一种空中悬浮及可编程运动的方法、系统及玩具飞行器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种空中悬浮及可编程运动的方法、系统及玩具飞行器，方法包括：实时读入气压计和/或超声波传感器的数据，并且通过查表或计算得到高度值；执行启动指令和上升指令，上升到预设的安全高度范围；调用经由用户编程得到的编程命令和时间序列，然后控制飞行器完成各种编程动作指令；执行下降指令，实时判断高度差值来确保安全降落，并在下降过程中读取红外感测信号来避开人体。系统及玩具飞行器包括：飞行器执行部件，气压计、超声波传感器、红外感测器、存储单元、无线收发单元和处理单元。本发明的有益效果是：玩家只需要输入飞行玩具在空中的移动步骤，就可以很简单的实现飞行玩具在空中的花样动作，大大减轻了控制难度，提高安全性。
【专利说明】—种空中悬浮及可编程运动的方法、系统及玩具飞行器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种飞行器控制方法，尤其涉一种空中悬浮及可编程运动的方法、系统及玩具飞行器。
【背景技术】
[0002]目前市场上流行的飞行玩具，包括有直升飞机、四轴遥控航模以及例如是申请号为201320361353.5的飞行玩偶。通常，这些飞行玩具都是需要玩家使用遥控器自行完成复杂的操作，需要比较专业的操控技能。然而这些飞行玩具的玩家多是新手甚至是小孩，新手或小孩难以掌握传统的遥控器复杂操作，因此难以玩出飞行花样，失去玩耍飞行玩具的兴趣。此外，小孩的天性爱玩好动，操控飞行玩具时一不小心还容易出现伤人或摔坏飞行玩具的情况。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种能够通过编程来操控飞行器的空中悬浮及可编程运动的方法、系统以及操作简单玩法多样的玩具飞行器。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种空中悬浮及可编程运动的方法，包括以下步骤:
A、实时读入气压计和/或超声波传感器的数据，并且通过查表或计算得到高度值；
B、执行启动指令，保存当前高度值为参考高度值；
C、执行上升指令，加大飞行器执行部件的功率输出直到高度值上升到预设的安全高度，然后稳定飞行器执行部件的功率输出保持高度值在安全高度附近，并且开始实时计算实际的高度值与参考高度值之差为高度差值；
D、接收并调用编程命令和时间序列，然后转换成控制指令和指令持续时间；
E、控制飞行器执行部件按照相应的指令持续时间来执行控制指令；
F、判断是否还有控制指令没有执行，如果是，则返回步骤E，否则执行步骤G；
G、执行下降指令，并在降落中通过检查高度差值来判断下降高度和确保下降速度越来越慢，直到高度差值为零或处于预设的偏差范围内并且在预设的时间内下降高度不变，则停止飞行器执行部件的工作，然后检测高度值没有发生变化则完成降落。
[0005]进一步，所述步骤A包括:在气压数据与高度值对应的数据表中，通过直接查找或插值计算得到当前读入的气压计的气压值所对应的高度值。
[0006]进一步，所述步骤C包括:在飞行器上升到安全高度后，当飞行器的高度值大于安全高度范围的上限值时，减少飞行器执行部件的功率输出直到飞行器的高度值下降到安全高度范围内，当飞行器的高度值小于安全高度范围的下限值，增加飞行器执行部件的功率输出直到飞行器的高度值回升到安全高度范围内。
[0007]进一步，所述编程命令和时间序列包括至少一组由键码命令以及与所述键码命令相对应的命令时长来构成的数据组，所述键码命令和所述命令时长通过外部的按键或者通过外部的应用程序接口来输入和设定。
[0008]进一步，实现所述键码命令和所述命令时长的输入和设定，包括如下步骤:
