用。在本发明的结构中，可以利用同一机身设备有效地执行不同的任务，采用不同的适配模块进行清洁、表面处理、消防、喷漆和维护等。

较佳的是，所述开放式机身呈U型、H型、E型、V型或O型。

根据上述技术方案，本发明的360度飞行机器人能起到以下有益技术效果：通过合适的开放式机身型式，能更方便、更合适地连接或断开适配模块。

较佳的是，所述飞行机器人还包括机械或电气接口，所述机械或电气接口连接于所述开放式机身的通用接口和所述适配模块之间。

根据上述技术方案，本发明的360度飞行机器人能起到以下有益技术效果：通过合适的机械或电气接口，能更方便、更合适地连接或断开适配模块。

较佳的是，所述开放式机身由以下至少一种构成：网状结构、轻质材料、中空结构。

根据上述技术方案，本发明的360度飞行机器人能起到以下有益技术效果：通过轻质稳定的机身结构设计，能在承受负载的同时实现轻量化。

较佳的是，所述飞行机器人还包括可调结构，所述开放式机身包括多个机身单元，所述可调结构连接于机身单元之间，以调节所述飞行机器人的总体宽度和/或长度。

根据上述技术方案，本发明的360度飞行机器人能起到以下有益技术效果：能方便地调节飞行机器人的总体宽度和/或长度，提高飞行机器人的柔性(灵活性)，以适应不同的应用。采用负载平衡系统来平衡飞行机器人的负载，使飞行机器人的飞行更加稳定。

较佳的是，所述飞行机器人还包括灵活的结构，由自由可调的机身子结构制成，以调整飞行机器人的总体姿态，并使飞行机器人能够执行无限种类的飞行操纵。

根据上述技术方案，本发明的360度飞行机器人能起到以下有益技术效果：能方便地调节飞行机器人的总体姿态，提高飞行机器人的柔性(灵活性)，以适应不同的应用。

较佳的是，所述飞行机器人还包括负载平衡系统，用于自动平衡所述飞行机器人的负载。

根据上述技术方案，本发明的360度飞行机器人能起到以下有益技术效果：通过负载平衡系统来平衡飞行机器人的负载，使得飞行机器人的飞行更加稳定。

较佳的是，所述负载平衡系统配置成将负载中心自动移动至悬停中心，以用于自动平衡所述飞行机器人的负载。

根据上述技术方案，本发明的360度飞行机器人能起到以下有益技术效果：通过一种合适的负载平衡方式，能较佳地自动平衡飞行机器人的负载，使得飞行机器人的飞行更加稳定。

更佳的是，负载平衡系统也配置为使悬停系统最小化，同时适应飞行的自动负载平衡。

根据上述技术方案，本发明的360度飞行机器人能起到以下有益技术效果：可以将螺旋桨电机的尺寸减到最小，可以减少总重量，可以扩大飞行范围。

较佳的是，所述负载平衡系统还包括配重元件，所述负载平衡系统配置成将所述配重元件自动移动至合适的位置，以用于自动平衡所述飞行机器人的负载。

根据上述技术方案，本发明的360度飞行机器人能起到以下有益技术效果：通过另一种合适的负载平衡方式(配重元件)，能较佳地自动平衡飞行机器人的负载。

较佳的是，所述负载平衡系统还包括浮力元件，所述负载平衡系统配置成将所述浮力元件自动移动至合适的位置，以用于自动平衡所述飞行机器人的负载。

根据上述技术方案，本发明的360度飞行机器人能起到以下有益技术效果：通过另一种合适的负载平衡方式(浮力元件)，能较佳地自动平衡飞行机器人的负载。

较佳的是，所述负载平衡系统配置成旋转负载，以用于自动平衡所述飞行机器人的负载。

为了实现上述内容和相关的目的，本发明可以附图中所示的形式来实现。需要注意的是，附图仅是示例性的，可以在所示出的特定设计中作出变化。

综上，已经相当宽泛地概述了本发明的重要特征，以便能够更好地理解对本发明的详细描述，并且能够更好地理解本发明对本领域的贡献。下面将描述本发明的一些附加特征，这些特征也将构成本文所附权利要求的主题。

