自动召回的多轴飞行器玩具及其操控方法与流程

本发明属于飞行器玩具的技术领域，尤其涉及一种自动召回的多轴飞行器玩具及其操控方法。

背景技术：

多轴飞行器玩具包括遥控器和飞行器。飞行器设有中央控制器和多个旋翼单元，每个旋翼单元包括有旋翼、驱动旋翼转动的电机，各旋翼单元的电机由中央控制器统一控制。

多轴飞行器玩具飞行时，中央控制器使一部分旋翼顺时针转动，另一部分旋翼逆时针转动，中央控制器协调各个电机的转速而控制整个飞行器的飞行动作,各旋翼之间的不同状态可以组成很多种组合方式，使飞行器的飞行模式丰富多样，能够自如做出各种飞行动作。常见的动作有竖向运动、水平转向运动（水平自转）、水平平移运动等。

所谓竖向运动，包括上升及下降；所谓水平转向运动，包括顺时针转动、逆时针转动；所谓水平平移运动，包括前进、后退、左平移、右平移。

多轴飞行器玩具的遥控器和飞行器之间通过无线信号连接，遥控器向飞行器发送出动作命令，飞行器执行该动作命令，这些动作命令大多需要涉及到方位的问题；具体地说，遥控器命令飞行器运动时，必须告诉飞行器向哪个方向飞行运动，即必须向飞行器传送一个方位角度参数（简称方位参数,方位参数例如是前方，或者后方，或者左方，或者右方，或者前方偏左若干度，或者前方偏右若干度，或者后方偏左若干度，或者后方偏右若干度,等等），飞行器在接收命令后，根据该方向参数作出自身的动作。所以，遥控器必须形成有用以定义前后左右方向的方向参照系，否则遥控器就无法落实操作者关于前后左右方向的操控意念；同样，飞行器必须形成有定义前后左右方向的方向参照系，否则，飞行器即使接收到遥控器涉及方向的命令，也无法落实执行。

通常情况下，遥控器涉及前后左右的方向参照系基于自身基准轴线方向而构建，本申请文件中称之为第一方向参照系，第一方向参照系定义了哪个方向是遥控器的前方，并据此进一步可以确定哪个方向是遥控器的后方、哪个方向是遥控器的左方、哪个方向是遥控器的右方，还可以再鉴别出某一具体方向为前方偏左多少度、或者前方偏右多少度、或者后方偏左多少度、或者后方偏右多少度，等等。

同样，飞行器涉及前后左右的方向参照系基于自身基准轴线方向而构建，本申请文件中称为第二方向参照系；第二方向参照系定义了哪个方向是飞行器的前方，并据此进一步可以确定哪个方向是飞行器的后方、哪个方向是左方、哪个方向是右方，还可以再鉴别出某一具体方向为前方偏左多少度、或者前方偏右多少度、或者后方偏左多少度、或者后方偏右多少度，等等。飞行器根据第二方向参照系执行相应的飞行动作（因为飞行器各个不同的动力机构是对应于第二方向参照系进行布置、管理和控制的）。大多数情况下，遥控器所指的前方（即第一方向参照系所指的前方）和飞行器所指的前方（即第二方向参照系所指的前方）并不相同，且两者不存在恒定的对应关系。

另一方面，现有部分多轴飞行器玩具设置有“一键返航”功能，所谓一键返航，是指当多轴飞行器玩具飞离操控者一定距离后，不管飞行器离开操控者的路径多么曲折，只要按下某一个按键，多轴飞行器玩具都能自动返回，这样显示出多轴飞行器玩具驯服而智能的特性。

现有多轴飞行器实现“一键返航”功能的实现方式主要有以下两种，第一种是依靠gps全球定位系统进行导航；第二种是依靠中央控制器记住离开原始点之后的一系列动作过程，当需要一键返航时，则执行按照原来动作过程的相反过程，即遵循离开时的轨迹逆向返航。

