本实用新型涉及机器人领域，特别是涉及一种巡检清扫用机器人系统。
背景技术：
当前小区、园区等室外地方的垃圾及异物清理工作仍然主要由人工进行，市面上尚未出现可以用于执行清扫任务的机器人系统。
技术实现要素：
实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种可以执行巡检清扫任务的巡检机器人系统。
技术方案：为实现上述目的，本实用新型的巡检清扫机器人系统包括无人机系统、执行机器人以及控制中心，所述无人机系统与所述执行机器人均可与所述控制中心通信，且所述控制中心可获取所述机器人系统以及所述执行机器人的位置信息，所述无人机系统上设有第一视觉元件，所述执行机器人上设有第二视觉元件以及清扫执行单元；所述执行机器人上还设有用于探测执行机器人周围环境的辅助避障单元。
进一步地，所述清扫执行单元包括安装在执行机器人底盘上的清扫组件，所述清扫组件包括转轴水平设置的主刷以及设置在主刷两侧的、转轴竖直设置的边刷，还包括垃圾存储盒以及用于将所述主刷清扫的垃圾吸入所述垃圾存储盒的风机。
进一步地，所述清扫执行单元包括机械臂以及安装在所述机械臂上的爪手。
进一步地，所述无人机系统可在所述执行机器人上停靠。
进一步地，所述无人机系统与所述执行机器人之间通过对接单元进行对接且保持相对固定。
进一步地，所述无人机系统与所述执行机器人之间还设有用于辅助微调两者相对位置的辅助对接系统。
进一步地，在巡检清扫区域内分散布置有多个定位元件，所述无人机系统以及所述执行机器人上均设置有可与所述定位元件互动的随动元件。
有益效果：本实用新型的巡检机器人系统由对巡检区域进行巡检的无人机系统以及用于具体执行清扫任务的执行机器人组成，无人机系统用于获取图像，可辅助确认需要清扫的区域的位置，执行机器人可运动至需要清扫的区域并执行清理任务，基于该巡检机器人系统的巡检清扫方法巡检清扫效率高，可有效保持巡检区域的卫生。
附图说明
附图1为巡检清扫机器人系统的构成图；
附图2为无人机系统的结构组成图；
附图3位清扫组件的结构图；
附图4位对接单元的整体剖视图；
附图5位第二对接单元的结构图；
附图6位第一对接单元的结构图。
具体实施方式
如附图1所示的巡检清扫机器人系统，包括无人机系统1、执行机器人2以及控制中心(图中未示出)，所述无人机系统1与所述执行机器人2均可与所述控制中心通信，且所述控制中心可获取所述机器人系统以及所述执行机器人2的位置信息，如附图2所示，所述无人机系统1的主体为多旋翼无人机，无人机系统1上设有第一视觉元件11，所述执行机器人2包括机器人本体22、第二视觉元件21以及清扫执行单元23；所述执行机器人2上还设有用于探测执行机器人2周围环境的辅助避障单元(图中未示出)。所述无人机系统1由控制中心控制进行自主导航运动或由人工控制飞行，优选地，无人机系统1上也设置有用于探测周围环境并辅助避障的无人机探测单元(图中未示出)。
所述清扫执行单元23包括安装在执行机器人2底盘上的清扫组件，如附图3所示，所述清扫组件包括转轴水平设置的主刷231以及设置在主刷231两侧的、转轴竖直设置的边刷232，还包括垃圾存储盒233以及用于将所述主刷231清扫的垃圾吸入所述垃圾存储盒233的风机234。主刷231与边刷232分别由独立的电机驱动转动，风机234与垃圾入口设置在垃圾存储盒233的对称的两侧，风机234转动可在垃圾入口产生负压将主刷231卷至垃圾入口处的垃圾吸入垃圾存储盒233。所述清扫组件整体可相对于所述机器人本体22上下平移，使得在清扫组件不执行任务时其与地面之间有间隙，减少主刷231与边刷232的磨损，同时也可避免清扫组件与外界产生不必要的碰撞。
为了实现对较大体积的垃圾进行清理，所述清扫执行单元23包括机械臂235以及安装在所述机械臂235上的爪手236。机械臂235以及爪手236的运动可以是人手动控制或者控制中心基于第二视觉元件21获取的图像数据进行自动控制。优选地，所述第二视觉元件21安装在机械臂235上，使用时可根据需要灵活调节机械臂235从而可以灵活掌握第二视觉元件21的视角，且这样可以为爪手236抓取物品时定位提供第一视角，方便控制中心或操作者掌握物品的具体位置执行抓取操作。