D1、双击或长按启动键以激活编程模式；
D2、按上键和下键以分别增加和减少步长距离，然后计算步长距离与预设速度的比值从而获得命令时长，或者直接按上键和下键以直接设定命令时长；
D3、按方向键以设定相应的空中动作方向的键码命令；
D4、按下键以保存当前设定的命令时长和键码命令到新增的数据组然后返回到步骤D2，或者按上键以撤销当前设定的命令时长和键码命令然后返回到步骤D2，或者按启动键以保存所有命令时长和键码命令从而结束编程模式并且传送由所有数据组构成的所述编程命令和时间序列。
[0009]进一步，所述步骤G包括:在飞行器下降过程中感测飞行器下方的红外感应信号的强度值，当强度值越来越大且超过预设的阀值时，控制飞行器执行机构工作使飞行器重新上升预设的高度，然后按照前后左右的顺序依次水平移动预设距离并再次降落。
[0010]一种空中悬浮及可编程运动系统，包括飞行器和遥控终端，所述飞行器包括:飞行器执行部件，用于驱动飞行器进行飞行运动；设置在飞行器外部的气压计和/或超声波传感器；与所述遥控终端连接的无线收发单元，用于与遥控终端进行数据传输；设置在飞行器内部的存储单元，用于储存预设的控制飞行器执行部件的控制指令、储存气压计和/或超声波传感器的数据和高度值对应的数据表、以及缓存编程命令和时间序列；设置在飞行器内部的处理单元，所述处理单元与所述气压计和/或所述超声波传感器、所述存储单元连接以接收气压计和/或超声波传感器感测到的数据，并且经过计算或检索存储单元的数据表得到高度值，所述处理单元与所述飞行器执行部件和所述存储单元连接以调用存储单元内的控制指令然后传输到飞行器执行部件，从而控制飞行器进行运动，所述处理单元与所述无线收发单元连接以接收遥控终端发来的编程命令和时间序列，然后将编程命令和时间序列转换成相应的控制指令和指令持续时间数据并且传输到所述飞行器执行部件，从而控制飞行器按照遥控终端发来的编程命令和时间序列来运动。
[0011]进一步，所述飞行器还包括设置在飞行器外部的红外感测器，用于感测飞行器下方的红外热源物体并输出红外感应信号；所述处理单元与所述红外感测器连接以读取红外感测器输出的红外感应信号，然后根据红外感应信号的强度触发预设的控制指令并传输到所述飞行器执行部件，从而控制飞行器动作。
[0012]进一步，所述遥控终端包括:输入模块，用于输入和设定编程命令和时间序列；显示模块，用于显示编程人机交互界面、编程命令和时间序列以及状态信息；存储模块，用于缓存实时输入编程命令和时间序列以及保存预设的编程命令和时间序列的数据文件；无线传输模块，用于与飞行器的无线收发单元进行数据传输。
[0013]一种空中悬浮及可编程运动飞行玩具，包括外形壳体和飞行器本体，所述飞行器本体包括:飞行器执行部件，用于驱动飞行器进行飞行运动；设置在所述外形壳体上的气压计和/或超声波传感器；与远程的遥控终端连接以执行数据传输的无线收发单元；设置在外形壳体外部的红外感测器，用于感测飞行器下方的红外热源物体并输出红外感应信号；设置在飞行器本体内部的存储单元，用于储存预设的控制飞行器执行部件的控制指令、储存气压计和/或超声波传感器的数据和高度值对应的数据表、以及缓存编程命令和时间序列；设置在飞行器本体内部的处理单元，所述处理单元与飞行器执行部件、气压计和/或超声波传感器、无线收发单元、红外感测器以及存储单元连接。
[0014]本发明的有益效果是:玩家只需要输入飞行玩具在空中的移动步骤，就可以很简单的实现飞行玩具在空中的花样动作，大大减轻了控制难度，并且在完成花样动作后会自动降落，同时在降落过程中探测高度和红外信号强度，减少了摔坏飞行玩具和意外伤人的事故，提高了安全性；更重要的是玩家能够随意编出简单到复杂的动作，大大拓展了玩具的可玩性，而且通过复杂度的比拼还能激发孩子的斗志，对编程产生极大兴趣，对以后学习物理、计算机、自动化等知识提前埋下兴趣的种子。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是根据本发明的空中悬浮及可编程运动的方法的流程示意图；
