一种高空玻璃清洁飞行器的制作方法

本发明涉及环保领域和飞行器领域，特别是一种高空玻璃清洁飞行器。

背景技术：

很多景区的玻璃栈道不仅建设成本巨大，维护清洁成本也不容小视。对于栈道底部的清洁工作，清洁难度大，危险系数高，给清洁人员的工作带来的极大的困难。目前在高空建筑中玻璃材质的窗户或墙面的日常清理过程中，清洁人员需要借助外部设备或者依靠安全绳进行清洁工作，同样存在工作难度大、危险系数高的难题。

四轴飞行器构造简单、飞行灵活，较传统的直升机更容易接近任务目标；更重要的是，四轴飞行器的研究涉及到众多领域的高、精、尖技术，如：空气动力学、自动控制、自主导航、传感技术等等；目前随着传感器技术和计算机技术的不断发展，四轴飞行器也为这些领域提供了一个综合的研究平台。四轴飞行器已然成为当下最热门的一种飞行器，越来越受到广大科学爱好者和商业公司的关注，因此，四轴飞行器未来的应用前景十分广阔。

目前高空玻璃清洁工作危险系数特别大，清洁人员工作强度大，生命安全保障低，尽管四轴飞行器的应用前景十分广泛，但是在高空玻璃清洁作业领域应用较少，特别是对于栈道底部玻璃等特定环境的玻璃清洁装置更是屈指可数。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种高空玻璃清洁飞行器，该高空玻璃清洁飞行器具有智能化水平高、灵活性强、适应性好的特点，可进行高空玻璃清洁工作。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种高空玻璃清洁飞行器，包括飞行器1、清洁装置2、控制系统3、导航模块4、视觉传感模块5、激光传感器6和无线遥控模块7；所述飞行器1为四轴飞行器，包括飞行器主体和支架11，所述飞行器1顶部设有清洁装置2、导航模块3、视觉传感模块4、激光传感器5和无线遥控模块6，所述飞行器1顶板下方设有控制系统3，所述清洁装置2包括移动机构21、旋转机构22和清洁机构23；

所述控制系统3和飞行器1连接用于飞行任务；所述控制系统3和清洁装置2连接用于清洁高空玻璃；所述控制系统3和导航模块4连接用于飞行器的自主飞行；所述控制系统3和视觉传感模块5连接用于获取玻璃的位置信息，并分析玻璃的洁净程度；所述控制系统3和激光传感器6连接用于判断飞行器1与玻璃之间的距离；所述控制系统3和无线遥控模块7连接用于实现远程控制。

进一步地，所述清洁装置2包括移动机构21、旋转机构22、清洁机构23，所述移动机构21固定在飞行器1的上方；所述旋转机构22通过推杆24与移动机构21连接；所述清洁机构23通过支杆35与旋转机构22连接；

所述移动机构21包括推杆24、第一联轴器25、光轴26、第一支柱27、第二支柱28、第三支柱29、螺杆30、第四支柱31、第一步进电机支座32、第一步进电机33；所述第一支柱27、第二支柱28、第三支柱29和第四支柱31呈矩形且固定在飞行器1的上方；所述螺杆30贯穿在第二支柱28和第四支柱31上方，所述螺杆30的一端通过第一联轴器25与第一步进电机33连接，第一步进电机33通过第一步进电机支座32固定在第四支柱31的上方；所述光轴26贯穿在第一支柱27和第三支柱29上方；所述推杆24穿过螺杆30和光轴26，推杆24与螺杆30通过螺纹连接，所述推杆24的长度大于所述飞行器1的飞行的最大半径；所述第一步进电机33旋转带动螺杆30转动，螺杆30的内螺纹带动推杆24移动，进而带动旋转机构22运动，适应不同位置的玻璃的清洁任务；

所述旋转机构22包括第一连接轴34、支杆35、第二步进电机支座36、第二联轴器37、第二步进电机38，所述推杆24前端呈y字型，所述支杆35固定在第一连接轴34上，第一连接轴34通过轴承固定在推杆24的前端；所述第一连接轴34通过第二联轴器37与第二步进电机38的输出轴连接；所述第二步进电机38通过第二步进电机支座36固定在推杆24上；所述支杆35在第二步进电机38的作用下进行上下旋转，改变所述清洁机构23的工具角度；

所述清洁机构23包括第三步进电机支座39、第三联轴器40、第二连接轴41、第三步进电机42、清洁工具43，所述支杆35的前端呈h型，所述第三步进电机42通过第三步进电机支座39固定在支杆35的前端内侧；所述第三步进电机42的输出轴通过第三联轴器40与第二连接轴41连接；所述第二连接轴41的前端固定有清洁工具43；所述清洁工具43在第三步进电机42的作用下能够实现360度的旋转。

