带投影仪的飞行机器人的制作方法

文档序号:10962764阅读:402来源:国知局
带投影仪的飞行机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种带投影仪的飞行机器人,其包括运动端和固定端。运动端和固定端采用分布式工作模式。运动端包括顶部、主体和底部。顶部包括升力系统和一个或多个接近传感器;主体为由可用作背投屏幕的薄膜材料制成的密闭中空球状体或类球状体,内部充满密度小于空气的气体;底部包括一个或多个背投式投影仪、无线通信模块、微控制器、电池、方向及转向控制装置、摄像装置、声音采集及再现装置、高度传感器以及其他传感器等。固定端包括无线通信模块、控制设备、充电接口以及其他数据接口等。本实用新型的带投影仪的飞行机器人便于进行人机交互,适合在室内和室外环境中使用。
【专利说明】
带投影仪的飞行机器人
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种飞行机器人,具体地,本实用新型涉及一种带投影仪的飞行机器人。
【背景技术】
[0002]近年来,智能机器人开始走进人们的生活,在各个方面为人类提供方便、快捷的帮助和服务。例如,清洁机器人可以自动清洁地面、窗户等;娱乐机器人可以通过语音、声光、动作及触碰反应等与人进行互动。
[0003]这些智能机器人按运动方式主要分为地面式和飞行式两种。地面机器人主要依靠轮式或履带运动平台进行运动,如吸尘机器人、无线遥控车、自动平衡车等;而飞行机器人多以旋翼构造的飞行器为主,例如多轴飞行器等。
[0004]然而,一方面,地面机器人易受地形和地面障碍物等地面环境影响,运动范围受到很大限制,例如不能或不方便上下楼梯、翻越诸如家具等障碍物。另一方面,出于提高灵活性的考虑,地面机器人通常体积较小并且靠近地面运动,所以即使安装显示或交互装置,其尺寸也非常有限,并且由于视角较低,不易于被观察到并且不方便与使用者进行直接交互。
[0005]与地面机器人相比,飞行机器人的运动范围不再受地形和地面障碍物的限制,因此运动范围有了很大提高。飞行机器人一般由螺旋桨提供动力,为了产生足够的动力,螺旋桨需高速旋转,这对于靠近飞行机器人的人或物体具有很大的危险性,一旦发生触碰,会对彼此造成很大损害。另外,飞行机器人的飞行时间与飞行器的重量和体积成反比,一般民用无人飞行器的理论续航时间不超过20分钟,在进行机动飞行时不超过10分钟,并且只能搭载非常有限的载荷,如摄像头和通信设备等。如果需要搭载其他设备例如人机交互显示器等,飞行器的重量会超过几公斤,动力系统消耗的功率会超过几百瓦,由此导致飞行时间进一步缩短并且噪音较大,不利于进行人机交互体验。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型针对以上现有智能机器人存在的问题,提供一种续航时间长,便于进行人机交互的室内和室外用飞行机器人。
[0007]根据本实用新型的一个方面,提供一种带投影仪的飞行机器人,以下简称为飞行机器人。飞行机器人包括:运动端,其包括顶部、主体和底部,其中顶部包括升力系统,底部包括运动端控制/功能组件以及一个或多个投影仪;固定端,其包括固定端控制/功能组件。其中,运动端与固定端能够通过运动端控制/功能组件和固定端控制/功能组件进行无线通信,投影仪能够向主体投射外部可见的影像。
[0008]本实用新型的飞行机器人包括能够以无线通信方式进行通信的运动端和固定端,运动端和固定端采用分布式工作模式,即运动端实现飞行运动、数据采集与传输、人机交互等功能,固定端实现数据收集、数据处理与分析、对运动端进行飞行、交互控制以及充电等功能。这种分布式设计使得运动端的重量大大降低,从而减小动力系统的功率消耗并因此降低其飞行时的噪音,使长时间的飞行和飞行时的人机交互成为可能。
[0009]根据本实用新型的一种实施方式的飞行机器人,其中,运动端为大致球形(如图2和图3所示),其包括通过已知的方式(例如通过电线和数据线路等)连接并固定在一起的顶部、主体和底部。当然,本领域技术人员可以想到,可以将运动端制成其他适合的形状。
