本發(fā)明涉及一種諸如無人機之類的機動化飛行裝置、尤其是四軸飛行器類型的旋轉(zhuǎn)機翼無人機。

背景技術(shù)：

此類無人機的典型示例是法國巴黎的鸚鵡公司(parrotsa,paris,france)的ar.drone、bebopdrone或bebop2，該無人機是裝備有一系列傳感器(加速度計、三軸陀螺儀、高度計)的四軸飛行器，并且可以包括至少一個前部攝像機，用以捕獲無人機所指向場景的圖像。

這些無人機設(shè)有若干旋翼，這些旋翼由適合于以有差別的方式受控的相應(yīng)電動機驅(qū)動，從而以一定姿態(tài)和速度來駕駛該無人機。

這些四軸飛行器裝備有四個推進單元，每個推進單元均設(shè)有螺旋槳。這些推進單元定位在鏈接臂的遠(yuǎn)端處，這些鏈接臂將推進單元連接于無人機機體。此外，這些無人機包括多個無人機支承件或支腳，這些無人機支承件或支腳用于尤其是在無人機處于地面上時支承該無人機。

wo2010/061099a2、ep2364757a1以及ep2450862a1(鸚鵡公司)描述通過集成有加速度計的觸摸屏式多媒體電話或平板電腦、例如iphone類型的智能電話或ipad類型的平板電腦(注冊商標(biāo))來駕駛無人機的原理。

無人機的結(jié)構(gòu)和重量是無人機的飛行性能的兩個重要方面，尤其是在駕駛的自主性、響應(yīng)性以及敏捷性方面。

無人機重量的主要來源部件是無人機的電池組。

眾所周知的是，在無人機結(jié)構(gòu)中提供殼體，以供電池組插入到該無人機結(jié)構(gòu)中。電池組的插入通常是一種精細(xì)的任務(wù)，因為殼體是狹窄的并且用戶須在插入電池組之前執(zhí)行電池組連接器與無人機的電連接器的電連接。

所有這些操作均是乏味的并且對于用戶而言并不十分實用。此外，插入到殼體中的電池組可移動并且由此影響無人機的飛行。

因此，電池組關(guān)于其形狀及其在無人機中整合性的優(yōu)化發(fā)揮了相當(dāng)大的作用。

de2013206478a1描述了一種無人機，該無人機具有中心機體，該中心機體具有相對龐大且緊湊的形狀，四個管狀臂從該機體的中心點以交叉的形狀從該中心機體延伸出，每個臂在其遠(yuǎn)端處承載電機-螺旋槳推進單元。該無人機機體在頂部裝有電池組，該電池組裝配到設(shè)置在無人機機體的上蓋中的具有類似形狀的凹部中。

ep2937123a1(鸚鵡公司)描述了一種上述bebop類型的無人機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在無人機機體的后上部區(qū)域中示出設(shè)置在該無人機機體上的可移除電池。電池借助諸如鉤環(huán)帶之類的條帶緊固于無人機機體，該條帶通過設(shè)置成接納該條帶的有眼螺栓，從而形成存在于無人機機體內(nèi)部的內(nèi)部剛質(zhì)金屬元件的側(cè)向延伸部、在此是鎂板。

本發(fā)明涉及如下情形的無人機，其中，無人機機體的支承電池組的部分(下文稱為“平臺”)是相對可變形的，這是由于臂的特別有利于在平臺中形成扭轉(zhuǎn)/彎曲應(yīng)力的構(gòu)造(不同于de2013206478a1，其中，四個臂從機體的中心以交叉形狀延伸出，該機體此外是龐大的并且由此是極為剛質(zhì)的)，或者由于缺少任何內(nèi)部加強元件(不同于ep2937123a1，其中鎂板尤其是確保此種加強功能)。

在此種情形中，平臺的變形可影響四個臂的相對幾何形狀，由此具有足以可測量地干擾無人機在飛行中的空氣動力學(xué)性能的影響。這樣，這些變形極為快速地易于在飛行階段期間、尤其是在姿態(tài)的突變期間產(chǎn)生明顯的駕駛和俯仰穩(wěn)定困難，而姿態(tài)突變會突然地產(chǎn)生顯著的應(yīng)力差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種無人機，該無人機可消除與空氣動力學(xué)性能相關(guān)的這些缺點(駕駛困難、俯仰穩(wěn)定困難等等)，或者至少將它們減小至不可測量的和/或并不干擾無人機飛行控制的水平。

