CN106537274A - 用于控制飞行器清洁表面的方法 - Google Patents

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Abstract

飞行器可以连接平整或者弯曲表面的两种结构之间的较大距离，而不需要对其进行手动转换。这可以降低人力需求，且实现较大面积的全自动维护，例如太阳能发电站。用于控制飞行器清洁表面的方法包含对待清洁物体四周表面的探测，飞行器相对于物体进行对齐并确定飞行轨迹。由此可以对表面进行特别有效的清洁以及在必要的情况下对其进行进一步的处理。用于控制飞行器清洁表面的方法，适用于例如玻璃立面或者太阳能发电站，尤其是干燥地区。

Description

用于控制飞行器清洁表面的方法
已经公开了多种飞行器，例如用于运送包裹的无人机，但因为多种原因尚无法进行实践运用。
无人机的路径必须在水平以及垂直方向上出现的较高飞行轨迹公差下进行预编程。
此外，飞行轨迹可能存在较大变化，因为在存在较大的以及无序出现的障碍物时轨迹必须发生调整，例如飞行轨迹位于太阳能发电站或者屋顶时。
从安全技术上讲，用于运送包裹也存在较严重的问题，因为其所在区域通常具有较密集的人流。
权利要求1所述的发明其任务在于，以较高的自动化程度使用较少的能量可以对表面，例如太阳能发电站、玻璃立面或者屋顶的污染物进行清洁以及进一步的处理。
上述任务通过权利要求1所述的特征(以及可能存在的特征引文)加以解决。
根据权利要求1的改进形式可以对待清洁的物体进行探测，飞行器使用较少的能量即可相对于该物体进行定向和/或对齐。
对几何形状(即三维信息)进行探测可以沿水平或者垂直平面以平移以及旋转的方式相对于物体进行对齐。
识别物体、边缘或者其轮廓以及探测与物体的距离有利于以较低的能量设计飞行轨迹。
尤其是探测表面的高度或者布局可以根据表面对飞行器或者其清洁装置的高度进行跟踪或者对齐。
可以根据传感器系统探测到的信息对飞行器进行控制和对齐。
例如，可以将传感器安装在飞行器的末端，该传感器可以分别测量距离，以便平行于边缘对齐飞行器。
为了节省成本和重量可以使用简单传感器，例如距离测量传感器。该传感器可以安排在规定的位置，例如和飞行器或者其清洁装置成特殊角度或者距离。
结合所选的传感器系统装置以及飞行器定位可以对物体的几何形状特征进行探测。使用简单传感器系统即可实现上述要求。
如果传感器系统一次提供多种信息，例如组合摄像头，则飞行器在可能的情况下较少需要定位，因为附近的环境可以更快速或者更全面地进行探测。
表面的清洁可以通过飞行器上的执行机构直接进行(例如刷子和/或通过机器人产生的气流)，和/或通过固定转接器和飞行器相连的执行机构进行。这一类的清洁装置可以以相对于飞行器可移动方式和/或固定方式相连。
权利要求2说明了本发明的一种优选实施形式。根据权利要求2的改进形式，飞行器的位置、物体的位置和飞行器与物体的相对位置根据传感器信息和/或计算加以确定，由此必要时可以实施其他的处理步骤。
结合所选的传感器系统装置以及飞行器定位，可以在飞行器控制器的特殊程序或者计算程序中对其相对位置进行确定。
对于识别深度信息或者边缘和轮廓的传感器系统而言，存在两种间接应用情况。
一方面，该传感器系统和飞行器的飞行控制器相连，以便影响飞行轨迹和其曲线或者飞行器间接导航，例如对齐。
飞行器和所该安装的清洁装置的位置，例如飞行高度，可以根据传感器信息针对执行机构在表面的持续作用进行调整和/或调节。
理想的对齐方式是，清洁装置或者其作用面平行对齐或者跟踪物体表面。
飞行器合适的位置(即飞行高度)以及相关的和待清洁物体表面之间的距离可能根据所安装的清洁装置和其结构的不同而有所变化。
在选择合适的位置时，也可以通过相对于飞行器移动的清洁装置的结构对飞行器(例如其飞行线路)的不精确性或者物体表面的不精确性加以补偿。
由此，飞行器应在可移动结构对可能存在的不精确性加以补偿的飞行路线内飞行。