进一步地，所述视觉传感模块5包括摄像头支架51、摄像头52、轴53、第四联轴器54、第四步进电机55、第四步进电机支座56、摄像头固定框57，所述摄像头52外侧由摄像头固定框57进行固定；摄像头固定框57通过轴53固定在摄像头支架51上方；摄像头支架51固定在飞行器1的顶板上；轴53通过第四联轴器54与第四步进电机55的输出轴相连；第四步进电机55通过第四步进电机支座56固定在飞行器1的顶板上；第四步进电机55带动摄像头52实现360度的旋转，实现飞行器1对于前方和上方玻璃图像的采集，获取玻璃位置并分析玻璃的洁净程度。

进一步地，所述控制系统3包括主控制系统、无刷电机控制系统、步进电机控制系统，所述主控制系统和所述清洁装置2连接用于清洁高空玻璃；所述主控制系统和导航模块4连接用于飞行器的自主飞行；所述主控制系统和视觉传感模块5连接用于获取玻璃的的位置信息，并分析玻璃的洁净程度；所述主控制系统和激光传感器6连接用于判断所述飞行器与玻璃之间的距离；所述主控制系统和无线遥控模块7连接用于实现远程控制；所述无刷电机控制系统用于控制飞行器的各种飞行任务；所述步进电机控制系统用于控制视觉传感模块5的拍摄角度以及控制清洁装置2的清洁角度和清洁动作；所述清洁机构23在飞行器1和清洁装置2的配合下实现多种玻璃清洁方式：

a.前后方式

位置参数：所述推杆24与所述支杆35垂直，所述清洁工具43的轴向与推杆24垂直；移动参数：所述推杆24前后移动；

b.左右方式

b1位置参数：所述推杆24与所述支杆35垂直，所述清洁工具43的轴向与推杆24平行；移动参数：飞行器1左右移动；

b2位置参数：所述推杆24与所述支杆35平行，所述清洁工具43的轴向与推杆24垂直并且轴向竖直往下；移动参数：飞行器1左右移动；

c.上下方式

位置参数：所述推杆24与所述支杆35平行，所述清洁工具43的轴向与推杆24垂直并且轴向水平；移动参数：飞行器1上下移动；

d.旋转方式

d1位置参数：所述推杆24与所述支杆35垂直；移动参数：所述清洁工具43旋转运动；

d2位置参数：所述推杆24与所述支杆35平行；移动参数：所述清洁工具43旋转运动；

上述适合于清洁高空水平方向玻璃的方式有：方式a，方式b的b1，方式c，方式d的d1；上述适合于清洁高空垂直方向玻璃的方式有：方式a，方式b的b2，方式c，方式d的d2。

进一步地，所述推杆24与所述支杆35的材质为镁合金；所述清洁工具43内部为空心；所述控制系统3和电源设置在飞行器1的顶板下方且与清洁装置2相反的方向。

进一步地，所述导航模块4采用gps全球定位模块和地图信息，用于实现飞行器的自主导航和自主玻璃清洁任务，使飞行器不驶出工作区域。

进一步地，所述视觉传感模块5采用高清摄像头采集前方图像，进行图像识别判断玻璃的具体位置，将信息传送给所述控制系统3；此外，视觉传感模块5还用于分析玻璃的清洁程度，判断清洁任务是否完成。

进一步地，所述激光传感器6用来测量飞行器和玻璃的距离，当判断所述清洁装置2能够触碰到玻璃时，控制系统3驱动清洁装置2开始清洁任务；此外激光传感器6还用于使飞行器与玻璃之间保持安全距离。

进一步地，所述无线遥控模块7包括无线发射模块和无线接收模块，用于实现遥控器和飞行器之间的数据通讯，远程实时监测飞行器的工作状态。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)智能化水平高，使用多种智能传感设备，可实现飞行器的完全自主作业；(2)灵活性强，一方面，本发明采用飞行器作为载体，体积小，可随时改变飞行方向，另一方面，可以实现前后、左右、上下、旋转多种方式的玻璃清洁方法；(3)适应性好，可在任何恶劣环境下工作，可用于高空墙体玻璃以及栈道底部玻璃的清洁工作。

