本发明属于无人机，具体涉及一种外墙作业无人机系统。
背景技术：
1、在高层建筑外墙清洗、检测及维护等高空作业场景中，采用无人机开展近距离作业，可在一定程度上减少脚手架、吊篮等设施的搭设需求，具有部署较为便捷、作业效率较高以及人员直接暴露风险较低等特点，因此逐渐成为外墙高空作业领域的一类可选技术方案。
2、现阶段用于外墙高空作业的无人机系统，主要采用多旋翼飞行平台搭载清洗、检测或维护装置，通过自由飞行和悬停方式实现贴近外墙作业。此外，亦有少量方案提出通过顶部辅助如系留、悬挂等承载方式分担部分载荷或扩展作业能力。总体而言，现有外墙作业无人机方案在悬停稳定性、负载能力以及作业点位灵活调整能力方面仍存在较为明显的不足，从而影响复杂立面区域的作业覆盖效率及作业安全性。
3、一方面，对于自由悬停式作业无人机而言，其在作业过程中需要持续输出升力以维持悬停状态，并同时承载清洗工具、检测设备等作业载荷，因此有效载荷裕度有限，难以搭载功率更高、重量更大或体积更大的作业装置，从而限制了复杂工况下的作业能力。同时，高层建筑外墙附近通常存在近壁绕流、上升气流及阵风等扰动，无人机在贴近外墙悬停作业时容易发生姿态抖动和位置漂移，导致作业端与外墙之间的相对位置难以稳定保持，进而容易产生漏检、漏洗、作业质量波动等问题，严重时还可能引发与外墙结构碰撞甚至坠落的风险，对操作者的实时操控能力和系统抗扰能力提出较高要求。
4、另一方面，对于少量采用顶部系留或悬挂方式的设想方案，现有技术通常通过多旋翼无人机配合楼顶卷扬机、吊装架或锚固点等外置吊装设备，实现上系留悬挂作业。该类方案需要预先在楼顶布设相应装置，不仅增加了作业前期的现场勘察、安装部署及安全评估工作量，也提高了设备投入和实施成本。与此同时，卷扬机、吊装架或锚固点的布设位置通常受楼顶空间条件、女儿墙结构、广告牌及其他附属设施影响，导致悬挂作业的可达范围和覆盖区域受到限制，难以适应复杂立面及不规则区域的作业需求。
5、因此，亟需一种外墙作业无人机系统及其作业方法，以在提高作业稳定性和负载能力的同时，避免对楼顶卷扬机、吊装架等外置吊装设备的依赖，并突破固定吊装点位对作业范围的限制，从而实现作业点位的灵活设置、切换与调整，提升复杂立面及跨立面场景下的连续覆盖能力和作业安全性。
技术实现思路
1、本发明意在提供一种外墙作业无人机系统，以解决现有外墙作业无人机悬停稳定性不足、负载能力有限，以及现有吊装式无人机依赖楼顶外置吊装设备、吊装点位固定且难以灵活调整的问题。
2、为实现上述目的，本发明的方案为：一种外墙作业无人机系统，包括无人机本体、壁挂装置、牵引装置和控制模块；
3、壁挂装置，壁挂装置包括释放部和连接部，释放部连接到无人机本体上，连接部与释放部可拆卸连接，连接部用于与外墙或外墙上的锚点连接；
4、牵引装置，牵引装置包括安装部和牵引部，安装部和牵引部分别安装于无人机本体和壁挂装置上；
5、控制模块用于控制释放部和牵引部动作。
6、本方案的工作原理及有益效果在于：无人机本体携带壁挂装置飞行至外墙预定作业位置后，通过姿态控制使壁挂装置的连接部与外墙上的锚点对接并连接，其中，所述锚点可以为外墙上的沟、孔、槽、栏杆、女儿墙以及其他预设的、可附着或可连接结构。待连接部与外墙或外墙锚点形成稳固连接后，控制模块向释放部发送控制信号，使释放部与连接部分离，从而将壁挂装置留设于外墙处，形成供无人机本体使用的临时锚点。此时，无人机本体通过牵引装置的牵引部与壁挂装置保持连接，在牵引装置的牵拉支撑作用下悬设于外墙外侧，并可在牵引作用下进行位置调整和后续作业。