现有上述“一键返航”方式存在以下不足：

上述第一种方式需要依赖于gps全球定位系统，而上述第二种方式的返回路径不够直接，显得很傻瓜和啰嗦；

另外，上述两种“一键返航”方式还共同存在有一个缺点：当多轴飞行器玩具返航后，只能回到出发时的原始点；但如果在多轴飞行器玩具从原始点起飞后，操作者由于自身的移动而远离该原始点，则多轴飞行器玩具返航后也只能是返回其原始点，而不能接近操作者，即返航后不能回到操作者身边。从这个角度上讲，现有多轴飞行器只能实现自动返回原始点，而不能实现自动召回。所谓“召回”，是指让多轴飞行器玩具在起飞后命令其自动回到操作者身边，而不管多轴飞行器玩具返回时，操作者所在的地点是否发生了变化移动（相对于多轴飞行器玩具起飞时）。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种自动召回的多轴飞行器玩具及其操控方法，它在多轴飞行器玩具在起飞后，能够一键使其返回操作者身边，而不管操作者在发出返回命令时所在的位置是否相对于操作者在飞行器起飞时所在的位置发生了改变。

其目的可以按以下方案实现：该自动召回的多轴飞行器玩具包括遥控器和飞行器，遥控器通过无线信号控制飞行器，飞行器设有中央控制器；

遥控器基于自身基准轴线的朝向而形成有定义前后左右方向的第一水平方向参照系；

飞行器基于自身基准轴线的朝向而形成有定义前后左右方向的第二水平方向参照系，飞行器采用第二水平方向参照系的方位参数执行相应的飞行动作；

其特征在于，遥控器设有第一电子指南针，第一电子指南针测量遥控器基准轴线方向相对于地理北极的第一偏转角度；遥控器将第一电子指南针测量结果通过无线信号传送给飞行器的中央控制器；

飞行器设有第二电子指南针，第二电子指南针测量飞行器基准轴线方向相对于地理北极的第二偏转角度；第二电子指南针连接中央控制器，第二电子指南针将其测量结果传送到中央控制器；

飞行器上还安装有一个检测与地面垂直距离的竖向测距仪，竖向信号接收器连接到中央控制器；

遥控器还设有红外信号发射器，遥控器的红外信号发射器朝向遥控器的前方；飞行器还安装多个红外信号接收器，各个红外信号接收器的水平朝向各不相同，有的朝向飞行器前方，有的朝向飞行器后方；有的朝向飞行器左方，有的朝向飞行器右方，各红外信号接收器连接到中央控制器；

遥控器还设有召回按键；当该召回按键按下后，遥控器及飞行器执行以下动作：竖向测距仪启动，中央控制器根据竖向测距仪的信号判断飞行器与地面的垂直距离；飞行器调整飞行高度，直至飞行器与地面之间的竖向距离达到设定的竖向距离参数；中央控制器根据第一电子指南针和第二电子指南针的检测结果，计算第二水平方向参照系中的方位参数，使计算出来的第二水平方向参照系中的方位参数与第一水平方向参照系的后方指向相同的地理方向；飞行器根据该第二水平方向参照系中的方位参数飞行；在飞行器根据该方位参数飞行的过程中，遥控器的红外信号发射器不断发送出红外信号，当其中部分红外信号接收器接收到红外信号后，中央控制器根据红外信号接收器接收的红外信号强度判断红外信号接收器与红外信号发射器的距离，当有其中一个红外信号接收器与红外信号发射器的距离缩短到设定距离参数后，飞行器停止飞行移位。

飞行器上还安装还设有摄像头，飞行器有两个红外信号接收器的中间朝向与摄像头的朝向相反；当飞行器被召回并且停止飞行移位后，飞行器进行水平自转，直至该两个红外信号接收器接收到的红外信号强度相等后，飞行器才停止水平自转。这样，当飞行器被召回后，飞行器的摄像头将自动基本对准操作者的前方；此时，摄像头拍摄到的图像与操作者前方看到的景象基本相同，如果进一步将摄像头拍摄到的图像传送到手机或其它屏幕上，则屏幕显示的图像将与操作者前方看到的景象相同。

飞行器上还安装还设有摄像头，飞行器有两个红外信号接收器的中间朝向与摄像头的朝向相同；当飞行器被召回并且停止飞行移位后，飞行器进行水平自转，直至该两个红外信号接收器接收到的红外信号强度相等后，飞行器才停止水平自转。这样，当飞行器被召回后，飞行器的摄像头将自动基本对准操作者；由于操作者的朝向一般与遥控器的前方相同，此时，摄像头将拍摄到操作者的正面，如果进一步将摄像头拍摄到的图像传送到手机或其它屏幕上，则屏幕显示的内容将包括操作者本人的正面图像。

