一種感應式飛行器的制作方法

專利名稱：一種感應式飛行器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于飛行玩具，具體涉及一種感應式飛行器，通過人體或 者其他障礙物的非接觸感應實現飛行。
背景技術：
隨著航空技術的發展，航模從最古老的"竹蜻蜓"發展到現在各類遙 控或電動飛機模型，由遙控器作為控制中心發出指令的無線自由飛行飛機
已經成為主流。2004年申請、專利號ZL03230187.1、名稱為"電動遙控 模型飛機"的實用新型公開一種電動遙控模型飛機，包括機身、主翼、機 身纖維管、尾翼、前輪、后輪及動力裝置和遙控裝置，主翼固定在機身上， 機身纖維管與機身固定，尾翼固定在機身纖維管的尾部，尾翼由左、右安 定面及左、右舵面組成，左舵面與左安定面之間及右舵面與右安定面之間、 上下表面粘接成薄片軟連接，尾翼成V字形結構，這種模型飛機可通過接 受機接受信號并操縱飛機實現爬升、下降、轉向以及調整飛行速度等功能， 控制和操作方便，飛行性能良好，連接牢固，防撞和防風性能好等優點。
市場上的遙控飛機各有千秋，但基本的組成很少脫離兩個模塊——飛 機模型本身和一個用來控制飛機動作的遙控器，遙控器利用無線通信，調 制和發射信號，飛機模型作為信號接收解調站和執行裝置；但這類遙控器 裝置相對復雜，體積較大，不便于攜帶。
發明內容
本實用新型提供一種感應式飛行器，目的在于簡化結構，更便于攜帶 和操作，通過人體或者其他障礙物與玩具的非接觸感應實現玩具的飛行。本實用新型的一種感應式飛行器，包括盒體、上旋翼、下旋翼以及盒 體內的第一電機、第二電機和電池，上旋翼安裝于內轉軸頂端，下旋翼安 裝于外轉軸中部，內、外轉軸同軸，內轉軸位于外轉軸內，內、外轉軸伸 入盒體內部，分別通過齒輪傳動機構與第一電機和第二電機傳動連接，第 一電機和第二電機轉向相反，其特征在于
所述盒體外形為旋轉體，所述內、外轉軸中心線與盒體中軸線重合；
所述盒體內裝設超聲波測距電路和電機驅動調速電路，超聲波測距電 路由超聲波發射頭、超聲波接收頭、信號調制放大電路和單片機電信號連 接組成，單片機控制信號經過信號調制放大電路放大，驅動超聲波發射頭 發射超聲波信號，超聲波接收頭接受到反射回的超聲波時，通過信號調制 放大電路處理，送給單片機；單片機對超聲波自發射至接收往返時間計時， 產生控制信號送給電機驅動調速電路；
所述電機驅動調速電路包括信號放大電路和附加信號放大電路，信號 放大電路所放大的電壓達到第一、第二電機額定功率的1/2 2/3，附加 信號放大電路所放大的電壓達到第一、第二電機額定功率；
電池為超聲波測距電路和電機驅動調速電路提供電源，并通過電機驅 動調速電路為第一 電機和第二電機提供電源。
所述的感應式飛行器，其特征在于-
所述單片機向電機驅動調速電路持續發送驅動控制信號，經電機驅動 調速電路中的信號放大電路放大，維持第一、第二電機低功率旋轉；單片 機同時控制超聲波發射頭每1.17ms 2.93ms發送一個超聲波，并檢測在 此時間段內超聲波接收頭是否接收到超聲波，是則產生并維持0.5s ls的 高電平輸出脈沖，向電機驅動調速電路發送附加控制信號，經電機驅動調 速電路中的附加信號放大電路放大之后，驅動第一 電機和第二電機加速旋 轉；否則不產生高電平輸出脈沖。設定飛行器離障礙物的最小距離為200mm 500mm，設超聲波發射頭發 出的超聲波頻率為40Hz,下以空氣中的聲速為例來闡述這個運動過程。 空氣中聲音速度近似為340m/s，那么超聲波接收頭接收到超聲波的最短時 間為t=2X (200500) /340=1.17ms 2.93ms，利用單片機控制超聲波發 射頭每1.17ms 2.93ms發送一個超聲波，如果在下一個超聲波發出之前
沒有檢測到反射回的超聲波，則單片機不給電機驅動調速電路新的驅動控 制信號，而維持之前的低速運轉(速度能夠保證飛行器的緩慢下落)。如果