7、具体而言，在工作初始状态下，壁挂装置的释放部与无人机本体连接，控制模块与释放部、牵引部信号连接，壁挂装置及牵引装置随无人机本体一同飞行至外墙预定作业位置。待壁挂装置的连接部与外墙或外墙上的锚点完成连接并固定后，控制模块控制释放部与连接部分离，使壁挂装置留设于外墙处并形成固定锚点。此后，无人机本体通过牵引装置与壁挂装置保持连接，在牵引装置的牵拉支撑作用下悬设于外墙外侧。进一步地，在接收到控制模块的控制信号后，牵引装置还可对无人机本体进行牵引，辅助无人机本体发生位移。牵引装置在此过程中起到柔性或刚性牵拉支撑作用，一方面可降低无人机本体在无附着状态下意外坠落的风险，另一方面可使无人机本体在一定范围内调整位置以进行后续作业；壁挂装置则作为固定于外墙处的支撑锚点，持续为无人机本体提供支撑。
8、本方案的有益效果在于：（1）本方案无需在外墙表面或楼顶预先布设复杂的吊装设备、轨道系统或其他外置承载装置，而是由无人机本体直接将壁挂装置运输至目标作业区域并完成连接和释放，从而能够降低前期部署的复杂度以及实施成本；（2）壁挂装置与牵引装置共同为无人机本体提供支撑，减轻无人机及其系统的负载压力的同时减少无人机本体的升力负载，无人机本体的旋翼则主要用于调整飞行方向、飞行角度以及无人机本体姿态等；（3）根据最新的无人机作业安全规范，作业类无人机需配备安全降落装置以应对突发动力失效或故障，传统解决方案多为挂载降落伞，而本方案通过牵引装置将无人机本体与已固定的壁挂装置连接，可在无人机本体发生动力异常、姿态失稳或其他突发故障时提供附加安全约束，相较于单纯依赖降落伞等被动安全装置的方案，有利于提高高空外墙作业过程中的安全性和可靠性；（4）壁挂装置的连接部可根据外墙实际可利用的固定位点进行适配设置，无人机本体负责对壁挂装置进行运输、对接和释放，因此本系统能够适应不同类型的外墙结构及复杂建筑立面。同时，可根据实际作业需求选择不同的外墙固定位点，从而实现作业位置的灵活调整与切换，具有较好的通用性和适配性。
9、可选地，连接部包括悬臂结构、吸附式结构或挂钩结构的一种或多种。
10、在本方案中，通过将连接部设置为多种结构类型，使得壁挂装置能够灵活适应建筑外墙上的不同锚点条件，遇到光滑玻璃幕墙时可选用吸附式结构，遇到女儿墙或栏杆时可选用悬臂结构或挂钩结构，提升本系统对不同建筑外立面的通用性和适应性，避免因墙面材质或结构单一而无法固定的问题，从而确保在任何所需作业位置都能可靠建立锚点，解决传统方案受限于楼顶条件和特定墙面的问题。
11、可选地，吸附式结构包括真空吸附机构、磁吸机构、膨胀机构中的一种或者多种。
12、可选地，真空吸附机构包括真空吸盘、负压发生器，真空吸盘为中空结构，真空吸盘朝向外墙墙面的一侧设有开口，负压发生器与真空吸盘连通，负压发生器与控制模块信号连接。
13、在本方案中，负压发生器主动产生真空，使真空吸盘牢固吸附在光滑墙面上，为无人机提供稳定的悬挂支点。
14、可选地，还包括负压检测传感器，负压检测传感器固定安装在真空吸盘内，负压检测传感器的检测端朝向真空吸盘内部，负压检测传感器与控制模块信号连接。
15、在本方案中，负压检测传感器能够实时监控吸附状态，并将信号反馈给控制模块，若负压检测传感器检测到负压值异常，控制模块紧急启动无人机的自主高度控制能力，杜绝因吸附失效导致无人机坠落的风险。
