1.本实用新型专利涉及旋翼无人机技术领域，尤其是一种旋翼无人机的喷气辅助装置。


背景技术：

2.目前市场上的无人机大多是旋翼无人机，该类无人机抗风能力较差，且载重能力较低。无人机飞行过程中无法避免风对无人机产生的作用力，无人机在该作用力下会产生一定的倾斜；当多旋翼飞行器飞行倾斜角度超过30
°
时，旋翼升力骤降，会导致其加速下坠，无人机会失去平衡难以控制。在高空中飞行时，风力大小和方向上的变化是无法预测的，常规的无人机通过改变俯仰角和横滚角来改变无人机自身升力的方向来对抗风阻，而在这期间容易产生位置上的偏移，如果带有航拍摄像头还会影响其拍摄的角度和稳定性。
3.常见的无人机采用搭载超声波或雷达的方法实现避障功能。在无人机的飞行过程中，无人机与障碍物的相对速度较大，当超声波或雷达检测到时反应的时间过小，改变俯仰角和横滚角来实现向左或向右的避障需要一定的时间，在高速的飞行中往往无法及时避障。无人机常采用物理避障的方法，主要为安装保护壳和安装缓冲装置两种方法。例如专利号cn109466758b公开的具有球型防摔护架的无人机装置，其装置全面的覆盖了无人机，且无法搭载摄像头进行航拍；例如专利号cn211336433u公开的一种无人机避障防撞装置，采用了弹簧作为其中的缓冲装置。上述两种专利都采用了物理结构来被动避障，无法解决无人机在高速飞行时，与障碍物之间的相对速度过大，发生撞击时的冲击力过大时依然会对无人机造成严重的损伤，存在坠机的风险。
4.现有的无人机在起降过程中全部靠桨叶提供升降力，一般的民用无人机都搭载摄像头进行远程操作，会导致机身重量不平衡。在起降过程中容易发生机身倾斜和重心偏移等问题。斜面起降过程中，如果仅靠桨叶提供升力，这时的升力是倾斜的，垂直分力用于克服无人机的重力，而水平分力会进一步加快无人机的机身倾斜和重心偏移失衡方向发展，增加了无人机发生侧翻现象，限制了无人机在起降时的斜面角度，进一步限制了无人机的起降环境。如何解决现有的技术问题成了相关领域技术人员急需解决的。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种旋翼无人机的喷气辅助装置。通过喷气辅助装置朝风向的同方向喷气提升了无人机的抗风能力。通过搭载三轴云台和摄像头，并采用喷气辅助装置的喷气方式，提升了无人机的主动避障能力和响应速度。通过各个喷气辅助装置喷气力度的不同，让无人机的起降更加简单平稳，提高了无人机的可靠性。
6.本实用新型的一种旋翼无人机的喷气辅助装置，包括无人机机体、视觉模块和喷气辅助装置。所述的视觉模块包括三轴云台和摄像头，三轴云台安装在无人机正上方，令摄像头的朝向始终与无人机飞行方向保持一致或360
°
旋转观测无人机四周环境。摄像头安装在三轴云台上，用导线与控制器相连接。
7.所述的喷气辅助装置包括底座、转轴、连接杆以及喷气装置。
8.所述的底座和转轴分别实现水平和竖直方向上旋转任意角度，底座和转轴的旋转角度由电机控制，电机通过导线与控制器相连接，接收控制器发送的控制指令，实现控制各自旋转角度。
9.所述的连接杆顶部与底座固定，连接杆底部上设置轴承与转轴连接。
10.所述的喷气装置包括电机、风扇、进气口、喷气口和过滤网。喷气装置的电机上下位置均设有风扇，设置双风扇来提高喷气效率。电机上方的风扇与进气口之间安装过滤网，上层过滤网在喷气装置工作时，防止吸入灰尘异物堵塞。电机下方的风扇与喷气口之间安装过滤网，下层过滤网在喷气装置未工作时，防止灰尘异物从喷气装置的喷气口进入风扇中，避免风扇堵塞停转的发生。通过电机工作带动风扇旋转，实现喷气装置的喷气功能。喷气装置的电机使用导线与控制器连接，接收控制器发送的控制指令。
11.所述的喷气装置上端两侧均设有三个等距排列的圆形进气口，喷气装置工作时所需喷出的气体由上方的进气口吸入，再通过喷气口喷出。
12.旋翼无人机的抗风方法，包括以下步骤：
13.步骤一、无人机在空中飞行过程中遇到气流，控制器对俯仰角和横滚角的变化程度进行运算处理，获得气流对无人机作用的气流方向和气流大小。
