高楼外立面多功能遥控作业机器人的制作方法

本实用新型属于高空作业装置领域和特种机器人领域，具体涉及一种高楼外立面多功能遥控作业机器人。

背景技术：

现有高楼外立面作业包括外墙/玻璃清洗、外墙涂料喷涂、漆料粉刷等多种作业，目前大都采用人工作业的方式，作业人员需要站在吊篮内或悬挂于吊索工具上在外立面附近仅通过控制上下升降高度进行作业。由于目前的吊篮或吊索工具等不具备自主稳定控制功能，在受到高层风力的影响会随风晃动或摆动，因此存在安全风险，威胁作业人员的人身安全，而且作业效率低，作业人员劳动强度大。

实用新型专利《带有机械臂的多功能高空外墙作业机器人》(授权公告号：CN 206510041 U)于2017年9月22日公开了一种带有机械臂的多功能高空外墙作业机器人，包括机架，所述机架上安装有行走装置，所述机架上还安装有控制器、推力风扇、动力装置、储存容器、机械臂、功能作业器，其技术特征包括动力装置为燃油发动机，通过推力风扇吸附在高层建筑的外表面，通过行走装置在高层建筑的外墙进行行走等。该实用新型的主要缺点在于：(1)不具备视频监视或自动识别功能，地面操作人员无法观察并确定作业面位置和作业状态；(2)不具备自主稳定控制功能，机架平台无法精确控制其三维位置和姿态并自主实现稳定状态；(3)动力装置采用燃油发动机，重量、体积和振动扰动较大。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高楼外立面多功能遥控作业机器人，其能够替代作业人员完成高楼外立面多种作业，将高空作业人员变成设备操作人员，实现将作业人员从高空外立面转移到地面或室内环境，消除高空作业人员的人身安全风险，提高作业效率，降低操作人员的劳动强度。

为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

高楼外立面多功能遥控作业机器人，具有用作支撑基础的机架，还包括安装在机架上部并用于捕捉作业面及作业状态图像的视频监视装置，安装在机架远离作业面的一侧并用于调整机器人位置和姿态的位姿测量控制装置，安装在机架靠近作业面的一侧并与作业面接触的行走装置，安装在机架上部或机架内部靠近作业面的一侧并对作业面进行作业的功能作业装置，安装在机架内部并分别与视频监视装置、位姿测量控制装置及功能作业装置电连接的供电驱动装置，位于地面或作业楼层内部并由操作人员手动操作以完成视频监视和遥控作业的无线遥控装置，该无线遥控装置分别与所述视频监视装置、位姿测量控制装置、功能作业装置无线连接。

进一步地讲，所述视频监视装置为多个无线监视器，每个无线监视器包括安装在机架上部并用于捕捉作业面及作业状态图像的摄像头、与摄像头电连接并将摄像头扑捉的图像传输至无线遥控装置的无线数传模块Ⅰ。

进一步地讲，所述摄像头为具有镜头变焦功能的摄像头。

进一步地讲，所述位姿测量控制装置包括用于接收位置测量模块、姿态测量模块获取的位置和姿态信息并输出驱动多旋翼控制电机、电动推杆调整机器人位置和姿态的主控制器、与无线遥控装置进行无线通信的无线数传模块Ⅱ，主控制器分别与位置测量模块、姿态测量模块、多旋翼控制电机、电动推杆、无线数传模块Ⅱ电连接，位置测量模块包括安装在机架上的高度计和测距仪，姿态测量模块包括安装在机架上的陀螺仪、加速度计和磁力计；多旋翼控制电机安装在机架远离作业面的一侧，每个输出轴上安装一个螺旋桨；电动推杆的端部安装有行走装置。

进一步地讲，所述机架远离作业面的一侧安装有位于多个螺旋桨外侧的保护框架。

进一步地讲，所述行走装置为万向轮。

进一步地讲，所述功能作业装置包括与无线数传模块Ⅲ电连接并通过无线数传模块Ⅲ接收无线遥控装置发送的遥控指令的作业控制器，安装在机架上部或或机架内部靠近作业面一侧并与作业控制器电连接的作业头驱动装置，安装在作业头驱动装置上并对作业面进行作业的作业模块。