附图说明

图1是本发明高空玻璃清洁飞行器的结构示意图。

图2是本发明高空玻璃清洁飞行器的清洁装置第一部分结构示意图。

图3是本发明高空玻璃清洁飞行器的清洁装置第二部分结构示意图。

图4是本发明高空玻璃清洁飞行器的清洁装置第三部分结构示意图。

图5是本发明高空玻璃清洁飞行器的清洁装置第四部分结构示意图。

图6是本发明高空玻璃清洁飞行器的视觉传感模块结构示意图。

图7是本发明高空玻璃清洁飞行器的控制系统结构示意图。

附图标识：1为飞行器，2为清洁装置，3为控制系统，4为导航模块，5为视觉传感模块，6为激光传感器，7为无线遥感模块，11为支架，21为移动机构，22为旋转机构，23为清洁机构，24为推杆，25为第一联轴器，26为光轴，27为第一支柱，28为第二支柱，29为第三支柱，30为螺杆，31为第四支柱，32为第一步进电机支座，33第一为步进电机，34为第一连接轴，35为支杆，36为第二步进电机支座，37为第二联轴器，38为第二步进电机，39为第三步进电机支座，40为第三联轴器，41为第二连接轴，42为第三步进电机，43为清洁工具，51为摄像头支架，52为摄像头，53为轴，54为第四联轴器，55为第四步进电机，56为第四步进电机支座，57为摄像头固定框。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，为本发明一种高空玻璃清洁飞行器的结构示意图，包括飞行器1、清洁装置2、控制系统3、导航模块4、视觉传感模块5、激光传感器6和无线遥控模块7；所述飞行器1为四轴飞行器，包括飞行器主体和支架11，所述飞行器1顶部设有清洁装置2、导航模块3、视觉传感模块4、激光传感器5和无线遥控模块6，所述飞行器1顶板下方设有控制系统3，所述清洁装置2包括移动机构21、旋转机构22和清洁机构23；

所述控制系统3和飞行器1连接用于飞行任务；所述控制系统3和清洁装置2连接用于清洁高空玻璃；所述控制系统3和导航模块4连接用于飞行器的自主飞行；所述控制系统3和视觉传感模块5连接用于获取玻璃的位置信息，并分析玻璃的洁净程度；所述控制系统3和激光传感器6连接用于判断飞行器1与玻璃之间的距离；所述控制系统3和无线遥控模块7连接用于实现远程控制。

如图2～5所示，为本发明一种高空玻璃清洁飞行器的清洁装置结构示意图，所述清洁装置2包括移动机构21、旋转机构22、清洁机构23，所述移动机构21固定在飞行器1的上方；所述旋转机构22通过推杆24与移动机构21连接；所述清洁机构23通过支杆35与旋转机构22连接；

所述移动机构21包括推杆24、第一联轴器25、光轴26、第一支柱27、第二支柱28、第三支柱29、螺杆30、第四支柱31、第一步进电机支座32、第一步进电机33；所述第一支柱27、第二支柱28、第三支柱29和第四支柱31呈矩形且固定在飞行器1的上方；所述螺杆30贯穿在第二支柱28和第四支柱31上方，所述螺杆30的一端通过第一联轴器25与第一步进电机33连接，第一步进电机33通过第一步进电机支座32固定在第四支柱31的上方；所述光轴26贯穿在第一支柱27和第三支柱29上方；所述推杆24穿过螺杆30和光轴26，推杆24与螺杆30通过螺纹连接，所述推杆24的长度大于所述飞行器1的飞行的最大半径；所述第一步进电机33旋转带动螺杆30转动，螺杆30的内螺纹带动推杆24移动，进而带动旋转机构22运动，适应不同位置的玻璃的清洁任务；

所述旋转机构22包括第一连接轴34、支杆35、第二步进电机支座36、第二联轴器37、第二步进电机38，所述推杆24前端呈y字型，所述支杆35固定在第一连接轴34上，第一连接轴34通过轴承固定在推杆24的前端；所述第一连接轴34通过第二联轴器37与第二步进电机38的输出轴连接；所述第二步进电机38通过第二步进电机支座36固定在推杆24上；所述支杆35在第二步进电机38的作用下进行上下旋转，改变所述清洁机构23的工具角度；

所述清洁机构23包括第三步进电机支座39、第三联轴器40、第二连接轴41、第三步进电机42、清洁工具43，所述支杆35的前端呈h型，所述第三步进电机42通过第三步进电机支座39固定在支杆35的前端内侧；所述第三步进电机42的输出轴通过第三联轴器40与第二连接轴41连接；所述第二连接轴41的前端固定有清洁工具43；所述清洁工具43外侧有棉质清洁材料包裹；所述清洁工具43在第三步进电机42的作用下能够实现360度的旋转，从而能便于更好的完成清洁任务。