為此，本發(fā)明提出一種旋轉(zhuǎn)機翼無人機，例如尤其是在上述de2013206478a1中披露的那樣，該旋轉(zhuǎn)機翼無人機包括：

無人機機體，該無人機機體具有機身機構(gòu)，該框架結(jié)構(gòu)包括前部結(jié)構(gòu)和從該前部結(jié)構(gòu)向后延伸的平臺；

前部鏈接臂和后部鏈接臂，該前部鏈接臂固定于前部結(jié)構(gòu)，而該后部鏈接臂固定于該平臺，前部鏈接臂和后部鏈接臂的每個均在其遠(yuǎn)端處包括推進單元；以及

電池組，該電池組適合于安裝在框架結(jié)構(gòu)的平臺上并且包括固定裝置，該固定裝置用于將電池緊固于平臺。

本發(fā)明的特征在于，該平臺是可變形的并且易于在無人機飛行時附帶地致使后部鏈接臂變形：

電池組是剛質(zhì)的并且包括固定裝置以及引導(dǎo)輪廓；

該平臺包括至少一個引導(dǎo)軌，該至少一個引導(dǎo)軌設(shè)置在平臺的表面上并且適合于接納電池組，且適合于與該電池組的引導(dǎo)輪廓協(xié)配，

該引導(dǎo)軌具有梯形的截面并且存在于平臺的至少一個部分上，并且引導(dǎo)輪廓具有互補的形狀，以使得引導(dǎo)軌允許機械地校正或回復(fù)框架結(jié)構(gòu)在無人機飛行時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用力；以及

該平臺進一步包括至少一個互補的固定裝置，該固定裝置適合于與電池組的固定裝置協(xié)配，且該固定裝置和互補的固定裝置適合于允許鎖定該電池組的平移。

由于此種設(shè)置，電池組緊固于框架結(jié)構(gòu)的剛度通過避免在無人機飛行時平臺的變形以及后部鏈接臂的附帶變形、而在結(jié)構(gòu)上強化該無人機機體并且加強該機體。

根據(jù)各個從屬權(quán)利要求的特征：

兩個前部鏈接臂與無人機機體的固定點以及兩個后部鏈接臂與無人機機體的固定點相對于該無人機機體的水平中間平面位于不同的相應(yīng)高度處，且電池組在一方面前部鏈接臂的定位成相對較高的固定點和另一方面后部鏈接臂的定位成相對較低的固定點之間產(chǎn)生結(jié)構(gòu)延遲；

電池組的固定裝置包括至少一個鉤部，且平臺的互補固定裝置包括平臺上的至少一個浮凸元件，并且適合于與所述至少一個鉤部協(xié)配；

無人機機體的前部結(jié)構(gòu)包括突出元件，電池組包括凹部，該凹部所具有的形狀與前部結(jié)構(gòu)的突出元件的形狀互補，且該凹部包括固定裝置，該固定裝置與定位在無人機機體上的突出元件上的互補固定裝置協(xié)配；

電池組包括：第一部分，該第一部分所具有的長度和寬度與無人機機體的平臺的長度和寬度基本上相同；以及第二部分，該第二部分延伸超出該無人機機體的平臺，且該第二部分比第一部分厚并且至少部分地相對于無人機機體的自由端部延伸出，并且包括連接裝置(56)，該連接裝置適合于與位于平臺的自由端部上的互補連接裝置協(xié)配；

電池組包括按鈕，該按鈕可釋放電池組的固定，并且由此允許該電池組平移而從無人機機體分開；

引導(dǎo)軌基本上定位在平臺的中心部分中；和/或

該引導(dǎo)軌在平臺長度的至少一部分之上形成，且將該平臺長度限定為無人機的在主要飛行方向上的長度。

附圖說明

現(xiàn)將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施例。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的無人機的總體視圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的不具有電池組的無人機的視圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的無人機機體中適合于接納電池組的平臺的詳細(xì)視圖。

圖4說明根據(jù)本發(fā)明的電池組。

圖5示出在電池組與根據(jù)本發(fā)明的無人機機體的平臺協(xié)配處、無人機在該無人機的橫向方向上的垂直剖面。

圖6示出無人機的縱向垂直剖面，以說明電池組與根據(jù)本發(fā)明的無人機機體的協(xié)配。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的電池組的一實施例的電池組的俯視圖。