进一步地讲，作业面为平面时，作业头驱动装置为直线导轨及其配合的驱动电机；作业面为曲面时，作业头驱动装置为电动云台或多关节的机械臂。

进一步地讲，所述无线遥控装置为无线数据收发器，包括用于显示视频监视装置通过无线数传模块Ⅰ发送的图像、位姿测量控制装置通过无线数传模块Ⅱ发送的位置和姿态信息以及功能作业装置通过无线数传模块Ⅲ发送的作业状态信息的显示器、遥控指令发送器，遥控指令发送器包括升降高度遥控按键、位置遥控按键、姿态遥控按键、功能作业遥控按键、遥控操作杆和触摸屏图标。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型为操作人员提供了视频监控和无线遥控功能，将高空作业人员变成设备操作人员，能够让操作人员在地面或建筑室内即可完成高楼外立面外墙/玻璃清洗、涂料喷涂、漆料粉刷等多种作业的现场监视、位姿控制和遥控操作以及作业效果评价等，因此能够实现将作业人员从高空外立面转移到地面或室内环境的目的，消除了高空作业的人身安全风险，提高了作业效率，降低了操作人员的劳动强度。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的前视图。

图2是本实用新型一个实施例的后视图。

图3是本实用新型一个实施例的左视图。

图4是本实用新型一个实施例的电路结构图。

图中标记：1-机架，2-视频监视装置，3-位姿测量控制装置，4-行走装置，5-功能作业装置，6-供电驱动装置。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本申请所述的技术方案作进一步地描述说明。

请参阅图1至图4，一种高楼外立面多功能遥控作业机器人，包括机架、视频监视装置、位姿测量控制装置、行走装置、功能作业装置、供电驱动装置和无线遥控装置，机架1作为机器人的支撑基础，便于其他装置的安装；

视频监视装置2为一个无线监视器，包括具有镜头变焦功能的摄像头、无线数传模块Ⅰ，摄像头安装在机架1的上部，其安装位置和角度应保证位于地面或作业楼层内部的操作人员能够观察到作业面位置和作业状态；无线数传模块Ⅰ与摄像头电连接，摄像头捕捉的图像数据能够通过无线数传模块Ⅰ传输至无线遥控装置；

位姿测量控制装置3包括位置测量模块、姿态测量模块、主控制器、多旋翼控制电机、多旋翼、电动推杆、无线数传模块Ⅱ，位置测量模块包括高度计、测距仪，用于实时测量机器人的位置信息；姿态测量模块为惯性测量单元，包括陀螺仪、加速度计和磁力计，用于实时测量机器人的姿态信息；主控制器与位置测量模块、姿态测量模块均为电连接，用于接收位置测量模块、姿态测量模块获取的位置、姿态信息，确定当前时刻机架1所处的位置、姿态信息；所述主控制器还分别与多旋翼控制电机、电动推杆电连接，用于输出驱动多旋翼控制电机、电动推杆，实现机架1的位置和姿态调整，使之自动达到稳定作业状态。所述多旋翼控制电机安装在机架1远离作业面的外侧，共有四个，呈对称分布，每个电机的旋转轴垂直于安装面并配套装设一个螺旋桨，四个螺旋桨构成多旋翼且外侧安装有保护框架；多旋翼控制电机根据主控制器输出的指令调整多旋翼的转速，改变各旋翼的升力和反扭矩，从而控制机架1到达所要的位置和姿态。所述电动推杆安装在机架1靠近作业面的内侧，根据主控制器输出的指令沿垂直于作业面的方向调整推杆长度，以调节机架1与作业面的距离。所述主控制器与无线数传模块Ⅱ电连接，该无线数传模块Ⅱ与无线遥控装置为无线通信，一方面接收无线遥控装置发送的遥控指令并将其转发给主控制器，另一方面接收主控制器发送的测量信息和控制信息并将其转发给无线遥控装置；