[0010]运动端的主体构成了大致球形的绝大部分,其由可用作背投屏幕的柔性薄膜材料制成。主体内部充满密度小于空气的气体,并且内部气体保持一定压强使主体表面平整。这样,当主体充满所述气体时,主体在空气中会具有一定的浮力,并且由于薄膜材料较轻,主体体积越大,浮力也会越大。这使得可以进一步降低运动端的重量和升力系统所需要的功率。
[0011]根据本实用新型的一种实施方式,运动端的顶部包括用来提供运动端飞行时所需要的升力的升力系统和一个或多个接近传感器,在本实用新型的其他实施方式中,所述一个或多个接近传感器也可位于运动端的底部。由于本实用新型的飞行机器人飞行所需的总升力由主动升力和自身浮力构成,所以浮力越大主动升力就可以越小,根据本实用新型的一方面,升力系统包括构成球体的一部分的顶部壳体和容纳在顶部壳体内的风扇,其中所述风扇可以是离心式风扇、轴流式风扇或本领域技术人员可以想到的其他风扇。所述顶部壳体具有顶部中央开口和沿着顶部壳体的下侧周缘间隔地设置的多个侧部开口。当风扇旋转时,空气被从顶部中央开口吸入,经过风扇的作用,从所述多个侧部开口高速喷出。根据“边界层吸附效应(或康达效应)”,如果平顺地流动的流体经过具有一定弯度的凸表面的时候,有向凸表面吸附的趋向,所以从风扇高速喷出的空气会高速流过球状主体上表面,同时又根据“边界层表面效应(或伯努利效应)”,当流体速度加快时,物体与流体接触的界面上的压力会减小,所以高速空气流会造成球体上表面空气压力降低,从而在主体的上下侧表面之间形成压力差,产生主动升力。所述一个或多个接近传感器用于感测飞行机器人与周围人或物体的距离,避免距离过近而发生碰撞。
[0012]根据本实用新型的一种实施方式,运动端的底部可包括运动端控制/功能组件和一个或多个背投式投影仪,所述运动端控制/功能组件可以包括例如无线通信模块、微控制器、电池、方向及转向控制装置、摄像装置、声音采集及再现装置和传感器等,所述传感器可以是高度传感器以及其他传感器。
[0013]固定端可包括固定端控制/功能组件,所述固定端控制/功能组件可以包括例如无线通信模块、控制设备、充电接口和其他数据接口等。
[0014]根据本实用新型的一种实施方式,运动端的无线通信模块能够与固定端的无线通信模块进行无线通信,向固定端的无线通信模块传输由运动端的例如声音采集装置、摄像装置以及传感器等所采集的数据信息,并从固定端的无线通信模块接收固定端控制设备的控制指令并将其传递至运动端的微控制器,所述无线通信模块可以是W1-Fi模块或无线模块等。运动端的微控制器能够根据由固定端的控制设备发出的控制指令和数据信息对运动端进行控制,从而控制运动端的飞行状态、显示内容、声音内容等。电池能够储存电能并向运动端控制/功能组件等供电,其可以通过固定端的充电接口进行充电。
[0015]背投式投影仪能够由主体内向主体外投射影像,并将主体用作显示屏在形成主体的柔性薄膜上成像,以用于人机交互。由背投式投影仪投射的影像可覆盖球体的大部分范围,例如可实现60-360度投影,显示面积较大,有助于近距离或较远距离的人机交互,可用于广告播放、咨询显示等。
[0016]方向及转向控制装置能够控制运动端的飞行方向及自身转向,其可以是一个或多个风扇,例如但不限于带有彼此成一定角度布置的三个或更多个阀门的一个风扇;彼此成一定角度布置的三个或更多个风扇;彼此成一定角度布置的可反向旋转的两个或更多个风扇;方向及转向控制装置还可以是除了风扇之外本领域技术人员已知的其他装置。
[0017]摄像装置能够采集运动端所处环境的影像,包括与运动端进行交互的人以及他们做出的动作等,以根据动作进行人机交互。声音采集及再现装置可以是麦克风和扬声器等,能够通过声音进行人机交互。高度传感器能够感测运动端距地面或其他物体的高度数据。其他传感器可根据需要包括但不限于温度传感器、湿度传感器、陀螺仪、磁力计以及加速度传感器等。
