本发明专利技术公开了无人机领域，本发明专利技术提供一种在重负荷条件下工作的无人机装置及控制方法，本发明专利技术的一种在重负荷条件下工作的无人机装置包括无人机主体结构和控制无人机各系统正常运行的主控单元，还包括为无人机提供向上拉力的气囊装置，所述气囊装置布置于无人机主体结构上方，其内部充斥有比空气密度小的轻密度气体，所述气囊装置还连接有用于排放其内部气体容量的排气装置，通过控制气囊装置内的气体容量使其产生的拉力是可调整的。本装置减少了无人机在重负荷条件下对机载能源的消耗，延长了无人机飞行作业时间，从而达到提升无人机的作业效率，扩大无人机在重负荷条件下的作业时间和作业范围，克服无人机在重负荷条件下使用受限制的缺点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种无人机领域，特别涉及一种在重负荷条件下工作的无人机装置及控制方法。
技术介绍
无人机又称为无人驾驶飞机、远程遥控或自巡航飞机，是一种成本低、损耗小、机动性高的可携带负载飞行器，已被广泛应用于军事、科研、民用等多种领域。在军事领域，无人机可应用于敌情侦查、通讯中继、早期预警、靶机训练等，甚至可直接组成无人机编队进行对敌作战；在科研领域，可用于飞行试验的验证、新设备及新方案的可行性模拟评估、航拍图像的获取、恶劣环境下的取样及条件监测等；在民用领域，无人机可用于农业墒情监测、农业施肥、灾情分析、工程监理、电网线路巡视等。在一些实际应用中，无人机技术已经取得了相当好的成果，人们已逐渐认识到它的巨大潜力与作用。
四旋翼无人机作为无人机的一种，通过安装在十字形机架结构四个顶端的主螺旋桨，产生气动力，无人机上设置有主控单元，主控单元将监测系统测得的无人机飞行状态换算成系统调节量。在无人机飞行过程中，通过主控单元调整主螺旋桨的转速，控制四翼无人机的飞行动作，实现垂直起降、自由悬停、前进、倒退、超低空飞行等多种空中姿态。如图1所示，四个主螺旋桨处在同一高度平面，第一主螺旋桨1和第三主螺旋桨3逆时针旋转，第二主螺旋桨2和第四主螺旋桨4顺时针旋转，通过主控单元改变不同主螺旋桨的转速，即可实现对四翼无人机飞行姿态的控制。四旋翼无人机以其新颖的外形及紧凑的结构，被认为是一种最简单、最直观的稳定控制形式。
这种无人机技术虽具有研发成本低、可实施性强、使用范围广、操作要求低等优点，但无人机在进行重负荷飞行作业的过程中，螺旋桨垂直方向上所提供的拉力不仅要克服无人机自身的重力，而且还要克服其负载的物体的重力。由于无人机自身的机载能源有限，在重负荷条件下会较快消耗完机载能源，难以完成长时间的飞行作业。如果增加无人机自身的机载能源，其所负载的物品就会减少，无人机会连续不断地往返进行物品搭载，如果无人机减少无人机自身的机载能源，增加其所负载的物品，同样会面临无人机连续不断地往返进行能源补充，不管采取哪种方式，无人机的作业效率都非常低下，对无人机的推广应用产生了较大影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中所存在的由于无人机机载能源有限，无人机在重负荷条件下需要消耗大量机载能源，从而导致无人机难以进行长时间的飞行作业任务，对无人机的作业效率和推广使用造成巨大影响的问题，提供一种在重负荷条件下工作的无人机装置及控制方法，该无人机装置能减少无人机在重负荷条件下对机载能源的消耗，使无人机在较长时间内才能消耗完机载能源，延长在重负荷条件下的飞行作业时间，从而达到提升无人机的作业效率，扩大无人机在重负荷条件下的作业时间和作业范围，克服无人机在重负荷条件下使用受限制的缺点。
为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了以下技术方案：
一种在重负荷条件工作的无人机装置，包括无人机主体机构和控制无人机各系统正常运行的主控单元，还包括为无人机提供向上拉力的气囊装置，所述气囊装置布置于无人机主体结构上方，其内部充斥有比空气密度小的轻密度气体，所述气囊装置还连接有用于排放其内部气体容量的排气装置。
当无人机在重负荷条件下起飞时，将气囊装置内充满低密度气体，向气囊装置内部充斥密度比空气轻的气体，使气囊装置借助空气的浮力为无人机提供向上的拉力，同时无人机上的主螺旋桨以较低的转速进行旋转，产生一定向上的拉力，主螺旋桨和气囊装置同时为无人机提供向上的拉力，一起克服无人机的重力及负载的重力。当无人机上升到一定高度后，通过主控单元调整主螺旋桨的转速，使无人机在预设高度开展作业，主螺旋桨只需要消耗极少的机载能源来调节无人机的在高度方向的运动偏移量，降低了对机载能源的消耗速度。无人机作业一段时间后，其搭载的负荷减轻，无人机受到气囊装置的拉力会大于其自身的重力和搭载载荷的重力，无人机的作业高度会继续上升，当主螺旋桨停止提供向上的拉力后无人机的高度仍在上升时，通过排气装置释放气囊装置中的气体，降低为无人机提供的拉力，使无人机受到的作用力始终处于相对平衡状态，只需要通过主螺旋桨提供较小作用力来进行调节，使无人机保持在一定高度继续作业。这样就延长了无人机的作业时间，使无人机在较长时间内持续处于理想的工作状态，提高无人机工作效率的目的，扩大了无人机在重负荷条件下的作业时间和作业范围，实现无人机在重负荷条件下持续工作的效果。