行走装置4为万向轮，其安装在电动推杆的端部，提供与作业面的接触支撑力，减少与作业面的摩擦；

功能作业装置5安装机架1靠近作业面的内侧，包括作业控制器、作业头驱动装置和无线数传模块Ⅲ，所述作业控制器与作业头驱动装置电连接，用于为作业头驱动装置提供控制指令，作业头驱动装置上安装作业模块；无线数传模块Ⅲ与作业控制器电连接，用于接收无线遥控装置发送的遥控指令并将其转发给作业控制器。本实施例中，作业面为平面，作业头驱动装置包括两个第一直线导轨、一个第二直线导轨及其驱动电机，两个第一直线导轨对称安装在机架1靠近作业面的内侧，第二直线导轨的两端分别安装在对应侧的第一直线导轨的滑块上，使第二直线导轨位于两个第一直线导轨之间并与第一直线导轨呈垂直设置，作业模块安装在第二直线导轨上，借助第一直线导轨与第二直线导轨的配合保证平面内任何一点作业模块都能对其进行作业；

供电驱动装置6安装在机架1的内部，并分别与视频监视装置2、位姿测量控制装置3、功能作业装置5电连接，为各部件提供电源；

无线遥控装置为无线数据收发器，放置于地面或者作业楼层内部，由操作人员手动操作，包括显示器和遥控指令发送器，所述显示器能够显示视频监视装置通过无线数传模块Ⅰ发送的监视图像、位姿测量控制装置通过无线数传模块Ⅱ发送的位置和姿态信息以及功能作业装置通过无线数传模块Ⅲ发送的作业状态信息，便于操作人员观察。所述遥控指令发送器包括升降高度遥控按键、位置遥控按键、姿态遥控按键、功能作业遥控按键、遥控操作杆和触摸屏图标。

作为本实用新型的进一步改善，本实施例为平面作业，因而作业头驱动装置选择直线导轨及其驱动电机，但本实用新型不限于此，可根据具体作业面类型、作业要求选择现有其他类型的作业头驱动装置，比如对于曲面或者复杂结构的作业面，作业头驱动装置可选择安装在机架上部的电动云台或多关节机械臂。

作为本实用新型的进一步改善，根据作业需求作业模块可以是由清水喷头、清洗液喷头及刮水器等部件组成的外墙/玻璃清洗模块，或者是由单个或多个涂料喷头及防溅射挡板等部件组成的外墙涂料喷涂模块，或者是由油漆刷及油漆喷头等部件组成的外墙漆料粉刷模块，或者是高楼外立面用现有其他类型的作业模块。

鉴于上述实施例，本实用新型在使用时，首先通过建筑顶部的提升装置及钢丝绳将作业机器人下降至作业楼层，操作人员位于作业楼层内部。然后操作人员通过无线遥控装置的显示器观察视频监视装置传输的图像，观测功能作业装置的高度、位置和与作业面的距离，判断是否适合作业，如果满足作业条件，则通过无线遥控装置的遥控指令发送器发送遥控指令，位姿测量控制装置的主控制器接收指令并输出控制多旋翼控制电机，调整多旋翼转速，在风力和功能作业装置反作用力等扰动下，实现相对于作业面的位置和姿态稳定的状态，稳定后操作人员向功能作业装置发送遥控作业指令进行作业。例如在进行外墙/玻璃清洗过程中，每一步操作可由操作人员实时遥控操作，也可由作业控制器按照流程自动控制完成，在作业时先后喷洒适量的清洗液和清水，最后用刮水器擦拭外墙/玻璃面，完成该高度作业后通过提升装置及钢丝绳下降至下一个作业面，重复上述作业过程，直至完成所有作业面的作业。

更进一步地讲，位于建筑顶部的用于实现机器人沿高楼外立面作升降运动的提升装置可以是现有人工作业时采用的固定式提升装置，也可以是移动式提升装置。固定式或移动式提升装置的启停可以由操作人员手动操作与前述提升装置通过电线连接的控制开关来实现，也可以由操作人员手动操作与前述提升装置为无线连接的无线遥控装置来实现。本实用新型不对其进行限制，使用者可根据实际作业情况选择合适的提升装置及启停控制方式。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，实施例中未详述的部件均为现有成熟设备。任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。