附图说明

以下结合附图说明本发明的上述特征和其他方面，其中：

图1a是本发明实施例的包括U型开放式机身的飞行机器人的立体示意结构图，该U型开放式机身与擦窗模块和多个螺旋桨相连接。

图1b是本发明实施例的螺旋桨的示意图，其包括转子叶片、转子叶片连接器、保护器和电机。

图2是本发明实施例的包括U型开放式机身的飞行机器人的前视图、侧视图和俯视图。

图3是本发明实施例的U型开放式机身的示意图，其尚未与螺旋桨相连接。

图4是本发明实施例的包括H型开放式机身的飞行机器人的立体示意结构图，该H型开放式机身与多个螺旋桨相连接。

图5a是本发明实施例的与可调结构连接的U型开放式机身的示意图。

图5b是本发明实施例的处于伸展状态的可调结构的示意图。

图5c是本发明实施例的包括O型开放式机身的飞行机器人的示意图，该O型开放式机身与多个螺旋桨相连接。

图6a是本发明实施例的飞行机器人的柔性结构的示意图。

图6b是本发明实施例的飞行机器人的柔性结构的示意图，其中第三可调结构(机械臂)以一种方式旋转角度。

图6c是本发明实施例的飞行机器人的柔性结构的示意图，其中第三可调结构(机械臂)以另一种方式旋转角度。

图7a是本发明实施例的飞行机器人的负载平衡系统的示意图，其中负载尚未平衡。

图7b是本发明实施例的飞行机器人的负载平衡系统的示意图，其中负载已平衡。

图8a是本发明实施例的飞行机器人的负载平衡系统的示意图，其中配重元件位于右侧。

图8b是本发明实施例的飞行机器人的负载平衡系统的示意图，其中配重元件位于左侧。

图9a是本发明实施例的飞行机器人的负载平衡系统的示意图，其中借助浮力元件负载尚未平衡。

图9b是本发明实施例的飞行机器人的负载平衡系统的示意图，其中借助浮力元件负载已平衡。

图9c是本发明实施例的飞行机器人的另一负载平衡系统的示意图，其中借助旋转负载平衡。

附图标记列表

101、开放式机身

102、机械或电气接口

103、适配模块

104、转子叶片

105、转子叶片连接器

106、保护器

107、电机

108、中空结构

110、第一可调结构

111、第二可调结构

112、第三可调结构

113、旋转关节

114、配重元件

115、浮力元件

HC、悬停中心

LC、负载中心

具体实施方式

本发明的具体实施例将在下面进行描述，应该注意，在描述这些实施例的过程中，为了提供简明的描述，不可能详细描述实际实施例的所有特征。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计、制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。

图1a是本发明实施例的包括U型开放式机身的飞行机器人的立体示意结构图，该U型开放式机身与擦窗模块和多个螺旋桨相连接。飞行机器人包括具有一个开口的U型开放式机身101和连接至开放式机身101的多个螺旋桨，开放式机身101包括用于连接或断开适配模块(例如，图1a中的擦窗模块)的通用接口。

如图1a所示，开放式机身101还可布置飞行机器人所需的电气部件。这些电气部件可以包括能源模块(例如电池)、飞行控制系统(FCS)或导航模块、GPS模块、惯性测量单元(IMU)模块、通信模块和电子速度控制(ESC)模块等，适于控制用于驱动飞行机器人的转子叶片104的电动机107、电线和转子叶片连接器105等。在一些实施例中，一些电气部件可位于集成电气单元(例如电路板或模块)上。飞行机器人可以使用飞行控制系统进行远程控制，也可以借助陀螺仪、GPS和其他设备辅助，自主控制飞行机器人飞行，以形成更精确的轨迹。