在下一個超聲波發出之前檢測到了反射回的超聲波，則產生并維持一段時 間T(TW.5 ls)的高電平脈沖，給電機驅動調速電路新的驅動控制信號， 電機驅動調速電路放大之后，驅動第一電機和第二電機，使之加速，帶動 飛行器上升。此過程中超聲波一直以每1.17ms 2.93ms發送一個的速率 進行發送。
正常工作時，本實用新型飛行器的運動狀態有兩種(1).在外界沒有 障礙物或者障礙物不在預先設定范圍的情況下。單片機控制電機驅動調速 電路維持兩個電機的低功率轉動，保證飛行器的緩慢下降或者停留在空中 的飛行。(2).在障礙物在限定范圍內的情況下。比如將手掌(或類似障 礙物)非接觸地置于盒體底部通孔下方且距離在設定的感應距離之內時， 往控制電路中單片機輸出相應高電平電信號，經過轉換電路輸入到電機驅 動調速電路，成為驅動電機加速的動力，從而帶動旋翼加速旋轉，給飛行 器提供升力。而當飛行器上升的足夠高以至距障礙物的距離大于設定范圍 時，單片機不再輸出高電平信號，電機失去驅動力，原飛行器在其重力和 電機的低功率旋轉的合力下帶動螺旋槳，緩慢下落。當碰到類似手掌的障 礙物時，又會上升。如此循環往復。
本實用新型只具有一個主體模塊——即飛行器本身，結構簡單，更便 于攜帶，操作更簡單，可以完全由人的手掌、身體的其他部分，或其他物體，在完全不接觸的情況下，控制其升降，并能在飛行過程中持續保持不 與地面接觸，適用于廣大航模愛好者。


圖1為本實用新型的主視圖2為本實用新型的俯視圖3為本實用新型的上半部分剖面局部放大圖4為本實用新型的盒體內部局部放大圖5為單片機控制信號流程圖。
具體實施方式
如圖1 、圖3、圖4所示，本實用新型包括盒體3、上旋翼1、下旋翼 2以及盒體內的第一電機13、第二電機14和電池22，上旋翼l安裝于內轉 軸7頂端，下旋翼2安裝于外轉軸6中部，內、外轉軸同軸，內轉軸7位 于外轉軸6內，內、外轉軸伸入盒體3內部，分別通過齒輪傳動機構與第 一電機13和第二電機14傳動連接，第一電機13和第二電機14轉向相反；
盒體3內裝設超聲波測距電路18和電機驅動調速電路10，超聲波測 距電路18由超聲波發射頭19、超聲波接收頭20、信號調制放大電路和單 片機21電信號連接組成；
位于電池盒4中的電池22為超聲波測距電路18和電機驅動調速電路 10提供電源，并通過電機驅動調速電路10為第一電機13和第二電機14 提供電源。
一如圖2所示，上旋翼、下旋翼完全相同，均包含外圈8和與外圈成一 體的四片螺旋槳9，由于兩機翼轉向相反，故可以維持飛行器盒體本身的懸 空靜止。如圖3所示，上旋翼1裝在內轉軸7上、下旋翼2裝在外轉軸6上，外轉軸6，內轉軸7均為空心，內轉軸7可以伸入外轉軸6，裝配時保證兩個轉軸共回轉中心線。
如圖4所示，第一電機13、第二電機14通過支架17固定于盒體3內，分別與電機驅動和調速電路IO連接；第一電機13通過與其電機軸連接的第一小齒輪15,與第一大齒輪12嚙合，第一大齒輪12與內轉軸7連接，驅動內轉軸7旋轉，驅動遠離盒體的上旋翼l。第二電機14通過連接于其電機軸上的第二小齒輪16與第二大齒輪11嚙合，第二大齒輪11與外轉軸6連接，驅動外轉軸6旋轉，驅動靠近盒體的下旋翼2。
超聲波發射頭19、超聲波接收頭20、信號調制放大電路和單片機21電信號連接組成超聲波測距電路，單片機21控制信號經過信號調制放大電路放大，驅動超聲波發射頭19發射超聲波信號，超聲波接收頭20接受到反射回的超聲波時，通過信號調制放大電路處理，送給單片機21;單片機21對超聲波自發射至接收往返時間計時，產生控制信號送給電機驅動調速電路10;
其中單片機可選用8751,且片內有4K的R0M，便于編程。信號調制放大電路將單片機而輸出的高電平信號進行處理，并作為驅動馬達電機加速旋轉的動力輸出。