14.步骤二、控制器根据气流方向并发送相应的控制指令给底座和转轴，转轴顺时针旋转90
°
与底座垂直，底座旋转一定角度，令喷气方向与气流方向相同，此时喷气辅助装置为抗风状态。
15.步骤三、控制器根据气流大小并发送控制指令给喷气装置中的电机，通过控制电机转速，实现控制无人机各个喷气辅助装置喷气力度大小，完成抗风功能。
16.旋翼无人机的避障方法，包括以下步骤：
17.步骤一、无人机在空中飞行时，摄像头判断到有物体在路径上，控制器对物体的飞行轨迹进行运算处理，获得物体相对运动方向和物体相对运动速度。
18.步骤二、控制器根据物体相对运动方向并发送相应的控制指令给底座和转轴，底座和转轴旋转一定角度，令喷气方向与物体相对运动方向垂直。
19.步骤三、控制器根据物体相对运动速度并发送控制指令给喷气装置中的电机，通过控制电机转速，实现控制无人机各个喷气辅助装置喷气力度大小，实现避障功能。
20.旋翼无人机故障的紧急应对方法，包括以下步骤：
21.步骤一、控制器检测到某一喷气辅助装置上方的电机停止工作，不平衡的转矩令无人机开始逆时针旋转，且无法在该方向上提供升力。
22.步骤二、控制器根据故障旋翼的位置和旋转方向，发送控制指令控制各个喷气辅助装置的状态，故障旋翼下方的喷气辅助装置竖直向下喷气，相邻的两个喷气辅助装置保持不变。故障旋翼斜对角的喷气辅助装置收到控制指令后，该喷气辅助装置的喷气口调整为故障旋翼旋转相反的方向，抵消该旋翼旋转时产生的扭矩，防止无人机原地打转无法控制。
23.步骤三、根据俯仰角、横滚角和偏航角的变化来调整各个喷气辅助装置的喷气力度，令俯仰角、横滚角和偏航角保持不变，保持无人机的稳定，安全降落至地面。
24.旋翼无人机的斜面辅助起飞方法，包括以下步骤：
25.步骤一、无人机放置在斜面上并解锁后，获得俯仰角和横滚角的初始数据。
26.步骤二、控制器获得俯仰角和横滚角的初始数据判断无人机平面与水平面的关系，经过运算处理获得平面校正补偿量，该补偿量在起飞时赋予相应的喷气辅助装置喷气的初始力度，用于补偿无人机平面至水平面。
27.步骤三、发出起飞指令，在起飞过程中实时获取无人机俯仰角和横滚角并监控无人机的状态，控制器根据俯仰角和横滚角的变化程度，发送相应的指令来控制喷气装置中的电机转速，实时调整无人机各个喷气辅助装置喷气力度大小，无人机整体达到水平状态后，控制无人机旋翼开始旋转提供升力。当无人机离地面达到设定的高度时，喷气辅助装置逐渐减小喷气力度，直到停止喷气，完成无人机在斜面上的平稳起飞。
28.旋翼无人机的斜面辅助降落方法，包括以下步骤：
29.步骤一、无人机操作模式切换为降落模式，降落模式中的无人机缓慢下降，控制器实时获取无人机俯仰角和横滚角并监控无人机的状态，此时俯仰角和横滚角基本保持不变。
30.步骤二、当俯仰角和横滚角发生变化时，这是无人机的一部分脚架接触到地面所导致的。控制器根据俯仰角和横滚角发送控制指令控制喷气装置中的电机转速，实时调整无人机各个喷气辅助装置喷气力度大小和喷气角度。同时缓慢减小旋翼的转速，并让无人机保持当前的俯仰角和横滚角不变。
31.步骤三、当旋翼的桨叶停止旋转时，进一步缓慢减小无人机各个喷气辅助装置的喷气力度大小，并利用俯仰角和横滚角实时调整喷气角度，始终让无人机各个喷气辅助装置的喷气方向竖直向下，直到俯仰角和横滚角不发生变化，喷气辅助装置完成工作停止喷气，实现无人机的平稳降落。
32.当无人机装载设备的载荷超过无人机所能承载的极限时，无人机喷气辅助装置可在辅助起飞的状态下，各个喷气辅助装置同时竖直向下喷气，进一步提升无人机的最大载重。
33.本实用新型具有的有益效果是：
34.(1)提升了无人机在飞行过程中的抗风能力，无人机的俯仰角和横滚角达到30
°
时，无人机此时抗风能力达到极限，倘若风速继续增大，则无人机无法提供足够的升力维持自身平衡，发生坠机现象。通过针对风向的喷气辅助装置喷气，能进一步提高无人机的抗风能力，减小气流对无人机飞行速度的影响，解决了无人机在飞行过程中遭遇强气流时倾斜角度过大的问题，避免侧翻现象的发生，保障无人机在空中安全飞行，提高了无人机的可靠性。