开放式机身101具有通用接口，允许适配模块103连接或断开以适合任务，而适配模块103可用于窗户清洁、表面处理、维护、喷漆、消防和其他限定的应用。适配模块103与机械或电气接口102连接，该机械或电气接口102可安装在开放式机身101中以在执行任务时实现整个系统的稳定性。机械或电气接口102例如用螺栓安装在开放式机身101中，以确保负载的安全，防止其与飞行机器人分离。适配模块103配备有PLC/微处理器和电缆，该电缆连接到飞行控制系统。图1a中示出的适配模块103是擦窗适配模块，其带有连接到飞行控制系统的电缆。飞行控制系统可配置成基于从视觉传感器、IMU、GPS接收器或其他传感器获得的数据来估计飞行机器人的当前速度、方向和/或位置，执行路径规划，向执行器提供控制信号以实现导航控制等。

在这种情况下，飞行控制系统可以配置成发出控制信号，从而基于远程接收的控制信号调节飞行机器人和所连接的适配模块的状态。飞行控制系统引导飞行机器人飞到预定目的地，当飞行机器人到达目的地时，它将数据馈送给要执行任务的适配模块103的PLC/微处理器，并且在任务完成后，PLC/微处理器将反馈发送到飞行控制系统。如图1a所示，通过附加机械或电气接口102滑动到开放式机身101上，适配模块103可以连接至开放式机身101，反之适配模块103可以从开放式机身101断开。基本上，开放式机身101可以扩展或缩短以匹配相应型号102/103的大小。

开放式机身101可以通过沿各个方向折叠、延伸或倾斜而容易地得到调整。开放式机身和螺旋桨的旋转可根据需要是灵活的或固定的。开放式机身结构的灵活性是飞行机器人在自动化过程中集成的一大优势。

图1b是本发明实施例的螺旋桨的示意图，其包括转子叶片104、转子叶片连接器105、保护器106和电机107。螺旋桨通过杆连接到开放式机身101，该杆允许螺旋桨在操作期间折叠和/或展开。螺旋桨可以将飞行机器人的运动改变为自由三维运动。电机107以轴的旋转形式产生力以提供转子叶片104的旋转。

图2是从不同角度观察图1a中的飞行机器人的视图，操作时随负载一起运行。在电机107的驱动过程中，螺旋桨可以灵活地成组旋转，以保持负载平衡。螺旋桨/桨叶可以在各个方向进行调整，以适应各种操作。螺旋桨104不一定在同一个平面中，可以根据不同的用途自动改变其布置平面。

目前，现有的飞行机器人只能垂直飞行或水平飞行任务，因此在复杂结构的物体上执行任务是困难的。本发明提供了一种360度飞行机器人，该飞行机器人配备有调谐系统，该调谐系统可以在物体的所有角度(如非直线建筑物、系统维护等)容易地到达和操作。整个系统采用可编程控制器/微处理器系统和传感器控制。

图3是本发明实施例的U型开放式机身101的示意图，其尚未与螺旋桨相连接。开放式机身101可以由以下至少一种构成：网状结构、轻质材料、中空结构。例如，在图3的截面图A-A中可以看到一个基本矩形的中空结构108。当然，本领域技术人员在本申请公开内容的基础上可以理解，也可采用网状结构。网状结构因其高比强度而受到重视，它提供了一种最小密度和相对高压缩和剪切性能的材料结构。此外，开放式机身101可以由碳纤维材料、氦泡沫等轻质稳定材料制成，以增强飞行机器人的强度且减轻其重量。图1b所示的螺旋桨可以连接在开放式机身101周围，得到图1a所示的完整成品。具体地说，开放式机身101位于中心，而螺旋桨可以对称方式均布在其周围。

图4是本发明实施例的包括H型开放式机身的飞行机器人的立体示意结构图，该H型开放式机身与多个螺旋桨相连接。螺旋桨连接到开放式机身101的两端。开放式机身101还可布置飞行机器人所需的电气部件。如前所述，这些电气部件包括能源模块(例如电池)、飞行控制系统、导航模块、GPS模块、惯性测量单元模块、通信模块和电子速度控制模块等。在这种情况下，飞行机器人的通用接口允许飞行机器人根据其特定任务或应用程序的需要进行负载。