具體實施方式

現(xiàn)將描述本發(fā)明的示例性實施例。

在圖1中，附圖標(biāo)記10總地指代無人機。根據(jù)圖1中說明的示例，該無人機是四軸飛行器類型的無人機。

該四軸飛行器式無人機10包括無人機機體22以及兩個前部鏈接臂24、26和兩個后部鏈接臂28、30，兩個前部鏈接臂的兩個后部鏈接臂從無人機機體22延伸出并且在其遠(yuǎn)端處包括推進單元32，螺旋槳12組裝至該推進單元，且前部位置和后部位置相對于無人機的主要飛行方向所限定。該推進單元包括電動機和螺旋槳12，該螺旋槳組裝至電動機。

通過集成式導(dǎo)航和姿態(tài)控制系統(tǒng)彼此獨立地駕駛這些推進單元。

無人機10還包括前視攝像機(未示出)，該前視攝像機可獲得該無人機所指向場景的圖像。該無人機還包括向下指向的俯視攝像機(未示出)，該俯視攝像機適合于捕獲所飛越地形的連續(xù)圖像并且具體地用于評估該無人機相對于地面的速度。

四軸飛行器式無人機10具有特定的框架結(jié)構(gòu)，尤其是相對于該無人機的主要飛行移位、在該無人機的后部處使用所謂的“v尾”形狀。換言之，將框架改型成使得兩個后部鏈接臂28、30彼此之間形成v部。

因此，兩個前部鏈接臂24、26與無人機機體的固定點以及兩個后部鏈接臂28、30與該無人機機體的固定點相對于無人機機體22的水平中間平面位于不同的相應(yīng)高度處。

此外，該無人機的兩個前部鏈接臂24、26相對于無人機機體的水平中間平面形成第一傾斜角度，而兩個后部鏈接臂28、30相對于該無人機機體的水平中間平面形成第二傾斜角度，該第二傾斜角度不同于第一角度。

根據(jù)示例性實施例，該無人機的兩個前部鏈接臂24、26相對于該無人機機體的水平中間平面形成0至10°的角度，而兩個后部鏈接臂28、30形成包括在15°和45°之間的角度。根據(jù)特定的實施例，與兩個后部鏈接臂相關(guān)的角度是大約30°。

分別組裝至前部臂26和后部臂30的推進單元32的螺旋槳12定位在同一平面中、尤其是同一轉(zhuǎn)動平面中。而且分別組裝至前部臂24和后部臂28的推進單元32的螺旋槳12定位在同一平面中、尤其是同一轉(zhuǎn)動平面中。換言之，在無人機的同一側(cè)上組裝至推進單元32的螺旋槳定位在同一平面中、尤其是同一轉(zhuǎn)動平面中。無人機的側(cè)部相對于該無人機的主要飛行方向限定。

根據(jù)替代的實施例，組裝至該無人機的推進單元的所有螺旋槳均定位在同一平面中、尤其是同一轉(zhuǎn)動平面中。

這些螺旋槳適合于從推進單元32拆除，以便儲存或在螺旋槳12受損的情形下更換。

根據(jù)特定的實施例，組裝至無人機的前部鏈接臂24、26的推進單元32的螺旋槳在直徑上是279毫米，而組裝至該無人機的后部鏈接臂28、30的推進單元的螺旋槳12在直徑上是229毫米。

該無人機還包括電池組34，該電池組組裝至無人機機體22。

此外，該無人機具有無人機支承件50，以允許該無人機在地面上采取穩(wěn)定的位置。

根據(jù)示例性實施例，該無人機設(shè)有慣性傳感器(加速度計和陀螺儀)，這些慣性傳感器可在一定精度下測量該無人機的角速度和姿態(tài)角度，即描述無人機相對于固定地面參考系統(tǒng)的水平面的傾斜度的歐拉角(俯仰角滾轉(zhuǎn)角θ和偏航角ψ)，應(yīng)理解的是，水平速度的兩個縱向和橫向分量與根據(jù)兩個相應(yīng)俯仰軸線和滾轉(zhuǎn)軸線的傾斜度緊密相關(guān)。