另一方面，清洁装置可以独立于飞行控制器进行控制。例如，可以对清洁装置的执行器进行控制，以便在离开待清洁表面时对执行机构的移动进行调节和/或在清洁装置着陆时沿逆向于地面的方向进行升起，以便清洁装置执行机构的工作面远离地面，从而不会对其造成额外的污染或者防止其着陆。总而言之，由此可以有利于清洁装置和不同的飞行器进行连接。
如果执行机构未按规定作用于物体表面，飞行器的对齐和/或定位则具有重要意义。例如，对于应用于荒漠地区太阳能发电站而言，如果使用飞行器气流去除沙子，比较有意义的做法是，在掠过光伏模块或者反光镜后，确切地说是在清洁过程后或者清洁过程中与光伏模块保持较大的距离，以便不会使周围的灰尘扬起，由此会导致表面重新被污染。
传感器系统例如可以包含光学系统，例如红外线、激光或者摄像头，但也可以为声学系统，例如含超声波、雷达和/或触觉功能。飞行器(也被称作无人机)拥有多种可对上述传感器系统进行扩展的传感器，以便实现或者支持导航和飞行安全。
通过力测量传感器(例如应变仪)，可以对清洁装置在清洁表面的力的传递进行检验或者也可以对错误功能(例如清洁装置发生卷边)进行检测。通过确定天气数据(例如风力、空气湿度、时间或者温度，或者基于信息技术的远程传感器数据或者天气预报)传感器可以决定停止或者启动清洁装置的操作。
权利要求3说明了本发明的一种优选实施形式。权利要求3的改进形式，飞行器根据目的接近物体的待清洁表面。
程序规定飞行器按顺序移动，并使得飞行器不会和待清洁物体发生碰撞，且必须遵守飞行轨迹。
由此，飞行器首先靠近一个点，也被称作路标。该点预先进行编程，并通过不同的优先权形成一个模板。
一个点包含水平和垂直位置数据以及对齐和/或围绕一个轴的旋转数据。
其他数据可以进行编程，例如在一个点的停留时间。也可以对多个点之间的飞行特征进行规定，例如加速度或者速度。
如果在一个点处进行飞行，在该点处和/或在多个点之间，飞行器根据传感器系统探测到的信息对物体和/或其周围情况进行探测，随后相对于该点进行对齐。
通过使用程序并结合探测到的传感器信息，飞行器一方面接近该物体，另一方面可以对两个之间的错误位置进行校正。
如果物体按照一定特征，例如以模块化方式进行安装，且拥有特征化的几何形状，例如垂直的角度或者重复的平行边缘，该几何形状可以用作飞行器的参考特征。由此可以对多个点之间的飞行进行精细调节。
通过所述的处理方式，有利于飞行器和其清洁装置根据目的靠近表面，并避免和物体发生碰撞或者接触和/或错误功能。
权利要求4说明了本发明的一种优选实施形式。根据权利要求4的改进形式，根据其范围和/或尺寸飞过物体，必要时对飞行路线进行划分。如果待清洁的物体稍宽于清洁装置，则表面根据清洁装置的工作面的宽度进行划分。
飞行器然后沿多个、相互偏移的轨迹飞过物体表面，以便对整个表面进行探测。对此，比较有利的方案是，计算出的飞行轨迹和清洁装置的工作面重叠。
此外，传感器系统可以对所有必要的信息，例如物体的尺寸和/或与物体的相对位置进行确定，并计算出有效的以及节省能量的飞行路线。
总而言之，通过将飞行路线划分为多个飞行轨迹可以对有效的清洁过程提供支持。
清洁装置或者安装在清洁装置上的执行机构可以以相对于飞行器可移动的方式进行安排或者安排在飞行器的规定位置上。
由此，用于清洁表面的飞行轨迹沿着表面的主要范围进行对齐，而不需要对其进行过细的划分。
一种应用示例为控制程序用于阵列，例如太阳能发电站内的光伏模块陈列中。
飞行器沿着阵列的主要区域进行飞行，此外可以节省额外的转向行程。由此可以减少飞行轨迹的长度，进而节省能量。
如果清洁装置和飞行方向相切移动，且优点在于，飞行器沿着表面的主要延伸方向进行飞行，飞行器的飞行路线进行相应的对齐。
如果清洁装置无法完全或者足够覆盖表面，比较有利的方案是分为多个轨迹进行飞行。此外，比较有利的方案是传感器系统对边缘进行探测，因为该探测过程可以优化飞行轨迹的计算或者划分。
清洁装置通过相对于飞行器的可移动结构安排可以简化其飞行路线和表面清洁程序。
如果清洁装置和飞行方向不成切向进行安排，因为清洁装置由于其特性相对于所使用的执行机构的工作面具有较重的自重，因而会出现工作面缩小的情况，比较有利的方案是，清洁装置沿飞行方向进行安排。
为了增大清洁装置在表面上的工作面，在飞行过程中，也就是说在向前移动或者停止在某个位置时和飞行线路成切向移动。