图5a是本发明实施例的与第一可调结构110和第二可调结构111连接的U型开放式机身的示意图。飞行机器人可以快速转换为不同的配置和大小，以获得最适合特定的应用和模块。开放式机身包括多个机身单元，第一可调结构110和第二可调结构111连接于机身单元之间，以调节飞行机器人的总体宽度和/或长度。可调结构110、111允许飞行机器人进行必要的尺寸变换，以适应不同尺寸的适配模块和负载。现有的飞行机器人在处理各种尺寸的物体时存在局限性。

本发明的开放式机身101，借助于如图5a或图5b所示的可调结构110、111，提供了多种尺寸范围的适配模块，以适应所针对的应用。第一可调结构110直接连接至开放式机身101且横跨固定至开放式机身101，可实现侧向运动，从而调节飞行机器人的总体宽度；第二可调结构111位于开放式机身101的侧部，可调节飞行机器人的总体长度，因此可伸展飞行机器人的机身。在操作过程中，可调结构110、111的距离可以手动或自动调整，以适应适配模块或负载的尺寸。

图5c是本发明实施例的包括O型开放式机身的飞行机器人的示意图，该O型开放式机身与多个螺旋桨相连接。该飞行机器人可通过O型开放式机身的开口提升荷载。在操作期间，该O型开放式机身结构可以单独操作，也可以成对操作。当然，本领域技术人员在本申请公开内容的基础上可以理解，也可采用其他开放式机身的形式(例如，B型、D型等)，而不脱离本申请权利要求的保护范围。

图6a是本发明实施例的飞行机器人的柔性结构的示意图。图6b是本发明实施例的飞行机器人的柔性结构的示意图，其中第三可调结构(机械臂)以一种方式旋转角度。图6c是本发明实施例的飞行机器人的柔性结构的示意图，其中第三可调结构(机械臂)以另一种方式旋转角度。第三可调结构112(机械臂)与旋转关节113连接，使飞行机器人具有柔性，可以根据应用目的进行不同角度的操纵。也就是说，第三可调结构112(机械臂)可以借助于旋转关节113连接于机身单元之间，以调节飞行机器人的总体姿态。

飞行机器人还可配备负载平衡系统，实现高效作业。负载平衡主要用以下几种情况进行了说明。

第一种情况如图7a和图7b所示，负载平衡系统配置成将负载中心LC自动移动至悬停中心HC，以用于自动平衡飞行机器人的负载。为了平衡飞行机器人的负载，负载中心LC与悬停中心HC共享相同的中心，其位于四个螺旋桨的中心，以保持飞行机器人水平。在这种情况下，发动机(螺旋桨电机)可以具有完全相同的尺寸。

第二种情况如图8a和图8b所示，在负载中心LC和悬停中心HC附近引入配重元件114。配重元件114可以向左或向右移动以平衡负载。如图8a所示，为了保证飞行机器人水平，当配重元件114移动到右侧时，左侧的发动机尺寸应该比右侧的发动机尺寸大；如图8b所示，为了保证飞行机器人水平，当配重元件114移动到左侧时，右侧的发动机尺寸应该比左侧的发动机尺寸大。

第三种情况如图9a和图9b所示，通过引入浮力元件115来平衡飞行机器人的负载。浮力元件115有一个向上的力或推力施加到相对的负载。例如，氦气球可以用作浮力元件115，来支持负载。浮力元件115也用于补偿负载重量，因为它可以高于或低于负载重量。在这种情况下，发动机可以具有相同的尺寸。然而，在这三种情况下，悬停中心HC必须保持恒定。

图9c是本发明实施例的飞行机器人的另一负载平衡系统的示意图，其中借助旋转负载平衡。在这种情况下，负载的旋转可以辅助飞行机器人的旋转机制。

本文所描述和说明的是本发明的优选实施例及其一些变型。此处使用的术语、说明和数字仅以示例的方式阐述，并不意味着限制。本领域技术人员将认识到，在本发明的精神和范围内可能存在许多变化，其将由以下权利要求(及其等同物)限定，其中，除非另有说明，所有术语都是在其最广义的合理意义上的。本说明书中使用的任何标题仅供参考，不具有法律或限制效力。