當各電路經電池22供電正常時，將手掌(或類似障礙物)非接觸地置于盒體3底部通孔下方且距離在設定的感應距離之內時，超聲波測距電路18將接收到的超聲波轉換成相應電信號，經過電機驅動和調速電路10成為驅動電機的原動力，從而帶動旋翼旋轉，給飛行器提供升力。而當飛行器上升的足夠高以至距障礙物的距離大于設定范圍時，超聲波測距電路18不再產生感應信號，電機失去附加驅動力，飛行器在其重力作用和單片機控制的電機的低功率運轉下帶動螺旋槳，自然下落；當碰到類似手掌的障礙物時，又會上升。如此循環往復。如圖5所示，設定飛行器離障礙物的最小距離為300mm，設超聲波傳感器發出的超聲波頻率為40Hz，空氣中聲音速度近似為340m/s，傳感器能夠感應到的最短時間為t=2X300/340=l. 76ms;
單片機向電機驅動調速電路持續發送驅動控制信號，經電機驅動調速電路中的信號放大電路放大，維持第一、第二電機低功率旋轉；單片機同時控制超聲波發射頭每1.76ms發送一個超聲波，并檢測在此時間段內超聲波接收頭是否接收到超聲波，是則產生并維持一段時間T (T=0.5 ls)的高電平輸出脈沖，向電機驅動調速電路發送附加控制信號，經電機驅動調速電路中的附加信號放大電路放大之后，驅動第一電機和第二電機加速旋轉，帶動飛行器上升；否則不產生高電平輸出脈沖，第一、第二電機維持低功率旋轉。
權利要求1.一種感應式飛行器，包括盒體、上旋翼、下旋翼以及盒體內的第一電機、第二電機和電池，上旋翼安裝于內轉軸頂端，下旋翼安裝于外轉軸中部，內、外轉軸同軸，內轉軸位于外轉軸內，內、外轉軸伸入盒體內部，分別通過齒輪傳動機構與第一電機和第二電機傳動連接，第一電機和第二電機轉向相反，其特征在于所述盒體外形為旋轉體，所述內、外轉軸中心線與盒體中軸線重合；所述盒體內裝設超聲波測距電路和電機驅動調速電路，超聲波測距電路由超聲波發射頭、超聲波接收頭、信號調制放大電路和單片機電信號連接組成，單片機控制信號經過信號調制放大電路放大，驅動超聲波發射頭發射超聲波信號，超聲波接收頭接受到反射回的超聲波時，通過信號調制放大電路處理，送給單片機；單片機對超聲波自發射至接收往返時間計時，產生控制信號送給電機驅動調速電路；所述電機驅動調速電路包括信號放大電路和附加信號放大電路，信號放大電路所放大的電壓達到第一、第二電機額定功率的1/2～2/3，附加信號放大電路所放大的電壓達到第一、第二電機額定功率；電池為超聲波測距電路和電機驅動調速電路提供電源，并通過電機驅動調速電路為第一電機和第二電機提供電源。
2. 如權利要求1所述的感應式飛行器，其特征在于 所述單片機向電機驅動調速電路持續發送驅動控制信號，經電機驅動調速電路中的信號放大電路放大，維持第一、第二電機低功率旋轉； 單片機同時控制超聲波發射頭每1.17ms 2.93ms發送一個超聲波，并 檢測在此時間段內超聲波接收頭是否接收到超聲波，是則產生并維持高 電平輸出脈沖，向電機驅動調速電路發送附加控制信號，經電機驅動調 速電路中的附加信號放大電路放大之后，驅動第一電機和第二電機加速 旋轉；否則不產生高電平輸出脈沖。
專利摘要一種感應式飛行器，屬于飛行玩具，目的在于簡化結構，更便于攜帶和操作，通過人體或者其他障礙物與玩具的非接觸感應實現玩具的飛行。本實用新型包括盒體、上旋翼、下旋翼以及盒體內的第一電機、第二電機和電池，第一電機和第二電機轉向相反，盒體外形為旋轉體，盒體內裝設超聲波測距電路和電機驅動調速電路，超聲波測距電路由超聲波發射頭、超聲波接收頭、信號調制放大電路和單片機電信號連接組成；電機驅動調速電路包括信號放大電路和附加信號放大電路。本實用新型結構簡單，更便于攜帶，操作更簡單，可以完全由人的身體或其他物體，在完全不接觸的情況下，控制其升降，并能在飛行過程中持續保持不與地面接觸，適用于廣大航模愛好者。
文檔編號A63H27/133GK201399243SQ200920084490
公開日2010年2月10日 申請日期2009年3月27日 優先權日2009年3月27日
發明者付高生, 吳一明, 沈文杰, 潘艷橋, 王宇翔, 甘志銀, 蔡綠蔭, 琴 魏, 婧 龍 申請人:華中科技大學