一种应用示例为滚动刷平行对齐飞行器的飞行方向。因为滚动刷相对较重，因此会出现工作面缩小的情况。通过和飞行方向成切向的相对于飞行器的分离移动，可以在飞行过程中对较大的宽度进行清洁，而不需要对飞行器的飞行路线进行过细的划分。
权利要求5说明了本发明的一种优选实施形式。根据权利要求5的改进形式可以对表面进行更有效的清洁，因为在既定的飞行路线中断时，例如因为更换飞行器的蓄电池时，可以在最后清洁的位置继续飞行和清洁轨迹，因此不需要完整地对已经清洁的表面再次进行清洁。
此外，比较有利的方案是，在继续清洁时考虑可能存在的飞行器的定位或者飞行精度公差。
考虑该公差可以确保不存在围绕飞行或者清洁轨迹中断时所在位置的未清洁表面，对此对已经清洁的部分表面重复进行清洁。
飞行器一方面可以从一个相对于物体的固定点，例如充电站启动和着陆。另一方面也可以从相对于物体的不同点启动和着陆。
比较有利的方案是，着陆场所改变其位置。一种应用示例在于，在光伏模块之间机器人或者清洁车辆分别围绕太阳进行对齐。着陆在这一类的机器人上，例如围绕该机器人进行充电或者对清洁头自动进行清洁或者从机器人处启动可以减少未清洁的飞行路段。
权利要求6说明了本发明的一种优选实施形式。根据权利要求6的改进形式，飞行器以特别节省能源的方式经过预先编程靠近待清洁的物体或者规定的启动和/或着陆位置。
可以使用一种定位系统(例如GPS)，以便飞行至包含待清洁物体所在区域的预先规定的点。由此可以避免原本需要的找寻物体的程序和可能存在的附加电子装置，因而可以节省能源。
路标也可以提前借助定位系统(例如GPS)加以记录，以便日后可以对其进行规定。
本发明的实施例在附图中加以说明，并在下文中进行更详细的描述。
其中：
图1示出了启动程序和飞越路标；
图2示出了执行机构的定位程序；
图3示出了飞行器在物体上方的不同位置的侧面视图；
图4示出了由路标和/或飞行轨迹划分形成的模板。
实施例说明的是由多个阵列组成的太阳能发电站的应用情况。
如图1所示，首先询问是否满足启动指标。例如，对时间进行校准，因为夜间通常风力较小，且不会因飞行器形成阴影。
如果满足指标，例如达到规定时间，且环境条件满足工作要求，飞行器进入规定的路标并启动。
路标通过GPS在水平方向确定位置数据，在垂直方向确定高度数据。
首先通过指南针进行所需的对齐，该指南针可能位于飞行器(也被称作四轴飞行器或者无人机)内，也可以通过飞行器内存在的控制电子装置进行对齐。
此外，路标还拥有一个编号，以便将该路标和其他路标加以区分，且按顺序飞过这些路标。
下文中说明了第一种操作模式：
飞行器通过传感器系统确定其环境，以便对飞行器或者安装在飞行器上的清洁装置相对于待清洁物体的表面进行对齐。
对此，清洁装置配备有两个距离传感器，例如超声波传感器。该传感器测量飞行器和其清洁装置与物体之间的距离，并与地面对齐。
如果发现物体，即低于距离传感器的极限值，则飞行器下降，从而使得清洁装置的执行机构作用于表面上，例如条形刷紧贴清洁表面。
对此，距离传感器必须安装在清洁装置的规定位置，以便可以使用传感器信息。
下文中说明了第二种操作模式，并在图2-3中进行示出：
如果清洁装置(3)相对于飞行器(1)以可移动方式进行安置，例如通过固定转接器(2)，则需要对飞过待清洁物体(5)的高度加以规定。待清洁的物体安置在地面(6)上。
在该飞行高度上，表面和/或飞行器的不精确性通过固定转接器的移动以机械的方式加以补偿，不需要对飞行器进行进一步的控制。
固定转接器和清洁头可以主动控制其与飞行器的距离。例如清洁头通过固定转接器利用驱动装置升起或者下降。
在所有的操作模式中，通过下降清洁装置的执行机构靠近或者跟踪待清洁的表面。
如果这一类的表面不是在飞行器的下方，而是在飞行器的旁边，例如高楼大厦的玻璃立面，执行机构以下降方式靠近待清洁表面。
与之对应，升起是指清洁装置朝着飞行器移动。
图2示出了在启动后持续测量到的飞行器与周围物体，例如地面或者待清洁物体之间的距离。
如果测量到的数值大于某个阈值，则不存在待清洁的物体，清洁装置被升起或者保持在升起状态。