所述竖向测距仪设有竖向信号发射器和竖向信号接收器，竖向信号发射器和竖向信号接收器的方向朝向下方的地面，竖向信号发射器发射出的信号经地面反射后传送到竖向信号接收器。

所谓红外信号接收器“朝向飞行器前方”，并不需要是严格地朝向正前方，可以是偏向于飞行器前方即可；以此类推，所谓朝向飞行器后方，并不需要是严格地朝向正后方，可以是偏向于飞行器后方即可；所谓朝向飞行器左方，并不需要是严格地朝向正左方，可以是偏向于飞行器左方即可；所谓朝向飞行器右方，并不需要是严格地朝向正右方，可以是偏向于飞行器右方即可。所谓红外信号发射器朝向“遥控器的前方”，也与此类同。

所谓“两个红外信号接收器的中间朝向”，在本申请文件中，其定义如下：设两个红外信号接收器的水平朝向分别为朝向a和朝向b,并且设两个红外信号接收器的中间朝向为朝向c,则朝向c与朝向a的夹角大小等于朝向c与朝向b的夹角大小,且该两个夹角都为锐角。

一种自动召回的多轴飞行器玩具的操控方法，其特征在于采用上述自动召回的多轴飞行器玩具，包括以下步骤:

（a）.利用遥控器操控飞行器，使飞行器飞行离开操作者；

（b）.操作者手握遥控器，并使遥控器的前方方向朝向飞行器；

（c）.按下遥控器的“召回”按键；竖向测距仪启动，中央控制器根据竖向测距仪的信号判断飞行器与地面的垂直距离；飞行器调整飞行高度，直至飞行器与地面之间的竖向距离达到设定的竖向距离参数；中央控制器根据第一电子指南针和第二电子指南针的检测结果，计算第二水平方向参照系中的方位参数，使计算出来的第二水平方向参照系中的方位参数与第一水平方向参照系的后方指向相同的地理方向；飞行器根据该第二水平方向参照系中的方位参数飞行；在飞行器根据该参数飞行的过程中，遥控器的红外信号发射器不断发送出红外线信号，当其中部分红外信号接收器接收到红外信号后，中央控制器根据红外信号接收器接收的红外信号强度判断红外信号接收器与红外信号发射器的距离，当有其中一个红外信号接收器与红外信号发射器的距离缩短到设定距离参数后，飞行器停止飞行移位。

飞行器上还安装还设有摄像头，飞行器有两个红外信号接收器的中间朝向与摄像头的朝向相反；当飞行器被召回并且停止飞行移位后，飞行器进行水平自转，直至该两个红外信号接收器接收到的红外信号强度相等后，飞行器才停止水平自转。这样，当飞行器被召回后，飞行器的摄像头将自动基本对准操作者的前方；此时，如果进一步将摄像头拍摄到的图像传送到手机或其它屏幕上，则屏幕显示的图像将与操作者前方看到的景象相同。

飞行器上还安装还设有摄像头，飞行器有两个红外信号接收器的中间朝向与摄像头的朝向相同；当飞行器被召回并且停止飞行移位后，飞行器进行水平自转，直至该两个红外信号接收器接收到的红外信号强度相等后，飞行器才停止水平自转。这样，当飞行器被召回后，飞行器的摄像头将自动基本对准操作者；此时，如果进一步将摄像头拍摄到的图像传送到手机或其它屏幕上，则屏幕显示的内容将包括操作者本人的正面图像。

本发明具有以下优点和效果：

一、本发明巧妙地将以下五种要素结合起来而实现将飞行器“召回”操作者身边：（1）、遥控器的前方朝向飞行器；（2）、中央控制器利用两电子指南针使飞行器朝向遥控器的后方飞行；（3）、飞行器调整到设定的飞行高度位置；（4）、遥控器发射出用于检测距离的红外信号，提供给供飞行器作为定位的目标基准点；（5）、当飞行器与遥控器的空间距离减少到一定程度时，飞行器停止移位。由于上述五种要素的结合，就实现将飞行器直接召回到操控者身边（遥控器旁边），实现一键召回，而且无需依赖于gps全球定位系统，也无需让飞行器沿着原路返航，召回的路径简单、直接。

