一种飞行清洗机器人系统的制作方法

本发明涉及高层建筑玻璃外壁清洁技术领域，具体为一种飞行清洗机器人系统。

背景技术：

随着经济的高速发展，高层建筑越来越多，与此同时对高层建筑外墙的清洗工作变得越来越频繁。由于外墙面积大，高度达几十米甚至几百米，且周围无可攀援的支架，外墙的清洗成为一项繁重、危险的工作。传统的清洗方法主要靠人工清洗，主要是将人置于高空吊篮中，在吊篮里完成清洗工作，危险性高，人员成本高，已经完全不适应现代社会发展的需要。

随着科技进步，目前市场上出现了外墙爬行机器人以及利用无人机清洗高层建筑玻璃外墙的方法，如公开号为105231962a的发明专利公开了《一种爬行清洗机器人》，利用大气压吸附在外墙上，利用导轨进行外墙的清洗；公开号为205268037u的专利公开了《一种外墙清洗无人机》，利用3对共轴桨控制机体的姿态，利用机载的转动清洗刷进行清洗。但上述方法均存在以下缺陷和不足：1、爬行机器人应用范围小，对表面粗糙不规则的外墙不具有很强的吸附性，甚至难以吸附。操作复杂，成本高。清洗效率比较低；2、普通的清洗无人机的机体相对外墙的位置控制复杂，抗风能力差，清洗效果不佳，而且不安全，一旦飞机故障易失控，会对地面财产和人员造成伤害；3、成本高昂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供的一种飞行清洗机器人系统，能在高层建筑外墙上进行自主移动清洗、自动避障和自动控制姿态，结构简单、安全性高、成本低，可以满足高层和超高层建筑玻璃外壁的清洗工作。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种飞行清洗机器人系统，包括悬吊模块、配电模块和清洗机器人模块，所述悬吊模块固定在墙体顶部，所述清洗机器人悬挂在悬吊模块下方，所述配电模块位于悬吊模块与清洁机器人模块之间；所述清洗机器人模块包括机架、清洗刷组件、用于感知清洗机器人模块姿态的惯性测量单元、用于控制飞行机器人垂直和水平移动的自动飞行控制单元、用于感知清洗机器人模块与外墙间距离的传感器组件和用于调整清洗机器人模块姿态的动力组件；所述清洗刷组件位于机架中间，所述惯性测量单元位于机架内部，所述自动飞行控制单元位于惯性测量单元右侧；所述传感器组件分布在机架上，所述动力组件固定在机架的四周。

作为本发明进一步改进的，所述清洗刷组件包括一对旋转清洗刷和驱动电机，所述旋转清洗刷连接在驱动电机上，所述驱动电机固定在机架上。

作为本发明进一步改进的，所述传感器组件包括若干垂直避障传感器单元和若干墙体感知传感器单元；所述墙体感知传感器单元分布在机架的四个角上，所述垂直避障传感器单元对称布置在机架的上侧边缘处和下侧边缘处。

作为本发明进一步改进的，所述墙体感知传感器单元包括碰撞传感器、超声波传感器和红外线传感器；所述超声波传感器和红外线传感器分别位于碰撞传感器的两侧。

作为本发明进一步改进的，所述垂直避障传感器单元包括超声波传感器和红外线传感器，所述超声波传感器与红外线传感器平行布置。

作为本发明进一步改进的，所述动力组件包括若干变螺距螺旋桨单元和若干定螺距螺旋桨单元；所述定螺距螺旋桨单元对称固定在机架的左右两侧，所述变螺距螺旋桨单元均匀布置在机架的外侧。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明方案的一种飞行清洗机器人系统，能在高层建筑外墙上进行自主移动清洗、自动避障和自动控制姿态，结构简单、安全性高、成本低，可以满足高层和超高层建筑玻璃外壁的清洗工作。