如图6所示，为本发明一种高空玻璃清洁飞行器的视觉传感模块结构示意图，所述视觉传感模块5包括摄像头支架51、摄像头52、轴53、第四联轴器54、第四步进电机55、第四步进电机支座56、摄像头固定框57，所述摄像头52外侧由摄像头固定框57进行固定；摄像头固定框57通过轴53固定在摄像头支架51上方；摄像头支架51固定在飞行器1的顶板上；轴53通过第四联轴器54与第四步进电机55的输出轴相连；第四步进电机55通过第四步进电机支座56固定在飞行器1的顶板上；第四步进电机55带动摄像头52实现360度的旋转，实现飞行器1对于前方和上方玻璃图像的采集，获取玻璃位置并分析玻璃的洁净程度。

如图7所示，为本发明一种高空玻璃清洁飞行器的控制系统结构示意图，所述控制系统3包括主控制系统、无刷电机控制系统、步进电机控制系统，所述主控制系统和所述清洁装置2连接用于清洁栈道底部玻璃和高空玻璃；所述主控制系统和导航模块4连接用于飞行器的自主飞行；所述主控制系统和所述视觉传感模块5连接用于获取玻璃的的位置信息，并分析玻璃的洁净程度；所述主控制系统和所述激光传感器6连接用于判断所述飞行器与玻璃之间的距离；所述主控制系统和所述无线遥控模块7连接用于实现远程控制；所述无刷电机控制系统用于控制飞行器的各种飞行任务；所述步进电机控制系统用于控制所述视觉传感模块5的拍摄角度以及控制所述清洁装置2的清洁角度和清洁动作。所述清洁机构23在所述飞行器1和所述清洁装置2的配合下可以实现前后、左右、上下、旋转等多种方式的玻璃清洁方法：

a.前后方式

位置参数：所述推杆24与所述支杆35垂直，所述清洁工具43的轴向与所述推杆24垂直；移动参数：所述推杆24前后移动。

b.左右方式

(b1)位置参数：所述推杆24与所述支杆35垂直，所述清洁工具43的轴向与所述推杆24平行；移动参数：所述飞行器1左右移动。

(b2)位置参数：所述推杆24与所述支杆35平行，所述清洁工具43的轴向与所述推杆24垂直并且轴向竖直往下；移动参数：所述飞行器1左右移动。

c.上下方式

位置参数：所述推杆24与所述支杆35平行，所述清洁工具43的轴向与所述推杆24垂直并且轴向水平；移动参数：所述飞行器1上下移动。

d.旋转方式

(d1)位置参数：所述推杆24与所述支杆35垂直；移动参数：所述清洁工具43旋转运动。

(d2)位置参数：所述推杆24与所述支杆35平行；移动参数：所述清洁工具43旋转运动。

上述适合于清洁玻璃栈道底部玻璃的方式有：方式a，方式b的(b1)，方式c，方式d的(d1)；上述适合于清洁高空垂直方位的玻璃的方式有：方式a，方式b的(b2)，方式c，方式d的(d2)。

所述推杆24与所述支杆35的材质均为密度较小、强度较大的镁合金；所述清洁工具43内部为空心；所述控制系统3和电源均放置在与所述清洁装置2相反方向的所述飞行器1的顶板下方，以确保飞行器整体的质量平衡。

所述导航模块4采用gps全球定位模块和地图信息，用于实现飞行器的自主导航，实现飞行器的自主玻璃清洁任务，并能确保飞行器不会使出工作区域。

所述视觉传感模块5采用高清摄像头采集前方图像，进行图像识别判断需要清洁的玻璃的具体位置，将信息传送给所述控制系统3；此外，所述视觉传感模块5还会分析玻璃的清洁程度，直到玻璃被完全清洁干净，所述控制系统3才会控制所述清洁装置2进行下一区域的清洁任务。

所述激光传感器6用来测量飞行器和玻璃的实际距离，当确保所述清洁装置2可以触碰到玻璃时，所述控制系统3才会驱动所述清洁装置2开始清洁任务，还确保飞行器与玻璃之间保持安全距离。

所述无线遥控模块7包括无线发射模块和无线接收模块，用于实现遥控器和飞行器之间的数据通讯，远程实时监测飞行器的工作状态。

综上所述，本发明专利所涉及的高空玻璃清洁飞行器具有智能化水平高、灵活性强、适应性好等特点，可进行栈道玻璃底部以及高空墙体玻璃等特定环境下的玻璃清洁任务，本发明不仅能降低工人的劳动强度，而且极大的提高了工作的安全系数。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。