35.(2)提升了无人机主动避障能力，无人机搭载三轴云台和摄像头，在飞行路径上用视觉判断飞行路径上是否存在物体，相较于改变无人机的俯仰角和横滚角的方法，通过喷气辅助装置的喷气方式，能够极短的时间内改变无人机的飞行方向，大幅度提升了无人机避障的响应速度，并根据物体运行轨迹和方向选择无人机规避的方向，令无人机的避障响应更加迅速。
36.(3)结合无人机的俯仰角和横滚角，控制无人机各个喷气辅助装置的喷气力度大小，令无人机达到水平状态后旋翼再旋转提供升力，保证无人机在起飞过程中不被气流变化或重心偏移的影响，辅助无人机起飞更加快速平稳，降落时更加的平滑稳定，避免无人机
因降落速度过快而无法平稳降落，防止无人机发生侧翻。
37.(4)当无人机其中的旋翼、电机或电调出现故障时，出现故障的旋翼无法提供升力，导致无人机升力不平衡发生炸机情况。令故障旋翼下方的喷气辅助装置竖直向下喷气，相邻的两个喷气辅助装置保持不变。故障旋翼斜对角的喷气辅助装置，将喷气口调整为故障旋翼旋转相反的方向，抵消该旋翼旋转时产生的扭矩，防止无人机原地打转无法控制，避免无人机从高处坠落的损失，提高了无人机的可靠性。
38.(5)无人机喷气口向下喷气时，能够有效提升无人机的载重能力。
附图说明
39.图1是旋翼无人机的整体图；
40.图2是旋翼无人机的喷气辅助装置图；
41.图3是旋翼无人机的喷气装置图；
42.图4是旋翼无人机的抗风状态图；
43.图5是旋翼无人机的避障状态图；
44.图6是旋翼无人机故障的紧急应对状态图；
45.图7是旋翼无人机的辅助起飞图；
46.图8是旋翼无人机的辅助降落图；
47.图9是旋翼无人机的提升载重图。
具体实施方式
48.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。
49.如图1所示，本实用新型的一种旋翼无人机的喷气辅助装置，包括无人机机体、视觉模块和喷气辅助装置。视觉模块包括三轴云台和摄像头，三轴云台由三个互相垂直的俯仰轴、横滚轴、偏航轴和底座组成。底座与无人机主体的机身顶部固定。横滚轴和俯仰轴用于保持摄像头处于水平位置，偏航轴实现摄像头360
°
旋转，令摄像头的朝向始终与无人机飞行方向保持一致。摄像头安装在无人机正上方的三轴云台上，用导线与控制器相连接。
50.如图2所示，喷气辅助装置包括底座1、连接杆2、转轴3以及喷气装置4。底座1和转轴3分别实现水平和竖直方向上旋转任意角度，底座1和转轴3由电机控制，电机通过导线与控制器相连接，接收控制器发送的控制指令，实现控制各自旋转角度。连接杆2顶部与底座1固定，连接杆2底部上设置轴承与转轴3连接。喷气装置4顶部与转轴3连接。
51.如图3所示，喷气装置4包括电机4
‑
1、风扇4
‑
2、进气口4
‑
3、喷气口4
‑
4和过滤网4
‑
5。喷气装置4的电机4
‑
1上下位置均设有风扇4
‑
2，设置双风扇来提高喷气效率。电机4
‑
1上方的风扇4
‑
2与进气口4
‑
3之间安装过滤网4
‑
5，上层过滤网4
‑
5在喷气装置4工作时，防止吸入灰尘异物堵塞。电机4
‑
1下方的风扇4
‑
2与喷气口4
‑
4之间安装过滤网4
‑
5，下层过滤网4
‑
5在喷气装置4未工作时，防止灰尘异物从喷气装置4的喷气口4
‑
4进入风扇4
‑
2中，避免风扇4
‑
2堵塞停转的发生。通过电机4
‑
1工作带动风扇4
‑
2旋转，实现喷气装置4的喷气功能。喷气装置4上端设有六个等距排列的圆形进气口4
‑
3，喷气装置4工作时所需喷出的气体由上方的进气口4
‑
3吸入，再通过喷气口4
‑
4喷出。喷气装置4的电机4
‑
1使用导线与控制器连接，接收控制器发送的控制指令。
52.如图4所示，旋翼无人机的抗风方法，包括以下步骤：
53.步骤一、无人机在空中飞行过程中遇到气流，控制器对俯仰角和横滚角的变化程度进行运算处理，获得气流对无人机作用的气流方向和气流大小。
