[發明專利]一種系留式無人機高空墻壁清潔作業系統及其工作方法

在審

• 申請號: 201710590699.5
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107440627A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: 李天松;馬力;陽榮凱;黃艷虎
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: A47L11/38
• 分類號: A47L11/38;A47L11/40;B64C39/02
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司11212
• 代理人: 楊立,周玉婷

1.一種系留式無人機高空墻壁清潔作業系統，其特征在于，包括無人機(1)、高空平臺設備(3)和控制站(5)；所述無人機(1)的前方設有用于清潔高空墻壁的機載清潔裝置(2)；所述高空平臺設備(3)放置于樓頂或者適當的樓層或者地面上，并且所述高空平臺設備(3)通過空中傳輸管(4)向所述無人機(1)提供電能以及向所述機載清潔裝置(2)提供清洗液；所述控制站(5)通過控制所述無人機(1)、所述機載清潔裝置(2)以及所述高空平臺設備(3)的協調運行來實現對墻壁的清潔。

2.根據權利要求1所述的系留式無人機高空墻壁清潔作業系統，其特征在于，所述無人機(1)的前端設有用于測量其與墻壁之間的距離的超聲波模塊，所述無人機(1)的手臂上設有用于測量經緯度和高度的GPS模塊，所述無人機(1)的手飛控板上設有用于測量風力和溫濕度的氣壓計；所述無人機(1)通過數傳模塊將所述超聲波模塊、所述GPS模塊以及所述氣壓計的測量信息以及其飛行姿態發送給所述控制站(5)并逐一顯示出來。

3.根據權利要求2所述的系留式無人機高空墻壁清潔作業系統，其特征在于，所述無人機(1)還包括自慣性測量單元，并且所述無人機(1)利用源自所述慣性測量單元、所述GPS模塊和所述氣壓計的測量信息并基于擴展卡爾曼濾波進行數據融合，以提高其姿態角的精度。

4.根據權利要求1所述的系留式無人機高空墻壁清潔作業系統，其特征在于，所述無人機(1)上設有用于清潔時拍攝墻壁的攝像頭，所述攝像頭通過圖傳模塊將拍攝的圖片發送給所述控制站(5)并顯示出來。

5.根據權利要求1所述的系留式無人機高空墻壁清潔作業系統，其特征在于，所述無人機(1)的飛行控制器采用PID自動校正控制算法快速做出相應飛行動作從而到達規定的位置。

6.根據權利要求1所述的系留式無人機高空墻壁清潔作業系統，其特征在于，所述機載清潔裝置(2)包括處于所述無人機(1)前方的高壓噴射頭(13)和柔質清潔頭(14)，所述柔質清潔頭(14)通過可自動伸縮的清潔手臂(15)安裝在所述無人機(1)前方，所述柔質清潔頭(14)內置有感應出其與墻壁的壓力的壓力傳感器，所述壓力傳感器通過感應到壓力來調節所述柔質清潔頭(14)對墻壁的力度大小；

所述高空平臺設備(3)通過所述空中傳輸管(4)連接并提供清洗液給所述高壓噴射頭(13)，所述高壓噴射頭(13)在墻壁上噴出清洗液后再通過所述柔質清潔頭(14)刷洗。

7.根據權利要求6所述的系留式無人機高空墻壁清潔作業系統，其特征在于，所述空中傳輸管(4)包括輸送清洗液管道(16)和輸電線路(17)；所述高空平臺設備(3)包括清洗液容器(6)、增壓泵(8)和電源(9)；所述清洗液容器(6)通過所述清洗液管道(16)向所述高壓噴射頭(13)輸送清洗液，所述電源(9)通過所述輸電線路(17)向所述無人機(1)的供電電池提供電能；所述清洗液容器(6)出口通過所述增壓泵(8)連接所述清洗液管道(16)的入口，并且所述清洗液容器(6)出口與所述增壓泵(8)連接處設有微小電動閥門(7)；