优选的，所述无人机装置上还设有用于测量无人机高度、速度及加速度的感应器件，所述感应器件与主控单元连接。通过设置在无人机上的感应器件，可以将无人机高度、速度和加速度等飞行状态参数及时反馈至主控单元，主控单元将感应器件测得的无人机飞行状态换算成系统调节量，无人机根据系统调节量进行调节，再通过调整主螺旋桨的转速使其提供的作用力发生改变，让无人机的高度、速度和加速度得到及时调整，使无人机正常飞行。
优选的，所述排气装置为安装在气囊装置上的排气开关，所述排气开关连接有自动控制装置，自动控制装置根据主控单元反馈的数据执行命令，用于将排气开关及时打开或关闭。无人机通过主控单元对感应器件测得的数据及时分析、计算，并换算成调整参数，自动控制装置根据主控单元传递的调整参数及时对无人机的飞行状态进行调整，当无人机的高度超过设定高度时，自动控制装置根据反馈的信号将排气开关打开，从而释放气囊装置内的部分气体，阻止无人机偏离预设的高度，同时根据感应器件测得的速度和加速度数值，及时调整无人机在垂直方向上的速度和加速度，使无人机平稳飞行。
优选的，所述气囊装置上还连接有供气装置，所述供气装置为轻密度气体源，用于向气囊装置供应比空气密度小的轻密度气体。设置供气装置，使得气囊装置借助于空气浮力对无人机提供向上拉力，供气装置可以及时向气囊装置补充轻密度气体，从而保持飞行状态，无人机在飞行过程中，经常会根据作业指令不断上升或下降，同时为了躲避障碍物，无人机也会重复出现上升和下降，无人机在需要下降时，通过排气装置释放部分气体即可，同时设置供气装置，可以在无人机需要再次上升时，及时向气囊装置补充气体，使无人机在重负荷状态下轻易上升，避免对机载能源的巨大消耗，从而起到延长作业时间，提高工作效率的目的。
优选的，所述供气装置内装设有反应原料，反应原料在供气装置内进行化学反应后生成比空气密度小的气体。使用化学反应原料在密闭器具内生成比空气密度轻的轻密度气体来为气囊装置进行供气，可以根据需要适量补充气体。
优选的，所述供气装置为贮存有液态或固态气体的贮存装置。由于液态或固态气体的体积较小，在运输和使用过程中都非常方便，搭载在无人机上作为气囊装置的气体来源，具有较大的优势，同时使用贮存有液态或固态气体的贮存装置作为供气装置，可以根据需要释放适量的气体，使供气装置在为气囊装置供气的过程中，开启或关闭供气装置都非常方便。
优选的，所述供气装置向气囊装置输送气体的通道上连接有供气开关，所述供气开关通过自动控制装置进行控制，自动控制装置根据主控单元反馈的数据执行命令，用于将供气开关及时打开或关闭。通过感应器所测得的无人机的高度、速度及加速度数值，通过主控单元换算成调节量并启动自动控制装置来实现对阀门的自动开启和自动闭合，保证无人机在起飞时，及时打开供气阀门，使无人本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在重负荷条件下工作的无人机装置，包括无人机主体机构和控制无人机各系统正常运行的主控单元，其特征在于，还包括为无人机提供向上拉力的气囊装置，所述气囊装置布置于无人机主体结构上方，其内部充斥有比空气密度小的轻密度气体，所述气囊装置还连接有用于排放其内部气体容量的排气装置。
【技术特征摘要】
1.一种在重负荷条件下工作的无人机装置，包括无人机主体机构和控制无人机各系统正常运行的主控单元，其特征在于，还包括为无人机提供向上拉力的气囊装置，所述气囊装置布置于无人机主体结构上方，其内部充斥有比空气密度小的轻密度气体，所述气囊装置还连接有用于排放其内部气体容量的排气装置。
2.根据权利要求1所述的在重负荷条件下工作的无人机装置，其特征在于，无人机装置上还设有用于测量无人机高度、速度及加速度的感应器件，所述感应器件与主控单元连接。
3.根据权利要求2所述的在重负荷条件下工作的无人机装置，其特征在于，所述排气装置为安装在气囊装置上的排气开关，所述排气开关连接有自动控制装置，自动控制装置根据主控单元反馈的数据执行命令，用于将排气开关及时打开或关闭。
4.根据权利要求2所述的在重负荷条件下工作的无人机装置，其特征在于，所述气囊装置上还连接有供气装置，所述供气装置为轻密度气体源，用于向气囊装置供应比空气密度小的轻密度气体。
5.根据权利要求4所述的在重负荷条件下工作的无人机装置，其特征在于，所述供气装置内装设有反应原料，反应原料在供气装置内进行化学反应后生成比空气密度小的气体。
6.根据权利要求4所述的在重负荷条件下工作的无人机装置，其特征在于，所述供气装置为贮存有液态或固态气体的贮存装置。
7.根据权利要求4-6之一所述的在重负荷条件下工作的无人机装置，其特征在于，所述供气装置向气囊装置输送气体的通道上连接有供气开关，所述供气开关通过自动控制装置进行控制，自动控制装置根据主控单元反馈的数据执行命令，用于将供气开关及时打开或关闭。
8.根据权利要求7所述的在重负荷条件下工作的无人机装置，其特征在于，所述气囊装置为体积随气体量和气体压力变化的伸缩装置，所述伸缩装置的材料为柔性织物。
9.一种在重负荷条件...
【专利技术属性】
技术研发人员：韦海成，肖明霞，潘俊涛，张白，王淼军，
申请(专利权)人：北方民族大学，
类型：发明
国别省市：宁夏;64
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