图2是根据本发明的空中悬浮及可编程运动的系统的结构示意图；
图3是根据本发明飞行玩具的实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]图1所示为根据本发明的空中悬浮及可编程运动的方法的步骤流程图。结合图1，该方法的步骤如下:
A、实时读入气压计5和/或超声波传感器6的数据，并且通过查表或计算得到高度值。在该步骤中，通过获取超声波传感器6发送声波和接收声波的时间差值来计算飞行器的高度值。或者，通过实验测试得到多组气压值和高度值的对应数据表，然后读取气压计5测量的气压值，通过在气压值与高度值对应的数据表中直接查找或插值计算得到当前测量气压值所对应的高度值。优选地，在同时带有气压计5和超声波传感器6的飞行器飞行过程中，利用超声波传感器6进行近距离检测，气压计5进行远距离高度检测。
[0017]B、执行启动指令，保存当前高度值为参考高度值。
[0018]C、执行上升指令，加大飞行器执行部件I的功率输出直到高度值上升到预设的安全高度，然后稳定飞行器执行部件I的功率输出保持高度值在安全高度附近，并且开始实时计算实际的高度值与参考高度值之差为高度差值。在该步骤中，预设的安全高度可以是默认安全高度或者是通过玩家自行设置的安全高度值。当飞行器上升到安全高度时，减少飞行器执行部件I的功率输出，使飞行器执行部件I产生的升力与飞行器的重力相等，从而保持飞行器悬浮于安全高度土偏差距离的范围内。在一个优选的实施例中，当飞行器的高度值大于安全高度范围的上限值时，减少飞行器执行部件I的功率输出直到高度值回到安全范围内，当飞行器的高度值小于安全高度范围的下限值，增加飞行器执行部件I的功率输出直到高度值回到安全范围内，并且当飞行器重新回到安全高度范围内时立即调整飞行器执行部件I的功率输出，使升力与重力平衡。
[0019]D、接收并调用编程命令和时间序列，然后转换成飞行器执行部件I的控制指令和指令持续时间。其中，编程命令和时间序列包括至少一个由键码命令以及与所述键码命令相对应的命令时长来构成的数据组，具体实施为运动方向命令和该命令执行的持续时间所构成的数据组，然后将该数据组转换成对应的控制指令和指令持续时间的指令组并传输到飞行器执行部件I。
[0020]E、控制飞行器执行部件I按照相应的指令持续时间来执行控制指令。在该步骤中，使飞行器执行部件I按先后顺序从编程命令和时间序列生成的指令组中调用每一对控制指令和指令持续时间，以相应的指令持续时间执行完一条控制指令后然后再执行下一条控制指令。
[0021]F、判断是否还有控制指令没有执行，如果是，则返回步骤E。如果在一段预设的时间内没有新的编程命令和时间序列生成的指令组传输到飞行器执行部件1，则执行下一个步骤G。
[0022]G、执行下降指令，并在降落中通过检查高度差值来判断下降高度和确保下降速度越来越慢，直到高度差值为零或处于预设的偏差范围内并且在预设的时间内下降高度不变，则停止飞行器执行部件I的工作，然后检测高度值没有发生变化则完成降落。优选地，还可以在飞行器下降过程中感测飞行器下方的红外感应信号的强度值，当强度值越来越大且超过预设的阀值时，控制飞行器执行机构工作使飞行器重新上升预设的高度，然后进行水平运动，具体为按照前后左右的顺序或者其它预设的或玩家设定的顺序，依次水平移动预设距离后再次下降，其目的在于避开飞行器下方的热源物体，例如是人和动物，同时通过飞行器的运动产生警示作用，然后再次降落，以确保安全性。