附图说明

附图1为本发明一种飞行清洗机器人系统的结构示意图；

附图2为本发明的清洗机器人模块的背面结构示意图；

附图3为本发明的清洗机器人模块的正面结构示意图。

图中：1、悬吊模块；2、绳索；3、配电模块；4、清洗机器人模块；5、变螺距螺旋桨单元；6、定螺距螺旋桨单元；7、墙体感知传感器单元；8、垂直避障传感器单元；9、旋转清洗刷；10、惯性测量单元；11、自动飞行控制单元；a、建筑物楼顶；b、玻璃外壁；c、机架。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1至图3所示的一种飞行清洗机器人系统，能在高层建筑外壁b上自主移动清洗、自动避障并能自动控制姿态，成本低，安全性高。如图1所示，悬吊模块1、配电模块3和清洗机器人模块4，悬吊模块1、配电模块3和清洗机器人模块4之间通过绳索2连接。清洗机器人模块4结构如图2和图3所示，包括机架c、清洗刷组件、惯性测量单元10、自动飞行控制单元11、传感器组件和动力组件。

变螺距螺旋桨单元5包括第一变螺距螺旋桨、第二变螺距螺旋桨、第三变螺距螺旋桨和第四变螺距螺旋桨。定螺距螺旋桨单元6包括第一定距螺旋桨，第二定距螺旋桨。第一至第四变螺距螺旋桨固定在飞行机器人的外侧表面；第五和第六定距螺旋桨分别固定在飞行机器人的左右两侧。

传感器组件包括若干垂直避障传感器组和若干墙体感知传感器组；墙体感知传感器组分布在机架的四个角上，垂直避障传感器组对称布置在机架c的上侧边缘处和下侧边缘处。墙体感知传感器组包括4个墙体感知传感器单元7，墙体感知传感器单元7包括碰撞传感器、超声波传感器和红外线传感器；超声波传感器和红外线传感器分别位于碰撞传感器的两侧。

垂直避障传感器组包括至少2个垂直避障传感器单元8，垂直避障传感器单元8包括超声波传感器和红外线传感器，超声波传感器与红外线传感器平行布置。

墙体感知传感器单元7包含一个触碰传感器，一个超声波传感器和一个红外传感器；垂直避障传感器单元8包含一个超声波传感器和一个红外传感器。

悬吊模块1放置在建筑物楼顶a，墙体感知感器单元7分别固定在飞行机器人的左上角，右上角，左下角和右下角，墙体感知感器单元7探测方向朝向建筑外壁的表面；垂直避障传感器单元8分别固定在机器支架的顶部和底部，垂直避障传感器单元8探测方向分别朝向建筑物顶层和底层；惯性测量单元10、自动飞行控制单元11分别与动力组件和传感器组件连接，惯性测量单元10和自动飞行控制单元11相连；旋转清洗刷9位于机架c的内侧。

清洗机器人模块4在垂直方向的移动通过悬吊模块1控制；悬吊模块1可控制绳索2的长度，当悬吊模块1收绳索2时，清洗机器人模块4向建筑物顶部移动；当悬吊模块1放长绳索2时，清洗机器人模块4向建筑物底部移动。

清洗机器人模块4竖直方向的移动通过悬吊模块1的转动实现。

超声波传感器和红外传感器检测清洗机器人模块4和玻璃外壁b间的距离；由于超声波传感器对探测物材质要求低但容易受干扰，而红外传感器不易受干扰但无法对玻璃材质的外墙测距，本发明采用超声波传感器和红外传感器数据融合的办法提高测量精度。

自动飞行控制单元11通过控制变螺距螺旋桨单元5的螺距和转速，实现清洗刷和外墙的距离控制；由于变螺距螺旋桨既可以产生对清洗机器人向外侧的拉力，也可以产生对清洗机器人向内侧的拉力，所以本发明通过控制四个变螺距螺旋桨很容易实现清洗刷和外墙间距离的控制。

触碰传感器用来感知清洗机器人模块4和玻璃外壁b间接触挤压程度的大小。

自动飞行控制单元11通过控制变螺距螺旋桨单元5和定螺距螺旋桨单元6，实现清洗机器人模块4的姿态和位置的稳定。当清洗机器人模块4在高空遭遇较强横风时，通过控制定螺距螺旋桨单元6的转速来保持清洗机器人模块4水平方向位置的稳定。

墙体感知传感器单元7的超声波传感器和红外传感器用来感知清洗机器人模块4顶部范围的障碍物。

垂直避障传感器单元8的超声波传感器和红外传感器用来感知清洗机器人模块4底部范围的障碍物。

配电箱3给清洗机器人模块4提供电源，以控制清洗机器人模块4的垂直和水平移动。

惯性测量单元10用于感知飞行机器人的姿态。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。