[0018]固定端的无线通信模块能够与运动端的无线通信模块进行无线通信,接收由运动端的例如声音采集及再现装置、摄像装置以及传感器等所采集的数据信息,并向运动端的无线通信模块发送控制设备的控制指令,例如控制运动端的飞行状态和投影仪的投射内容。
[0019]固定端的控制设备可以是能够进行数据处理及分析、逻辑运算、发送控制指令以及人机交互等任务的任务计算机,其可自动或根据操作人员的指令向运动端发送控制指令。固定端的充电接口能够对运动端充电,根据本实用新型的其他实施方式,充电接口还可以是触点、插座等其他已知形式。固定端的其他数据接口可用于接入网络或其他计算机设备等。
[0020]根据本实用新型的一种实施方式的飞行机器人能够响应于动作或声音而显示影像或播放声音。
[0021]根据本实用新型的其他实施方式,固定端还可以是灯座形式的底座,其包括充电装置,当运动端在固定端上充电时,投影仪能够在主体上投射影像,所述影像包括变色光或纯色光等,这时飞行机器人可作为装饰灯或照明灯使用。
[0022]根据本实用新型的另一方面,运动端还可包括存储器,在固定端关闭或者无法与其进行无线通信时,运动端的投影仪和声音再现装置可自行显示或播放存储器中预先存储的视频和音频,或者运动端的微控制器可根据存储器中预先存储的指令对运动端进行控制。
[0023]根据本实用新型的飞行机器人具有以下优点:
[0024]I)带有背投式投影仪,能够在机器人主体上投影,可在不增加重量的情况下扩大显示面积,便于进行人机交互;
[0025]2)采用分布式设计,使得运动端的重量大大降低,从而减小动力系统的功率消耗并提高其在室内环境使用的安全性;
[0026]3)主体内部充满密度小于空气的气体,使主体在空气中会具有一定的浮力,这使得可以进一步降低运动端的重量和动力系统所需要的功率;
[0027]4)由于降低了运动端的重量和动力系统的功率,使其在飞行时的噪音大大降低,从而使长时间的飞行和飞行时的人机交互成为可能;
[0028]5)运动端为球状体或类球状体,体积较大,空气阻力也较大,飞行速度不至于过快,主体本身可使用柔性材料制成,并且风扇的扇叶被围绕在顶部壳体内,即使在失控的情况下与周围的人或物发生碰撞,也不会造成伤害。
【附图说明】
[0029]图1是根据本实用新型的一种实施方式的带投影仪的飞行机器人的整体示意图;
[0030]图2是图1中带投影仪的飞行机器人的运动端的从上侧观察的立体图;
[0031]图3是图1中带投影仪的飞行机器人的升力系统产生升力的原理示意图;
[0032]图4是图2中运动端的从下侧观察的立体图;
[0033]图5是图1中带投影仪的飞行机器人的固定端的示意图;
[0034]图6是根据本实用新型的另一种实施方式的带投影仪的飞行机器人的整体示意图,其中固定端为灯座型底座。
【具体实施方式】
[0035]下面,参照附图详细描述本实用新型的带投影仪的飞行机器人。这里所描述的内容仅仅是本实用新型的优选实施方式,本领域技术人员可以根据本实用新型的教导想到能够实现本实用新型的其他方式。本文中出现的方位术语,例如“上”、“下”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“水平”、“竖直”等是相对于飞行机器人自身而言的。
[0036]图1是根据本实用新型的一种优选实施方式的带投影仪的飞行机器人10的整体示意图。如图1所示,根据本实用新型的一种优选实施方式的飞行机器人10包括能够以无线通信方式进行通信的运动端100和固定端200,运动端100和固定端200采用分布式工作模式,即运动端100实现飞行运动、数据采集与传输、人机交互等功能,固定端200实现数据收集、数据处理与分析、对运动端进行飞行、交互控制以及充电等功能。其中,运动端100为大致球形(如图2-图4所示),其包括通过已知的方式(例如通过电线和数据线路等)连接并固定在一起的顶部110、主体120和底部130。当然,本领域技术人员可以想到,可以将运动端制成其他适合的形状。