[0023]在本实施例中，编程的步骤如下:
D1、双击或长按启动键以激活编程模式；
D2、按上键和下键以分别增加和减少步长距离，然后计算步长距离与预设速度的比值从而获得命令时长，或者直接按上键和下键以直接设定命令时长；
D3、按方向键以设定相应的空中动作方向的键码命令；
D4、按下键以保存当前设定的命令时长和键码命令到新增的数据组然后返回到步骤D2，或者按上键以撤销当前设定的命令时长和键码命令然后返回到步骤D2，或者按启动键以保存所有命令时长和键码命令从而结束编程模式并且传送由所有数据组构成的所述编程命令和时间序列。
[0024]优选地，在编程模式任意步骤中，按退出键来结束编程模式，还可以按读取/保存键，以数据文件的方式来读取/保存编程命令和时间序列。
[0025]值得注意的是，在本实施例中，启动键、上下键、方向键、退出键、读取/保存键等按键既可以是实体按键，还可以是触摸屏上划分的虚拟按键。
[0026]参照图2，根据本发明的空中悬浮及可编程运动的系统，包括飞行器和遥控终端，其中飞行器包括:飞行器执行部件1，设置在飞行器壳体表面的气压计5、超声波传感器6和红外感测器7，设置在飞行器内部的存储单元2、无线收发单元4和处理单元3。其中，飞行器执行部件I包括电机、驱动电路、方向传感器以及飞行运动机构，通过接收指令来实现飞行器向着前后上下左右的方向运动。红外感测器7被配置为检测飞行器下方的人体或者动物所发出的红外光，如果红外感测器7越靠近人体，则输出更强的信号。存储单元2，用于储存预设的控制飞行器执行部件I的控制指令、储存气压计5和/或超声波传感器6的数据和高度值对应的数据表、以及缓存编程命令和时间序列。无线收发单元4，通过无线电、WiFi或者蓝牙与遥控终端进行数据和指令传输。处理单元3分别与飞行器执行部件1、气压计5、超声波传感器6、红外感测器7、存储单元2、无线收发单元4连接以处理它们之间数据和指令的传输，并且执行图1所示的空中悬浮及可编程运动方法，以下对处理单元3的工作流程进行详细描述。
[0027]在本实施例中，处理单元3可以受到读取指令信号的触发来读入或者实时地读入气压计5和/或超声波传感器6的数据，通过收发超声波的时间差计算得到高度值，查找存储单元2内的气压值和高度值对应的数据表来获得高度值。当处理单元3接收到来自遥控终端的启动指令后，调用存储单元2中的上升指令然后将其传输到飞行器执行部件1，从而控制飞行器上升到安全高度。然后，处理单元3通过无线收发单元4接收遥控终端输出的编程命令和时间序列，并转换成对应的控制指令和指令持续时间，用于控制飞行器执行部件I实施玩家编程的各种飞行动作。优选地，在飞行器执行部件I进行飞行动作的过程中，玩家可以继续编程，处理单元3可以把当前的编程命令和时间序列转换得到的控制指令和指令持续时间缓存在存储单元2中，以等待执行。当处理单元3判断得出已执行完所有控制指令，可以从存储单元2中调用或者接收遥控终端发出的下降指令，然后控制飞行器执行部件I进行下降动作。优选地，在飞行器下降的过程中，处理单元3实时读取红外感测器7的输出信号，当输出信号超过预设的强度值，可以认为飞行器下方有人或者宠物，控制飞行器执行机构重新执行相应的指令来躲避，然后再次执行下降指令。
[0028]在本实施例中，遥控终端包括输入模块、显示模块、存储模块和无线传输模块。输入模块可以实施为实体按键、摇杆和/或触摸屏，用于输入和设定编程命令和时间序列。在编程过程中，显示模块可以显示编程操作界面、编程命令和时间序列以及帮助信息，存储模块可以缓存实时输入编程命令和时间序列。编程完毕后，编程命令和时间序列经由无线传输模块通过无线电、WiFi或者蓝牙的方式传送到飞行器的无线收发单元4，还能够以数据文件的形式保存在存储模块中供以后调用。在一个具体的实施例中，遥控终端可以实施为遥控器、智能手机或者平板电脑。