二、即使发出召回命令时，操作者所在的位置相对于飞行器起飞时的操作者位置发生了大幅度改变，飞行器也能回到操作者身边，而不是回到飞行器起飞时的原点。

三、当飞行器回到操作者身边后，飞行器还能自动调整为端正的姿势，即自动将摄像头朝向前方或后方，更加显示出智能性和趣味性。

附图说明

图1是本发明第一种具体实施例的结构及使用状态示意图。

图2是两个红外信号接收器的中间朝向的定义的解析示意图。

图3是本发明第二种具体实施例的结构及使用状态示意图。

具体实施方式

实施例一

实施例一为一种自动召回的多轴飞行器玩具。图1所示，该自动召回的多轴飞行器玩具包括遥控器1和飞行器3，遥控器1通过无线信号控制飞行器3，飞行器3设有中央控制器；

遥控器1基于自身基准轴线的朝向而形成有定义前后左右方向的第一水平方向参照系；

飞行器3基于自身基准轴线的朝向而形成有定义前后左右方向的第二水平方向参照系，飞行器采用第二水平方向参照系的方位参数执行相应的飞行动作；

遥控器1设有第一电子指南针，第一电子指南针测量遥控器基准轴线方向相对于地理北极的第一偏转角度；遥控器将第一电子指南针测量结果通过无线信号传送给飞行器的中央控制器；

飞行器3设有第二电子指南针，第二电子指南针测量飞行器基准轴线方向相对于地理北极的第二偏转角度；第二电子指南针连接中央控制器，第二电子指南针将其测量结果传送到中央控制器；

飞行器3上还安装有一个检测与地面垂直距离的竖向测距仪，竖向测距仪设有竖向信号发射器和竖向信号接收器，竖向信号发射器和竖向信号接收器的方向朝向下方的地面，竖向信号发射器发射出的信号经地面反射后传送到竖向信号接收器，竖向信号接收器连接到中央控制器；

图1所示，遥控器1还设有红外信号发射器11，遥控器的红外信号发射器11朝向遥控器的前方，红外信号发射器11朝向如图1中箭头e所示；飞行器2上还安装六个红外信号接收器，各个红外信号接收器的水平朝向各不相同，其中两个红外信号接收器31、32朝向飞行器前方，两个红外信号接收器34、35朝向飞行器后方，一个红外信号接收器33朝向飞行器左方，一个红外信号接收器36朝向飞行器右方（各红外信号接收器的水平朝向如图1中各红外信号接收器旁边的箭头所示）；各红外信号接收器31、32、33、34、35、36都连接到中央控制器；

飞行器上还安装还设有摄像头2，飞行器有两个红外信号接收器31、32的中间朝向与摄像头的朝向(如图1箭头d所示)相同，即图2箭头c和图1箭头d的朝向相同，如图1、图2所示。所谓两个红外信号接收器31、32的中间朝向，其定义如图2及以下文字所示：设其中一个红外信号接收器31的水平朝向为朝向a，另一个红外信号接收器32的水平朝向为朝向b,并且设两个红外信号接收器的中间朝向为朝向c,则朝向c与朝向a的夹角（如图2中∠4）大小等于朝向c与朝向b的夹角（如图2中∠5）大小,且该两个夹角（如图2中∠5和∠4）都为锐角。在图1中，两个红外信号接收器31、32的中间朝向如图2箭头c所示。

遥控器1还设有召回按键，当该召回按键按下后，遥控器及飞行器执行以下动作：竖向测距仪启动，中央控制器根据竖向测距仪的信号判断飞行器与地面的垂直距离；飞行器调整飞行高度，直至飞行器与地面之间的竖向距离达到设定的竖向距离参数；中央控制器根据第一电子指南针和第二电子指南针的检测结果，计算第二水平方向参照系中的方位参数，使计算出来的第二水平方向参照系中的方位参数与第一水平方向参照系的后方指向相同的地理方向；飞行器根据该第二水平方向参照系中的方位参数飞行；在飞行器根据该参数飞行的过程中，遥控器的红外信号发射器不断发送出红外信号，当其中部分红外信号接收器接收到红外信号后，中央控制器根据红外信号接收器接收的红外信号强度判断红外信号接收器与红外信号发射器的距离，当有其中一个红外信号接收器与红外信号发射器的距离缩短到设定距离参数后，飞行器停止飞行移位；当飞行器被召回并且停止飞行移位后，接下来进行后续的操作，即飞行器进行水平自转，直至位于前方的两个红外信号接收器31、32接收到的红外信号强度相等后，飞行器才停止水平自转。这样，当飞行器被召回后，飞行器的摄像头2将自动基本对准操作者；此时，如果进一步将摄像头2拍摄到的图像传送到手机或其它屏幕上，则屏幕显示的内容将包括操作者本人的正面图像。