[0037]图2是图1中带投影仪的飞行机器人10的运动端100的从上侧观察的立体图。如图2所示,主体120构成了大致球形的绝大部分,其由可用作背投屏幕的柔性薄膜材料制成。主体直径d可根据使用环境进行选择,在家庭室内使用时主体直径d可以在例如30cm到80cm之间,优选在50cm到60cm之间,在一种实施方式中可为例如55cm;在商场或体育馆等公共或商业场所内使用时主体直径d可以在例如80cm到300cm之间,优选在130cm至Ij250cm之间,在一种实施方式中可为例如200cm;在开放场所例如室外诸如广场或体育场使用时主体直径d可以在例如300cm以上,甚至350cm以上,在一种实施方式中可为例如400cm。考虑到耐用性及透光性等要求,形成主体120的薄膜材料可以选自聚乙烯、尼龙、涤纶、橡胶等。薄膜厚度可以小于0.7mm,例如在0.1mm到0.7mm之间,优选在0.2mm到0.6mm之间,在一种实施方式中可为例如约0.2mm。主体120内部充满密度小于空气的气体,例如氦气、热空气或其他轻于空气的气体,并且内部气体保持一定压强P使主体表面平整,压强P为一个大气压强Pa?或略大于一个大气压强Patm,例如介于1.05Patm到1.20Patm之间,在一种实施方式中可为例如1.1OPatm,其中所述大气压强Pa?是环境压强,可能随着具体的地理位置或天气情况等略有变化。这样,当主体120充满所述气体例如氦气时,主体120在空气中会具有一定的浮力,并且由于薄膜材料较轻,主体120的直径d越大,浮力也会越大。这使得可以进一步降低运动端100的重量和升力系统112所需要的功率。
[0038]顶部110包括用来提供运动端100飞行时所需要的升力的升力系统112以及一个或多个接近传感器114。根据本实用新型的一种优选实施方式,升力系统112包括:构成球体的一部分的顶部壳体1120;容纳在顶部壳体1120内的风扇1121 (如图3所示),其中所述风扇1121可以是离心式风扇、轴流式风扇或本领域技术人员可以想到的其他风扇。所述顶部壳体1120具有顶部中央开口 1123和多个侧部开口 1122。如图2和图3所示,多个侧部开口 1122沿着顶部壳体1120的下侧周缘间隔地设置。
[0039]图3是图1中带投影仪的飞行机器人10的升力系统112产生升力的原理示意图,其中细箭头表示空气流动方向,粗箭头表示空气压力。如图3所示,当风扇1121旋转时,空气被从顶部壳体1120的顶部中央开口 1123吸入,经过风扇1121的作用,从沿着顶部壳体1120的下侧周缘间隔地设置的多个侧部开口 1122高速喷出。根据“边界层吸附效应(或康达效应)”,如果平顺地流动的流体经过具有一定弯度的凸表面的时候,有向凸表面吸附的趋向,所以从多个侧部开口 1122高速喷出的空气会高速流过主体120的上侧表面,同时又根据“边界层表面效应(或伯努利效应)”,当流体速度加快时,物体与流体接触的界面上的压力会减小,所以高速空气流会造成主体120的上侧表面空气压力P上降低,导致上侧表面空气压力P上小于下侧表面空气压力PT,从而在主体120的上下侧表面之间形成压力差Δ P = P下-P上,从而产生主动升力。本实用新型的飞行机器人的总升力为自身浮力与主动升力之和,在一些情况下,主动升力为总升力的约5%,甚至更低。
[0040]如图2所示,所述一个或多个接近传感器114设置在顶部壳体1120的下侧周缘上,能够感测飞行机器人10与周围人或物体的距离,避免距离过近而发生碰撞。当然,本领域技术人员可以想到在本实用新型的其他实施方式中,接近传感器114也可布置在飞行机器人10的其他位置,例如底部130,或者顶部110与底部130均有。
[0041 ]图4是图2中运动端100的从下侧观察的立体图。如图2和图4所示,底部130包括:底部壳体1301;容纳在底部壳体1301内的投影仪131、无线通信模块132、微控制器133、电池134、方向及转向控制装置135、摄像装置136、声音采集及再现装置137、高度传感器138以及其他传感器等(未示出)。在一些实施方式中,投影仪131可以是微型背投式投影仪。
[0042]图5是图1中带投影仪的飞行机器人10的固定端200的示意图。如图5所示,固定端200包括无线通信模块220、控制设备240和充电接口 260。在一种实施方式中,固定端200还包括其他数据接口(未示出)。