[0029]图3所示为根据本发明的飞行玩具，包括外形壳体和飞行器本体。外形壳体可以实施为不同的外观形状，例如直升机、飞碟、四轴飞行器、飞行玩偶、昆虫及其它动物造型。飞行器本体包括:飞行器执行部件I，设置在飞行器外部的气压计5、超声波传感器6和红外感测器7，设置在飞行器内部的存储单元2、无线收发单元4和处理单元3。飞行器本体内的各个组件的运行方式参照图3所示的实施例，在此不再重复描述。
[0030]以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
【权利要求】
1.一种空中悬浮及可编程运动的方法，其特征在于，包括以下步骤: A、实时读入气压计(5)和/或超声波传感器(6 )的数据，并且通过查表或计算得到高度值； B、执行启动指令，保存当前高度值为参考高度值； C、执行上升指令，加大飞行器执行部件(I)的功率输出直到高度值上升到预设的安全高度，然后稳定飞行器执行部件(I)的功率输出保持高度值在安全高度附近，并且开始实时计算实际的高度值与参考高度值之差为高度差值； D、接收并调用编程命令和时间序列，然后转换成控制指令和指令持续时间； E、控制飞行器执行部件(I)按照相应的指令持续时间来执行控制指令； F、判断是否还有控制指令没有执行，如果是，则返回步骤E，否则执行步骤G； G、执行下降指令，并在降落中通过检查高度差值来判断下降高度和确保下降速度越来越慢，直到高度差值为零或处于预设的偏差范围内并且在预设的时间内下降高度不变，则停止飞行器执行部件(I)的工作，然后检测高度值没有发生变化则完成降落。
2.根据权利要求1所述的空中悬浮及可编程运动的方法，其特征在于，所述步骤A包括:在气压数据与高度值对应的数据表中，通过直接查找或插值计算得到当前读入的气压计(5)的气压值所对应的高度值。
3.根据权利要求1所述的空中悬浮及可编程运动的方法，其特征在于，所述步骤C包括:在飞行器上升到安全高度后，当飞行器的高度值大于安全高度范围的上限值时，减少飞行器执行部件(I)的功率输出直到飞行器的高度值下降到安全高度范围内，当飞行器的高度值小于安全高度范围的下限值，增加飞行器执行部件(I)的功率输出直到飞行器的高度值回升到安全高度范围内。
4.根据权利要求1所述的空中悬浮及可编程运动的方法，其特征在于，所述编程命令和时间序列包括至少一组由键码命令以及与所述键码命令相对应的命令时长来构成的数据组，所述键码命令和所述命令时长通过接收外部无线信号得到。
5.根据权利要求4所述的空中悬浮及可编程运动的方法，其特征在于，实现所述键码命令和所述命令时长的输入和设定，包括如下步骤: D1、双击或长按启动键以激活编程模式； D2、按上键和下键以分别增加和减少步长距离，然后计算步长距离与预设速度的比值从而获得命令时长，或者直接按上键和下键以直接设定命令时长； D3、按方向键以设定相应的空中动作方向的键码命令； D4、按下键以保存当前设定的命令时长和键码命令到新增的数据组然后返回到步骤D2，或者按上键以撤销当前设定的命令时长和键码命令然后返回到步骤D2，或者按启动键以保存所有命令时长和键码命令从而结束编程模式并且传送由所有数据组构成的所述编程命令和时间序列。
6.根据权利要求1所述的空中悬浮及可编程运动的方法，其特征在于，所述步骤G包括:在飞行器下降过程中感测飞行器下方的红外感应信号的强度值，当强度值越来越大且超过预设的阀值时，控制飞行器执行机构工作使飞行器重新上升预设的高度，然后水平移动预设距离后再次降落。