所述電源(9)通過輸電線分別向所述控制站(5)、所述微小電動閥門(7)和所述增壓泵(8)提供電能。

8.根據權利要求7所述的系留式無人機高空墻壁清潔作業系統，其特征在于，還包括架高柱(11)，所述架高柱(11)的頂部設有供所述清洗液管道(16)和所述輸電線路(17)繞過后再連接所述高壓噴射頭(13)或者所述無人機(1)的滾輪裝置(12)，所述滾輪裝置(12)正反方向的滾動來收放所述清洗液管道(16)和所述輸電線路(17)，并且所述控制站(5)通過所述滾輪裝置(12)的滾動來使所述清洗液管道(16)和所述輸電線路(17)的收放與所述無人機(1)的上下飛行相匹配。

9.根據權利要求1所述的系留式無人機高空墻壁清潔作業系統，其特征在于，所述高空平臺設備(3)還包括清潔結束后將所述空中傳輸管(4)拆卸后收集起來的繞線裝置。

10.根據權利要求1至9所述的系留式無人機高空墻壁清潔作業系統的工作方法，其特征在于，包括如下的步驟：

S1：選擇合適場地放置高空平臺設備(3)，要求選擇的場地需保證無人機工作時與場地的最大垂直距離低于無人機(1)的安全飛行值，且在工作時場地始終高于無人機；選擇放置高空平臺設備(3)的同一場地或者地面放置控制站(5)；轉步驟S2；

S2：將空中傳輸管(4)從繞線裝置(10)上全部解下，將傳輸管(4)的傳輸清洗液管道(16)一端連接到增壓泵(17)出水口，其另一端繞過架高柱(11)上的滾輪裝置(12)后與無人機(1)的高壓噴射頭(13)連接，將傳輸管(4)的輸電線(17)一端連接到電源(9)的輸出端，其另一端繞過架高柱(11)上的滾輪裝置(12)后與無人機(1)的電量輸入口連接，并用電源(9)通過輸電線給控制站(5)、微小電動閥門(1)供電；轉步驟S3；

S3：通過控制站(5)選擇自動或者手動的工作模式：

若選擇自動模式，通過控制站(5)控制無人機(1)沿著工作區域的邊沿環繞一周，使無人機(1)記下當前選擇的工作區域，并通過控制站(5)設置工作區域中開始工作的原點，最后通過控制站(5)控制無人機(1)回到該原點；轉步驟S4；

若選擇手動模式，無人機(1)受控制站(5)上遙控桿操縱飛行，高壓噴射頭(13)和柔質清潔頭(14)也被控制站(5)手動控制工作，轉步驟S6；

S4：無人機(1)通過超聲波模塊探測與墻壁之間的距離，并與墻壁保持一定距離；微小電動閥門(7)會根據無人機(1)飛行高度自動調節清洗液流量，同時清洗液經增壓泵(8)增壓后由無人機(1)端的高壓噴射頭(13)噴出，在無人機(1)飛行移動過程中高壓噴射頭(13)一直保持清洗液噴出狀態，在完成整個選擇的工作區域的清洗液噴射工作完成之后，關閉電動閥門(7)和增壓泵(8)；轉步驟S5；

S5：按照無人機(1)噴射清洗液過程中移動的軌跡，自動伸長清潔手臂(15)并通過柔質清潔頭(14)對墻壁進行擦拭；轉步驟S7；

S6：無人機(1)通過超聲波模塊探測與墻壁之間的距離，并與墻壁保持一定距離；用電源(9)給微小電動閥門(7)和增壓泵(8)供電，微小電動閥門(7)會根據無人機(1)的飛行高度自動調節清洗液流量，通過控制站(5)控制無人機(1)飛到任意位置，并選擇控制高壓噴射頭(13)噴射清洗液或者選擇控制柔質清潔頭(14)對墻壁進行擦拭；轉步驟S7；

S7：通過控制站(5)遙控無人機(1)一端返航，斷開無人機(1)與高空平臺設備(3)之間傳輸管(4)的各連接線，再控制繞線裝置(10)收回傳輸管(4)，最后斷開電源(9)結束工作流程即可。