16、可选地，膨胀机构包括膨胀气囊机构和膨胀卡爪机构的一种。针对墙面上已有的孔、洞、槽等结构，膨胀机构提供了更佳的固定方式，通过充气或机械扩张，气囊或卡爪能够紧密贴合孔洞内壁，实现牢固的机械锚固。
17、可选地，膨胀气囊机构包括安装座、柔性气囊、充气泵及泄压阀，柔性气囊固定安装于安装座朝向外墙墙面的一侧，充气泵固定安装于安装座内部，通过充气管路与柔性气囊连通，泄压阀安装于柔性气囊上，充气泵、泄压阀与控制模块信号连接。
18、可选地，膨胀卡爪机构包括基体、移动件、卡爪及驱动部，移动件设置在基体上并与卡爪活动连接，驱动部的工作端与移动件连接并带动卡爪径向扩张或收缩。
19、可选地，磁吸机构包括吸附座和第一电磁铁，第一电磁铁固定在吸附座上并朝向墙面设置，吸附座内设有电源为第一电磁铁供电，第一电磁铁与控制模块信号连接。
20、在本方案中，对于有钢铁结构的建筑外墙，提供了一种简便快捷的固定方式，无需复杂的动力源和控制，仅依靠第一电磁铁的强磁力即可瞬间完成固定。
21、可选地，悬臂结构包括直臂型悬臂机构、l型悬臂机构和机动型悬臂机构的一种或多种。
22、在本方案中，悬臂结构尤其适用于建筑顶部的女儿墙、横梁或窗口等位置，l型悬臂机构可以挂扣在女儿墙上，无需任何破坏性安装；机动型悬臂机构则预装在建筑内部或顶部，为本系统在特定建筑上的重复性作业提供预设的锚点方案。
23、可选地，直臂型悬臂机构包括一段直臂型的连接杆，连接杆通过直接插入墙面孔缝、或与吸附式结构配合、或与钩挂结构相结合的方式实现与墙面的连接。
24、可选地，l型悬臂机构包括吊装架和挂接座，吊装架为l型包括水平段和垂直段，挂接座设置在吊装架的水平段端部。
25、可选地，机动型悬臂机构预装于建筑结构的预设部，预设部包括建筑顶部的预装基础或窗口内侧的墙体结构。
26、可选地，钩挂结构包括挂钩，挂钩用于钩挂在外墙或者外墙的锚点上。
27、在本方案中，挂钩是最简单直接的连接方式，能够钩挂在外墙的栏杆、管道、装饰条等现有结构上，这种结构成本低、可靠性高，为无人机提供一个即挂即用的临时锚点。
28、可选地，壁挂装置的释放部为夹爪机构、电磁卡扣或电动锁扣中的任意一种或者多种。
29、在本方案中，这些结构为无人机本体与壁挂装置在空中实现连接与分离提供具体的执行方案，无论是夹爪的机械咬合、第二电磁铁的磁力吸附还是锁舌与锁孔的电动锁定，都能使得无人机能够将壁挂装置运送并安装到预定锚点，解决传统方案需人工提前安装或无法空中布设的痛点。
30、可选地，夹爪机构包括夹爪、第一驱动装置，夹爪连接在第一驱动装置的输出端上，第一驱动装置与控制模块信号连接。
31、可选地，电磁卡扣包括第二电磁铁和衔铁，第二电磁铁固定安装于无人机本体上并由无人机本体供电，衔铁固定设置于连接部上，第二电磁铁与控制模块信号连接。
32、可选地，电动锁扣包括导向座、锁舌、锁孔结构和第二驱动装置，第二驱动装置和导向座固定于无人机本体上，第二驱动装置的输出轴与锁舌连接，锁舌滑动安装于导向座内，连接部上设有与锁舌配合的锁孔。
33、可选地，牵引装置的安装部设置在无人机本体上，牵引装置的牵引部设置在壁挂装置上。
34、可选地，牵引装置的安装部设置在壁挂装置上，牵引装置的牵引部设置在无人机本体上。
35、可选地，牵引部包括爬绳机装置和卷扬机装置的一种或多种。
36、可选地，爬绳机装置包括固定座、爬绳机和牵引绳，安装部为第一固定座，牵引部为爬绳机和牵引绳，第一固定座可拆卸安装于无人机本体顶部，牵引绳一端与壁挂装置的连接部固定连接，另一端穿过爬绳机内部后与第一固定座连接，爬绳机与控制模块信号连接。