[0043]根据本实用新型的实施方式,运动端100的无线通信模块132能够与固定端200的无线通信模块220进行无线通信,向固定端200的无线通信模块220传输由运动端100的声音采集及再现装置137、摄像装置136以及传感器等所采集的数据信息,并从固定端200的无线通信模块220接收固定端200的控制设备240的控制指令并将其传递至运动端100的微控制器133,无线通信模块132和220可以是W1-Fi模块或无线模块等。微控制器133能够根据由固定端200的控制设备240发出的控制指令和数据信息对运动端100进行控制,从而控制运动端100的飞行状态、显示内容、声音内容等。电池134能够储存电能并向运动端100供电,其可以通过固定端200的充电接口 260进行充电。
[0044]根据本实用新型,投影仪131能够由主体120内向外投射影像,并将主体120用作显示屏在形成主体120的柔性薄膜上成像,以用于人机交互。由投影仪131投射的影像122可覆盖主体120的大部分范围,例如可实现60-360度投影。
[0045]此外,根据本实用新型的实施方式,方向及转向控制装置135能够控制运动端100的飞行方向及自身转向,其可以是一个或多个风扇。在一种实施方式中,方向及转向控制装置135可以是带有彼此成一定角度布置的三个或更多个阀门的一个风扇,其中可通过控制阀门的关闭控制运动端100的飞行方向及自身转向。在另一种实施方式中,方向及转向控制装置135可以是彼此成一定角度布置的三个或更多个风扇。在又一种实施方式中,方向及转向控制装置135可以是彼此成一定角度布置的可反向旋转的两个或更多个风扇。当然,本领域技术人员可以理解,方向及转向控制装置还可以是除了风扇之外的其他装置。
[0046]另外,根据本实用新型的实施方式,摄像装置136能够采集运动端100所处环境的影像,包括与运动端100进行交互的人以及他们做出的动作等,以根据动作进行人机交互。声音采集及再现装置137可以是麦克风和扬声器等,能够通过声音进行人机交互。高度传感器138能够感测运动端100距地面或其他物体的高度。其他传感器可根据需要包括但不限于温度传感器、湿度传感器、陀螺仪、磁力计以及加速度传感器等。
[0047]根据本实用新型的实施方式,固定端200的无线通信模块220能够与运动端100的无线通信模块132进行无线通信,接收由运动端100的例如声音采集及再现装置137、摄像装置136以及传感器等所采集的数据信息,并向运动端100的无线通信模块132发送控制设备240的控制指令,例如控制运动端100的飞行状态和投影仪131的投射内容。
[0048]此外,固定端200的控制设备240可以是能够进行数据处理及分析、逻辑运算、发送控制指令以及人机交互等任务的任务计算机,其可根据预先存储的程序自动或根据操作人员的指令向运动端100发送控制指令。充电接口 260能够对运动端充电,在本实用新型的在其他实施方式中,充电接口 260还可以是触点、插座等其他已知形式。其他数据接口(未示出)可用于接入网络或其他计算机设备等。
[0049]图6是根据本实用新型的另一种实施方式的带投影仪的飞行机器人10的整体示意图。如图所示,固定端300为灯座型底座。当运动端100在固定端300上充电时,飞行机器人10内部的背投式投影仪131可投射出影像,所述影像包括变色光或纯色光等,这时飞行机器人10可作为装饰灯或照明灯使用。
[0050]根据本实用新型的其他实施方式,运动端100可包括存储器(未示出),在固定端200关闭或者无法与其进行无线通信时,运动端100的投影仪131和声音采集及再现装置137可自行显示或播放存储器中预先存储的视频或音频,或者运动端100的微控制器133可根据存储器中预先存储的指令对运动端100进行控制。