設(shè)置在無人機下方的超聲波測距儀還提供相對于地面的高度的測量。

圖2說明在不具有電池組情形下的圖1所示無人機。該無人機機體包括平臺36，電池組34組裝至該平臺。

無人機機體的平臺36在平臺表面上包括適合于接納電池組的至少一個引導(dǎo)軌38，該至少一個引導(dǎo)軌適合于與存在于電池組上的互補引導(dǎo)輪廓協(xié)配。

無人機的后部鏈接臂固定于平臺36的適合于接納電池組的任一側(cè)上。

根據(jù)特定的實施例，該平臺包括電連接裝置40，該電連接裝置定位在平臺的自由端部上。

在平臺的相對端部處，該無人機機體包括無人機的前部結(jié)構(gòu)42。該無人機的前部鏈接臂固定于該無人機的前部結(jié)構(gòu)。

該無人機的前部結(jié)構(gòu)42具體地包括用于控制無人機的裝置、用于使得無人機與駕駛裝置通信的裝置以及至少一個前部攝像機(未示出)。

如圖所示，該無人機機體的平臺36具有相對較低的厚度，這無法允許確保避免當(dāng)無人機飛行時平臺變形所需的剛度，而上述變形具體地會傳遞至后部鏈接臂28。

在此種連接中，須將平臺的“可變形”特征理解成，在飛行期間，在缺少任何附加的加強裝置(參見下文)的情形下：i)該平臺會經(jīng)受由于推進單元所產(chǎn)生的以及由鏈接臂所傳遞的作用力而產(chǎn)生的應(yīng)力，ii)這些應(yīng)力然后會產(chǎn)生平臺的扭轉(zhuǎn)和/或彎曲變形，從而影響四個臂的相對幾何形狀、尤其是后部臂相對于前部臂的相對幾何形狀，由此產(chǎn)生iii)足夠的影響來可測得地干擾無人機在飛行中的空氣動力學(xué)性能。

這樣，對于無人機機體的某些特定幾何形狀而言，該無人機機體的變形易于極其快速地在飛行階段期間、尤其是在姿態(tài)突變期間產(chǎn)生明顯的駕駛困難和俯仰穩(wěn)定困難，而姿態(tài)突變會突然地產(chǎn)生顯著的應(yīng)力差。

會注意到的是，平臺所經(jīng)受的應(yīng)力由于杠桿作用而增大，即所施加的扭轉(zhuǎn)扭矩越大，臂長度越長，并且連接于平臺的后端的上前臂和下后臂的高度偏差越大。還會注意到的是，例如在附圖中說明的示例中那樣，平臺的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形由于該平臺的細(xì)長形狀而增大。

為了解決此種問題，根據(jù)本發(fā)明，電池組34是剛質(zhì)包，該剛質(zhì)包包括至少一個引導(dǎo)輪廓和一個固定裝置，從而可將電池組組裝至無人機機體、尤其是組裝至該無人機機體的平臺36，并且將電池組緊固于該無人機機體。

須將電池組的“剛質(zhì)”特征理解成這樣一種相對剛性：即在與平臺經(jīng)受相同的作用力的情形下，電池組的適當(dāng)彎曲/扭轉(zhuǎn)變形小于該平臺的變形，或者甚至幾乎為零。實際上，當(dāng)電池組和平臺緊固在一起以形成單件式單元時，電池組的剛性在結(jié)構(gòu)上加強無人機機體并且加強該機體，由此避免無人機機體的平臺發(fā)生變形。然后，可避免與空氣動力學(xué)性能相關(guān)的上文披露的缺點(駕駛困難、俯仰穩(wěn)定困難等等)，或者至少減小至不可測得的和/或不會干擾無人機飛行控制的水平。

該無人機機體還包括至少一個固定裝置，該至少一個固定裝置與電池組的固定裝置互補。

如圖3中所示，無人機機體的平臺36的引導(dǎo)軌38具有梯形截面。引導(dǎo)軌存在于該平臺的至少一個部分上。引導(dǎo)軌可沿著平臺的長度或者寬度存在。