37、在本方案中，当壁挂装置固定后，无人机可通过控制爬绳机在牵引绳上的爬升或下降，调整无人机在墙面上的垂直位置，实现沿墙面的上下移动，这给了无人机在垂直方向上的机动能力，使其能够覆盖更大的作业区域。
38、可选地，卷扬机装置包括转动辊、柔性绳、鼓刹机构、卷扬驱动部和挂钩，安装部为第二固定座，牵引部为转动辊、柔性绳、鼓刹机构、卷扬驱动部，柔性绳一端连接第二固定座，柔性绳另一端缠绕在转动辊上，驱动装置的工作端与转动辊连接，鼓刹机构通过制动控制转动棍。
39、在本方案中，卷扬机装置可以实现牵引绳的收放，允许无人机在一定范围内沿墙面的上下移动的同时，为无人机提供了一道可靠的安全防线，满足安全规范。
40、可选地，无人机本体包括矢量多旋翼无人机或倾转旋翼无人机。
41、在本方案中，多旋翼无人机具有垂直起降和空中悬停的能力，能够稳定地停留在空中特定位置，其中矢量多旋翼无人机通过改变各旋翼的倾转角度或转速差产生矢量推力，从而在悬停状态下灵活控制机体的俯仰、滚转和偏航姿态，能够适应不同角度的壁面或复杂的挂壁对接角度；倾转旋翼无人机则通过旋翼的倾转机构，在悬停模式和水平飞行模式之间切换，在挂壁过程中可借助倾转功能调节机体姿态。
42、可选地，倾转旋翼无人机包括第一驱动部、至少两个机臂以及对应的旋翼组件，第一驱动部设置于无人机本体上，第一驱动部的输出端与机臂连接，机臂转动连接于无人机本体上，机臂远离无人机本体的端部设有第二驱动部，第二驱动部的动力输出端与旋翼组件铰接。
43、可选地，无人机本体下方设有挂载支架，挂载支架可拆卸连接有清洗组件。
44、可选地，清洗组件包括水箱、水泵、喷管和清洗刷，水箱挂载在无人机本体下方，清洗刷安装在挂载支架上，水泵从水箱泵水喷向清洗刷，水泵与控制模块信号连接。
45、可选地，清洗刷为旋转结构包括清洗支架、辊刷和清洗电机，清洗支架与无人机本体或者挂载支架连接，辊刷转动连接在清洗支架上，清洗电机的输出端连接辊刷，清洗电机与控制模块信号连接。
46、可选地，无人机本体底部固定连接有起落支架。
47、可选地，挂载支架和清洗组件设置在起落支架之间。
48、在本方案中，起落支架保证了无人机的正常起降，将挂载支架和清洗组件设置在起落支架之间，优化了空间布局，使得整机结构紧凑，重心更稳。
49、可选地，还包括辅助定位装置，辅助定位装置包括图像定位装置、激光定位装置、毫米波雷达或磁感应装置的一种或多种，辅助定位装置与无人机本体电连接。
50、在本方案中，辅助定位装置为无人机提供了感知墙面和锚点位置的能力，这使得无人机能够自主或辅助操作员将壁挂装置对准并固定在预定位置，尤其是在高空、视线不佳或信号弱的区域，提高对接的成功率。
51、可选地，无人机本体周围设有防撞保护圈，防撞保护圈为柔性橡胶材料制成，防撞保护圈通过卡扣可拆卸套设在无人机本体的机臂外侧。
52、在本方案中，柔性防撞保护圈为无人机在贴近墙面作业时提供了物理缓冲，即使发生轻微碰撞，也能有效保护无人机和墙体免受损伤。
53、可选地，壁挂装置上设有指示灯，指示灯固定安装在壁挂装置上，指示灯与控制模块信号连接。
54、在本方案中，指示灯提供直观的视觉反馈，操作人员可以通过观察指示灯的颜色或闪烁状态，远距离、快速地判断壁挂装置的吸附或固定状态是否正常，便于在对接时进行实时调整，或在作业过程中进行监控，提升安全性。