[0051]以上参照附图对本实用新型的实施例进行了具体的描述。但是,本领域技术人员应该理解,上面的具体描述仅仅是举例性质的,用于说明性的目的,并非是用来限制本实用新型的保护范围。例如,接近传感器114可放置于球体顶部,或底部,也可上下均有;控制设备240可包括任何适合类型的通用微处理器、数据信号处理器、微控制器、专用硬件等。控制设备240还可包括或可连接到随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、储存设备、网络接口等;控制设备240可执行计算机程序指令序列以实施各种程序。
[0052]本实用新型的保护范围仅由权利要求限定。得益于本实用新型的教导,本领域技术人员可以根据具体情况对本实用新型做出各种变型、修改或者替换而不脱离本实用新型的范围。
【主权项】
1.一种带投影仪的飞行机器人,其特征在于,包括: 运动端,其包括顶部、主体和底部,其中顶部包括升力系统,底部包括运动端控制/功能组件以及能够向主体投射外部可见影像的一个或多个投影仪; 固定端,其包括固定端控制/功能组件; 其中,运动端与固定端能够通过运动端控制/功能组件和固定端控制/功能组件进行无线通信。2.根据权利要求1所述的飞行机器人,其特征在于,主体由薄膜材料构成,其内部充满密度小于空气的气体。3.根据权利要求1所述的飞行机器人,其特征在于,升力系统包括顶部壳体和容纳在顶部壳体内的风扇,顶部壳体包括顶部中央开口和多个侧部开口。4.根据权利要求2所述的飞行机器人,其特征在于,升力系统包括顶部壳体和容纳在顶部壳体内的风扇,顶部壳体包括顶部中央开口和多个侧部开口。5.根据权利要求3或4所述的飞行机器人,其特征在于,所述风扇为离心式风扇或轴流式风扇。6.根据权利要求1所述的飞行机器人,其特征在于,升力系统包括顶部壳体和容纳在顶部壳体内的风扇,以便为飞行机器人提供其所需总升力的约5%。7.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的飞行机器人,其特征在于,所述投影仪为提供60-360度影像的投影仪。8.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的飞行机器人,其特征在于,运动端控制/功能组件和/或固定端控制/功能组件包括一个或多个接近传感器。9.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的飞行机器人,其特征在于,运动端控制/功能组件为能够使飞行机器人响应于动作或声音而显示影像或播放声音的控制/功能组件。10.根据权利要求7所述的飞行机器人,其特征在于,固定端为灯座型底座,其包括充电装置,当运动端在固定端上充电时,投影仪能够在主体上投射影像。11.根据权利要求10所述的飞行机器人,其特征在于,所述投影仪为提供包括变色光或纯色光的影像的投影仪。12.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的飞行机器人,其特征在于,运动端包括存储器,在运动端无法与固定端进行无线通信时,运动端能够自行显示或播放存储器中预先存储的视频或音频,或者能够执行存储器中预先存储的指令。13.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的飞行机器人,其特征在于,运动端的形状大致为球形。
【文档编号】G03B21/14GK205652330SQ201620419585
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年5月10日 公开号201620419585.5, CN 201620419585, CN 205652330 U, CN 205652330U, CN-U-205652330, CN201620419585, CN201620419585.5, CN205652330 U, CN205652330U
【发明人】杨帆
【申请人】北京艾肯拓科技有限公司
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