如圖2和圖3中所示，引導(dǎo)軌38在平臺36的整個長度之上形成，且將該平臺長度限定為無人機的在主要飛行方向上的長度。

根據(jù)另一實施例，引導(dǎo)軌38存在于平臺36的長度的至少一部分上。

根據(jù)特定的實施例，引導(dǎo)軌38基本上定位在平臺的中心部分中。然而，作為替代，引導(dǎo)軌可基本上偏移地定位在其中一個平臺側(cè)部上。

無人機機體的平臺的引導(dǎo)軌38允許在安裝電池組時、該電池組的定位且尤其是自動對中。

引導(dǎo)軌還允許機械地校正(恢復(fù))主結(jié)構(gòu)尤其是在推進單元操作時產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用力。

根據(jù)特定的實施例，無人機機體的平臺36進一步包括一個或若干個固定裝置44。一個或若干固定裝置例如是一個或若干個浮凸元件44，這些浮凸元件適合于與電池組34的固定裝置協(xié)配。

作為替代或者作為補充，該無人機機體尤其是在無人機機體的前部結(jié)構(gòu)上包括固定裝置，該固定裝置與電池上的固定裝置互補，以加強電池組與無人機機體的緊固。

如圖2中所示，存在于該無人機機體的前部結(jié)構(gòu)上的此種固定裝置例如存在于該無人機機體的突出元件46上、存在于該無人機機體的前部結(jié)構(gòu)的上部分上。

圖4說明根據(jù)本發(fā)明的電池組34。電池組34包括引導(dǎo)輪廓48，該引導(dǎo)輪廓所具有的形狀與無人機機體的平臺的引導(dǎo)軌38的形狀互補。

圖5說明平臺的引導(dǎo)軌38與電池組的引導(dǎo)輪廓48的形狀互補性。

引導(dǎo)輪廓48存在于電池組的必須與無人機機體的平臺協(xié)配的至少一部分上。引導(dǎo)輪廓48可沿著電池組的長度或?qū)挾榷嬖凇?/p>

根據(jù)特定的實施例，該電池組包括一個或若干個固定裝置、例如至少一個鉤部50，且位于無人機機體的平臺36上的互補固定裝置在該無人機機體的平臺上包括至少一個浮凸部44，該至少一個浮凸部適合于與鉤部協(xié)配。

具體地說，根據(jù)圖4中說明的示例，電池組包括四個互補的固定裝置、尤其是四個鉤部，這些鉤部適合于與無人機機體的平臺的浮凸元件協(xié)配。

機械固定裝置允許電池的良好機械強度以及電池組與無人機機體的結(jié)構(gòu)的良好緊固。

圖6具體地說明電池組34的固定裝置、尤其是鉤部50與存在于該無人機機體的平臺上的互補固定裝置、尤其是浮凸元件44的協(xié)配。

如圖4中所示，該電池組包括第一部分52和第二部分54，該第一部分所具有的長度和寬度基本上與無人機機體的平臺36的長度和寬度相同，而第二部分延伸超出該無人機機體的平臺。第二部分54比第一部分52厚，并且至少部分地相對于該無人機機體的自由端部延伸。第二部分54包括連接裝置56，該連接裝置與定位在平臺的自由端部處的互補連接裝置40協(xié)配。

圖6示出了電池組56的連接裝置與定位在平臺的自由端部處的互補連接裝置40的協(xié)配。

圖7說明從上方觀察到的根據(jù)本發(fā)明的電池組的示例。

根據(jù)該實施例，該電池組包括固定裝置，該固定裝置適合于與尤其是存在于無人機機體的前部結(jié)構(gòu)42上的互補固定裝置。這些固定裝置允許鎖定電池組的平移。

如圖7中所示，電池組包括凹部58，該凹部所具有的形狀與無人機機體上的突出元件46的形狀互補，且該電池組的凹部58包括固定裝置60，該固定裝置與定位在無人機機體上的突出元件46上的互補固定裝置協(xié)配。

根據(jù)特定的實施例，電池組包括按鈕62，該按鈕可釋放電池組的固定，并且由此允許該電池組平移而從無人機機體分開。

如圖1中所示，電池組與無人機機體的組裝允許無人機的結(jié)構(gòu)加強以及無人機的良好剛度。該電池組尤其是定位在無人機的后部上，以在前部鏈接臂的相對較高定位的固定點和后部鏈接臂的相對較低定位的固定點之間產(chǎn)生結(jié)構(gòu)中繼部。

最后，可觀察到的是，電池組34部分地構(gòu)成無人機10的外部包絡(luò)部。實際上，該電池組例如在若干側(cè)部上形成無人機的外部結(jié)構(gòu)。