7.—种空中悬浮及可编程运动系统，包括飞行器和遥控终端，其特征在于，所述飞行器包括: 飞行器执行部件(1)，用于驱动飞行器进行飞行运动； 设置在飞行器表面的气压计(5)和/或超声波传感器(6)； 与所述遥控终端连接的无线收发单元(4)，用于与遥控终端进行数据传输； 设置在飞行器内部的存储单元(2)，用于储存预设的控制飞行器执行部件(I)的控制指令、储存气压计(5)和/或超声波传感器(6)的数据和高度值对应的数据表、以及缓存编程命令和时间序列； 设置在飞行器内部的处理单元(3 )，所述处理单元(3 )与所述气压计(5 )和/或所述超声波传感器(6 )、所述存储单元(2 )连接以接收气压计(5 )和/或超声波传感器(6 )感测到的数据，并且经过计算或检索存储单元(2)的数据表得到高度值，所述处理单元(3)与所述飞行器执行部件(I)和所述存储单元(2 )连接以调用存储单元(2 )内的控制指令然后传输到飞行器执行部件(1)，从而控制飞行器进行运动，所述处理单元(3)与所述无线收发单元(4)连接以接收遥控终端发来的编程命令和时间序列，然后将编程命令和时间序列转换成相应的控制指令和指令持续时间数据并且传输到所述飞行器执行部件(1)，从而控制飞行器按照遥控终端发来的编程命令和时间序列来运动。
8.根据权利要求7所述的空中悬浮及可编程运动系统，其特征在于:所述飞行器还包括设置在飞行器外部的红外感测器(7)，用于感测飞行器下方的红外热源物体并输出红外感应信号；所述处理单元(3)与所述红外感测器(7)连接以读取红外感测器(7)输出的红外感应信号，然后根据红外感应信号的强度触发预设的控制指令并传输到所述飞行器执行部件(1)，从而控制飞行器动作。
9.根据权利要求7所述的空中悬浮及可编程运动系统，其特征在于，所述遥控终端包括: 输入模块，用于输入和设定编程命令和时间序列； 显示模块，用于显示编程人机交互界面、编程命令和时间序列以及状态信息； 存储模块，用于缓存实时输入编程命令和时间序列以及保存预设的编程命令和时间序列的数据文件； 无线传输模块，用于与飞行器的无线收发单元(4)进行数据传输。
10.一种空中悬浮及可编程运动飞行玩具，包括外形壳体和飞行器本体，其特征在于所述飞行器本体包括: 飞行器执行部件(1)，用于驱动飞行器进行飞行运动； 设置在所述外形壳体上的气压计(5)和/或超声波传感器(6)； 与远程的遥控终端连接以执行数据传输的无线收发单元(4)； 设置在外形壳体外部的红外感测器(7)，用于感测飞行器下方的红外热源物体并输出红外感应信号； 设置在飞行器本体内部的存储单元(2)，用于储存预设的控制飞行器执行部件(I)的控制指令、储存气压计(5)和/或超声波传感器(6)的数据和高度值对应的数据表、以及缓存编程命令和时间序列； 设置在飞行器本体内部的处理单元(3 )，所述处理单元(3 )与所述气压计(5 )和/或所述超声波传感器(6)、所述存储单元(2)连接以接收气压计(5)和/或超声波传感器(6)感测到的数据，并且经过计算或检索存储单元(2)的数据表得到高度值，所述处理单元(3)与所述飞行器执行部件(I)和所述存储单元(2 )连接以调用存储单元(2 )内的控制指令然后传输到飞行器执行部件(1)，从而控制飞行器进行运动，所述处理单元(3)与所述无线收发单元(4)连接以接收遥控终端发来的编程命令和时间序列，然后将编程命令和时间序列转换成相应的控制指令和指令持续时间数据并且传输到所述飞行器执行部件(1)，从而控制飞行器按照遥控终端发来的编程命令和时间序列来运动，所述处理单元(3)与所述红外感测器(7)连接以读取红外感测器(7)输出的红外感应信号，然后根据红外感应信号的强度触发预设的控制指令并传输到所述飞行器执行部件(I )，从而控制飞行器动作。
【文档编号】A63H30/04GK104162278SQ201410271141
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】肖珍, 杨茗泽 申请人:廖明忠