所述无人机系统1可在所述执行机器人2上停靠。具体地，所述无人机系统1与所述执行机器人2之间通过对接单元3进行对接且保持相对固定。
所述无人机系统1与所述执行机器人2之间还设有用于辅助微调两者相对位置的辅助对接系统。具体地，在巡检清扫区域内分散布置有多个定位元件，所述无人机系统1以及所述执行机器人2上均设置有可与所述定位元件互动的随动元件。优选地，所述定位元件为信号接收器，所述随动元件为信号发射器，信号发射器发射电磁波，多个信号接收器根据接收到电磁波的时间可以判定信号发射器与信号接收器之间的距离，从而推算出无人机系统1与执行机器人2的位置坐标与高度信息。
如附图3-附图5所示，对接单元3包括可相对分合的第一对接单元31与第二对接单元32；所述第一对接单元31包括第一接口3101，所述第二对接单元32包括第二接口3201，第一接口3101与第二接口3201对接后可产生电气连接；第一对接单元31还包括环状的对接凸缘3102，第二对接单元32包括基座3202以及对所述对接凸缘3102进行圆心定位以及轴向定位的捕捉机构，所述捕捉机构可相对于所述基座3202升降以及旋转；所述第二接口3201相对于基座3202固定。捕捉机构相对于基座3202升降的方向与其旋转的中心轴平行。
所述捕捉机构包括捕捉支架3203，所述捕捉支架3203上圆周阵列设置有至少三个卡爪3204(本实施例中为六个)，所述卡爪3204可相对于所述捕捉支架3203旋转，所述卡爪3204包括平直部3204-1，所述平直部3204-1的一端转动安装在所述捕捉支架3203上，所述平直部3204-1的另一端设有定位肩3204-2，在所述捕捉机构捕捉到所述对接凸缘3102的状态下，所述卡爪3204的平直部3204-1沿所述捕捉支架3203的轴向延伸，所述定位肩3204-2从平直部3204-1的端部出发向所述捕捉支架3203的径向向外延伸；卡爪3204的运动由驱动支架3206驱动，所述驱动支架3206在所述主动支架3207的推动下在所述捕捉支架3203的轴向升降，且驱动支架3206与主动支架3207之间设置有弹性元件3208；主动支架3207上设有用于压住所述对接凸缘3102的压边凸缘3207-1；主动支架3207由设置在所述捕捉支架3203上的驱动装置驱动。
所述卡爪3204与所述驱动支架3206之间设置有驱动连杆3205，所述驱动连杆3205的两端分别铰接在所述卡爪3204以及所述驱动支架3206上。
捕捉机构与所述对接凸缘3102对接时，当驱动支架3206向靠近对接凸缘3102的方向运动时，驱动支架3206通过驱动连杆3205使卡爪3204向外旋转，使得所有的卡爪3204从对接凸缘3102的内部向外绽开，直至所有卡爪3204抵住对接凸缘3102的内圆周完成对对接凸缘的定心(即径向定位)，此时主动支架3207继续向靠近对接凸缘3102的方向运动，由于主动支架3207与驱动支架3206之间设有弹性元件3208，驱动支架3206不会跟着继续运动，主动支架3207上的压边凸缘3207-1推动对接凸缘3102轴向运动，直至对接凸缘3102靠住所述卡爪3204上的定位肩3204-2无法继续运动，此时轴向定位完成。
所述驱动装置包括安装在所述捕捉支架3203上的第一丝杠3209，所述主动支架3207上设有与所述第一丝杠3209配合使用的螺纹，所述第一丝杠3209由第一电机3210驱动转动。具体地，所述丝杠上固定有第一齿轮3211，所述电机的输出轴上设置有与所述第一齿轮3211啮合的第二齿轮3212。第一丝杠3209为空心丝杠，第二接口3201穿过第一丝杠3209的中心，且第二接口3201相对于捕捉支架3203保持固定状态。