实施例二

实施例二也是一种自动召回的多轴飞行器玩具。在该实施例二中，飞行器有两个红外信号接收器34、35的中间朝向（如图3中箭头c所示）与摄像头2的朝向（如图3中箭头d所示）相反；当飞行器被召回并且停止飞行移位后，飞行器进行水平自转，直至该两个红外信号接收器34、35接收到的红外信号强度相等后，飞行器才停止水平自转；也就是说，在实施例二中，控制飞行器才停止水平自转的是红外信号接收器34、35。这样，当飞行器被召回后，飞行器的摄像头将自动基本对准操作者的前方；此时，如果进一步将摄像头拍摄到的图像传送到手机或其它屏幕上，则屏幕显示的图像将与操作者的前方景象相同。实施例二其余方面与实施例一相同。

实施例三

实施例三为一种自动召回的多轴飞行器玩具的操控方法，采用上述实施例一的自动召回的多轴飞行器玩具，包括以下步骤:

（a）.利用遥控器1操控飞行器3，使飞行器3飞行离开操作者；

（b）.操作者手握遥控器1，并使遥控器1的前方方向刚好朝向飞行器3；

（c）.按下遥控器的“召回”按键；竖向测距仪启动，中央控制器根据竖向测距仪的信号判断飞行器与地面的垂直距离；飞行器调整飞行高度，直至飞行器与地面之间的竖向距离达到设定的竖向距离参数（在实施例三中，竖向距离参数为1.2米）；中央控制器根据第一电子指南针和第二电子指南针的检测结果，计算第二水平方向参照系中的方位参数，使计算出来的第二水平方向参照系中的方位参数与第一水平方向参照系的后方指向相同的地理方向；飞行器根据该第二水平方向参照系中的方位参数飞行；在飞行器根据该参数飞行的过程中，遥控器的红外信号发射器不断发送出红外线信号，

当其中部分红外信号接收器接收到红外信号后，中央控制器根据红外信号接收器接收的红外信号强度判断红外信号接收器与红外信号发射器的距离，当有其中一个红外信号接收器与红外信号发射器的距离缩短到设定距离参数后（在实施例三中，设定距离参数为1.0米），飞行器停止飞行移位；当飞行器停止飞行移位后，飞行器进行水平自转，直至位于前方的两个红外信号接收器31、32接收到的红外信号强度相等后，飞行器才停止水平自转。这样，当飞行器3被召回后，飞行器3的摄像头2将自动基本对准操作者，如图1所示，飞行器的摄像头2的朝向如图1中的箭头d所示；此时，如果进一步将摄像头2拍摄到的图像传送到手机或其它屏幕上，则屏幕显示的内容将包括操作者本人的正面图像。

实施例四

实施例四与实施例三的区别，在于实施例四采用上述实施例二的自动召回的多轴飞行器玩具（而实施例三采用上述实施例一的自动召回的多轴飞行器玩具）；另外在实施例四中的步骤c中，当飞行器停止飞行移位后，飞行器进行水平自转，直至位于后方的两个红外信号接收器34、35接收到的红外信号强度相等后，飞行器才停止水平自转。这样，当飞行器被召回后，飞行器的摄像头2将自动基本对准操作者的前方，如图3所示，摄像头2的朝向如图3中的箭头d所示；此时，如果进一步将摄像头拍摄到的图像传送到手机或其它屏幕上，则屏幕显示的图像将与操作者前方看到的景象相同。

上述实施例中，飞行器与地面之间设定的竖向距离参数可以改为2.3米，或者2.0米，或者1.5米，或者1.0米，或者0.8米，等等；

上述实施例中，用以控制飞行器停止飞行移位的设定距离参数（即红外信号接收器与红外信号发射器之间的设定距离参数）可以改为2.0米，或者1.5米，或者0.8米，或者0.5米，等等。