如果存在待清洁的物体，即低于距离测量的阈值，则清洁装置下降。
该程序可以独立于飞行器的编程，例如在清洁装置的单独的控制器中运行。
图3示出了飞行器在飞过物体的过程前、过程中以及过程后的位置。
根据是否存在物体对清洁装置进行控制可以避免飞行器可能和其环境相碰撞的危险。
如果对表面进行多次划分，例如划分为单独的模块，则可以将距离测量信息和路径测量信息相结合。
由此可以避免，清洁头在一个阵列(光伏模块的结构组合)中的每个模块末端被升起。
如果在规定的路径上进行距离测量未发现待清洁的物体，则清洁装置被升起。所需的阈值必须大于或者等于一个阵列中两个模块之间的最大距离。
由此可以避免清洁装置不需要的升起和下降。传感器系统(4)测量与清洁装置下方和飞行器前方的物体之间的距离，以便可以提前发出控制命令。
图4示出了在两个阵列上方的曲流状的飞行路线。选择该飞行路线的原因在于以尽可能低的能源飞过整个表面。飞行轨迹由优选路标(在附图中可以从箭头末端看出)形成，且平行于表面。飞行器从点S开始，并在完整飞越后着陆。
如果必须中断飞行路线，例如在点U处，飞行器中的蓄电池电量不足，则飞行器直接飞向点S进行着陆和/或更换蓄电池。
飞行路线从中断的点U前的点F开始继续，以便补偿飞行器可能存在的定位不精确的问题。
飞行轨迹的数量和结构通过飞过路标形成，并使得清洁装置的执行机构的整个宽度作用于待清洁表面。执行机构的轨迹应稍稍重叠，以便对飞行器定位的不精确性加以补偿。
在飞过路标时，传感器系统可以用于，飞行器根据物体的边缘和轮廓进行靠近。
如果未针对应用规定完整覆盖所需的路标或者规定不足，传感器系统和/或飞行器的控制电子装置根据边缘探测，即物体的识别情况对随后的轨迹进行相应的对齐，并随后进行计算。
比较有利的方案是，在阵列结构范围的一侧开始，且平行计算稍稍重叠的轨迹。
位置校正以及飞行器的对齐可以独立于安装的飞行控制器(例如四轴飞行器)根据边缘进行实施，因为边缘对于飞行器而言是重复的几何形状结构。由此飞行器可以大致平行于模块边缘进行对齐。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.用于控制飞行器清洁表面的方法，包含：
—一个用于探测物体几何形状特征并根据其对齐飞行器的传感器系统，以便通过气流清洁物体。
2.根据权利要求1所述的控制飞行器的方法，包含：
—一种确定飞行器与物体相对位置的程序。
3.根据权利要求1或2所述的控制飞行器的方法，包含：
—一种按顺序对齐飞行器的程序，通过该程序可以避免和物体发生不期望的碰撞。
4.根据权利要求1至3中一项或者多项所述的控制飞行器的方法，包含：
—一种对飞行器的飞行轨迹进行划分的程序，并使得物体表面最大可能受到清洁头的作用。
5.根据权利要求1至4中一项或者多项所述的控制飞行器的方法，包含：
—飞行器在中断飞行轨迹后在考虑可能存在的公差的情况下在中断点处和/或中断点前继续工作。
6.根据权利要求1至5中一项或者多项所述的控制飞行器的方法，包含：
—一种根据其对飞行器进行与编程以及在传感器辅助下靠近路标的程序。

Claims (6)

1.用于控制飞行器清洁表面的方法，包含：
—一个用于探测物体几何形状特征并根据其对齐飞行器的传感器系统。
2.根据权利要求1所述的控制飞行器的方法，包含：
—一种确定飞行器与物体相对位置的程序。
3.根据权利要求1或2所述的控制飞行器的方法，包含：
—一种按顺序对齐飞行器的程序，通过该程序可以避免和物体发生不期望的碰撞。
4.根据权利要求1至3中一项或者多项所述的控制飞行器的方法，包含：
—一种对飞行器的飞行轨迹进行划分的程序，并使得物体表面最大可能受到清洁头的作用。
5.根据权利要求1至4中一项或者多项所述的控制飞行器的方法，包含：
—飞行器在中断飞行轨迹后在考虑可能存在的公差的情况下在中断点处和/或中断点前继续工作。
6.根据权利要求1至5中一项或者多项所述的控制飞行器的方法，包含：
—一种根据其对飞行器进行与编程以及在传感器辅助下靠近路标的程序。
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