为了实现捕捉机构相对于基座3202的升降以及旋转，所述捕捉机构整体安装在升降支架3213上，所述捕捉支架3203可相对于所述升降支架3213旋转，所述升降支架3213可相对于所述基座3202升降。所述捕捉支架3203上固定有第三齿轮3215，所述升降支架3213上安装有第二电机3214，所述第二电机3214的输出轴上安装有与所述第三齿轮3215啮合的第四齿轮3216。所述基座3202上设置有第二丝杠3218以及用于驱动第二丝杠3218的第三电机3217，所述升降支架3213上设置有与第二丝杠3218配合使用的丝杠螺母3219。
为了第一接口3101与第二接口3201之间可以触点准确对准后进行对接，第一对接单元31还包括第一辅助对接单元3103，第二对接单元32还包括第二辅助对接单元3220，第一辅助对接单元3103与第二辅助对接单元3220中其中之一为光信号发射源，另一者为光信号接收源，当光信号发射源发出的直射光线(优选为红外线)被光信号接收源接收到时，说明第一接口3101与第二接口3201已经对准，可以进行对接。
第一接口3101与第二接口3201对接的完整步骤为：首先，捕捉机构捕捉对接凸缘3102，并对对接凸缘3102进行径向定位于轴向定位，然后，捕捉机构整体相对于所述基座3202旋转，直至第一辅助对接单元3103与第二辅助对接单元322之间产生信号互动，最后，捕捉机构整体相对于基座3202下降，使第一接口3101与第二接口3201对接。
第一接口3101上还设置有对心标记3221，控制中心通过无人机系统1上的第一视觉元件11通过获取图像并提取对心标记3221的特征可调整无人机系统1与执行机器人2之间的相对位置，使得两者之间的大致位置可以进行对接，然后捕捉机构开始捕捉对接凸缘3102。
基于上述巡检清扫机器人系统的巡检清扫方法，所述无人机系统1在控制中心的控制下起飞，获取巡检区域地面的图像数据，控制中心实时获取无人机系统1的图像数据与位置信息，根据所述无人机系统1获取的图像数据进行特征提取与分析，初步得出地面上的疑似存在异物区域的位置坐标，所述执行机器人2由近到远依次经过控制中心所给出的位置坐标，执行机器人2上的第二视觉传感器对疑似存在的异物的位置坐标处周围进行近距离图像采集得到近距离图像数据，控制中心对近距离图像数据进行特征提取与分析，判断是否确实为异物，若确认为异物，则执行机器人2上的清扫执行单元23对异物进行清扫，若确认不是异物，则执行机器人2继续行驶至下一位置坐标执行任务。
当所述无人机系统1完成巡检区域的巡检任务或者其电量低于一定的阈值，所述控制中心根据无人机系统1与执行机器人2之间的位置信息控制两者相互靠近并对接。
所述控制中心同时根据所述无人机系统1的位置信息及其获取的图像数据生成巡检区域的地图并规划所述执行机器人2的行走路径，具体步骤为：
步骤一：所述控制中心通过ORB视觉算法，提取出所述第一视觉元件11获取的图像数据信息的ORB特征；
步骤二：将刚获取的图像数据的ORB特征与控制中心数据库中已经获取的图像数据的ORB特征进行对比，若相似度超过一定阈值则放弃该ORB特征数据，若相似度未达到一定阈值，则控制中心根据该图像数据的ORB特征补充构建地图；
步骤三：控制中心根据根据最新的地图规划执行机器人2的行走路线；执行机器人2根据控制中心规划的行走路线运行，同时其自带的辅助避障单元对其四周环境进行探测，若遇到障碍物，则使用bug算法绕过障碍物然后继续按控制中心规划的行走路线运行。
当然，上述对无人机系统1的控制、根据图像判断需要清扫的位置、控制执行机器人2至需要清扫的位置以及执行清扫作业这一系列过程也可以由人工手工操作。
本实用新型的巡检机器人系统由对巡检区域进行巡检的无人机系统以及用于具体执行清扫任务的执行机器人组成，无人机系统用于获取图像，可辅助确认需要清扫的区域的位置，执行机器人可运动至需要清扫的区域并执行清理任务，基于该巡检机器人系统的巡检清扫方法巡检清扫效率高，可有效保持巡检区域的卫生。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。