54.步骤二、控制器根据气流方向并发送相应的控制指令给底座1和转轴3，转轴3顺时针旋转90
°
与底座1垂直，底座1顺时针旋转15
°
，令喷气方向与气流方向相同，此时喷气辅助装置为抗风状态。
55.步骤三、控制器根据气流大小并发送控制指令给喷气装置4中的电机4
‑
1，通过控制电机4
‑
1转速，实现控制无人机各个喷气辅助装置喷气力度大小，完成抗风功能。
56.如图5所示，旋翼无人机的避障方法，包括以下步骤：
57.步骤一、无人机在空中飞行时，摄像头判断到有物体在路径上，控制器对物体的飞行轨迹进行运算处理，获得物体相对运动方向和物体相对运动速度。
58.步骤二、控制器根据物体相对运动方向并发送相应的控制指令给底座1和转轴3，默认设定无人机朝机头方向的右侧避障，底座1顺时针旋转90
°
，转轴3顺时针旋转90
°
，令喷气方向与物体相对运动方向垂直。
59.步骤三、控制器根据物体相对运动速度并发送控制指令给喷气装置4中的电机4
‑
1，通过控制电机4
‑
1转速，实现控制无人机各个喷气辅助装置喷气力度大小，实现避障功能。
60.如图6所示，旋翼无人机故障的紧急应对方法，包括以下步骤：
61.步骤一、控制器检测到喷气辅助装置m1上方逆时针旋转的电机停止工作，因缺失逆时针旋转的旋翼，不平衡的转矩令无人机开始逆时针旋转，且无法在该方向上提供升力。
62.步骤二、控制器根据故障旋翼的位置和旋转方向，发送控制指令控制各个喷气辅助装置的状态，喷气辅助装置m1喷气口为竖直向下，喷气辅助装置m2和喷气辅助装置m3保持不变。故障旋翼斜对角的喷气辅助装置m4收到控制指令后，喷气脚m4的底座1顺时针旋转45
°
，转轴3顺时针旋转90
°
，令喷气辅助装置m4的喷气口4
‑
4调整为顺时针喷气，抵消旋翼逆时针旋转时产生的扭矩，防止无人机原地打转无法控制。
63.步骤三、根据俯仰角、横滚角和偏航角的变化，来调整各个喷气辅助装置的喷气力度，令俯仰角、横滚角和偏航角保持不变，保持无人机的稳定，安全降落至地面。
64.如图7所示，旋翼无人机的斜面辅助起飞方法，包括以下步骤：
65.步骤一、无人机放置在斜面上并解锁后，控制器获得俯仰角和横滚角的初始数据。
66.步骤二、控制器根据俯仰角和横滚角的初始数据判断无人机平面与水平面的关系，经过运算处理获得平面校正补偿量，该补偿量在起飞时赋予相应的喷气辅助装置喷气的初始力度，用于补偿无人机平面至水平面。
67.步骤三、发出起飞指令，在起飞过程中实时获取无人机俯仰角和横滚角并监控无人机的状态，控制器根据俯仰角和横滚角的变化程度，发送相应的指令来控制喷气装置4中的电机4
‑
1转速，实时调整无人机各个喷气辅助装置的喷气力度大小，无人机整体达到水平状态后，控制无人机旋翼开始旋转提供升力。当无人机离地面达到设定的高度时，喷气辅助装置逐渐减小喷气力度，直到停止喷气，完成无人机在斜面上的平稳起飞。
68.如图8所示，旋翼无人机的斜面辅助降落方法，包括以下步骤：
69.步骤一、无人机操作模式切换为降落模式，降落模式中的无人机缓慢下降，控制器
实时获取无人机俯仰角和横滚角并监控无人机的状态，此时俯仰角和横滚角基本保持不变。
70.步骤二、当俯仰角和横滚角发生变化时，这是无人机的一部分脚架接触到地面所导致的。控制器根据俯仰角和横滚角发送控制指令控制喷气装置4中的电机4
‑
1转速，实时调整无人机各个喷气辅助装置喷气力度大小和喷气角度。同时缓慢减小旋翼的转速，并让无人机保持当前的俯仰角和横滚角不变。
71.步骤三、当旋翼的桨叶停止旋转时，进一步缓慢减小无人机各个喷气辅助装置的喷气力度大小，并利用俯仰角和横滚角实时调整喷气角度，始终让无人机各个喷气辅助装置的喷气方向竖直向下，直到俯仰角和横滚角不发生变化，喷气辅助装置完成工作停止喷气，实现无人机的平稳降落。
72.如图9所示，无人机如需装载设备的载荷超过无人机所能承载的极限时，无人机喷气辅助装置可在辅助起飞的状态下，各个喷气辅助装置同时竖直向下喷气，提升无人机的最大载重。