CN106628146A - 一种悬崖垃圾清除飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬崖垃圾清除飞行器，包括飞行器、抓手装置、控制系统、导航模块、视觉传感模块、激光传感器和无线遥控模块。所述飞行器为四轴飞行器，包括飞行器主体、叶片和旋转支架，飞行器底部设有抓手装置、视觉传感模块和激光传感器，飞行器顶部设有控制系统、导航模块和无线遥控模块。其特征在于，所述控制系统和飞行器连接用于实现飞行器的飞行任务；抓手装置用于抓取悬崖上的垃圾物；导航模块用于飞行器的自主飞行；视觉传感模块用于获取垃圾物的位置信息；激光传感器用于判断所述飞行器是否可以抓取到垃圾物；无线遥控模块用于实现远程控制。本发明智能化水平高、灵活性强、适应性好，可完成悬崖等特定环境下的垃圾清除工作。

Description

一种悬崖垃圾清除飞行器
技术领域
本发明涉及环保领域和飞行器领域，特别是一种悬崖垃圾清除飞行器。
背景技术
随着国民经济的高速发展，中国的旅游人数日益剧增，景区产生的垃圾也随之增多，清理这些垃圾需要耗费大量的人力和财力，一些自然景区的山坡乃至悬崖峭壁上的垃圾清理，更是给清洁人员带来了巨大的困难，清洁人员往往需要身系安全绳来清理这些垃圾，不仅工作强度大，而且危险系数也特别高。
四轴飞行器是当下最热门的一种飞行器，受到了广大科学爱好者和商业公司的关注，因此，四轴飞行器的应用前景十分广阔。一是可作为新概念交通工具：早在二战时，载人四轴的原型机已经被设计出来，但因为控制技术落后，飞行器不稳定无法投入实际应用。二是安保领域：随着人工智能的不断发展，配备高清摄像机、安保设备的四轴飞行器广泛应用在公安、消防、家庭和单位安保领域。三是建筑领域及其它高危作业环境。
目前高空作业领域的危险系数特别大，工作人员工作强度大，生命安全保障低，，四轴飞行器在高空垃圾清除作业领域应用较少，对于悬崖等特定环境的垃圾清除装置更是屈指可数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种悬崖垃圾清除飞行器，使垃圾清除飞行器具有智能化水平高、灵活性强、适应性好等特点，可进行悬崖等特定环境下的垃圾清除工作。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种悬崖垃圾清除飞行器，包括飞行器主体、叶片和旋转支架；所述叶片分布在飞行器主体的四周，相邻叶片之间呈90度夹角，所述旋转支架固定在飞行器主体的下方，所述飞行器底部设有抓手装置、视觉传感模块和激光传感器，所述飞行器顶部设有控制系统、导航模块和无线遥控模块；
所述控制系统和所述飞行器连接用于实现飞行器的飞行任务；所述控制系统和所述抓手装置连接用于抓取悬崖上的垃圾物；所述控制系统和导航模块连接用于飞行器的自主飞行；所述控制系统和视觉传感模块连接用于获取垃圾物的位置信息；所述控制系统和激光传感器连接用于判断所述飞行器是否能够抓取到垃圾物；所述控制系统和无线遥控模块连接用于实现远程控制。
进一步地，所述抓手装置包括固定架、齿轮、第一联轴器、第一连接板、第一步进电机、第一夹板、第二连接板、齿轮条、第二夹板；所述固定架固定在旋转支架下方；所述第一步进电机通过第一联轴器和齿轮相连，所述齿轮与齿轮条形成齿轮啮合，所述齿轮条插在固定架内部，进行往复运动；所述第一夹板分别与第二连接板和固定架连接，所述第二夹板分别与第一连接板和固定架连接，所述第一连接板和第二连接板通过轴连接在齿轮条下方；当所述步进电机旋转时，通过齿轮的转动带动齿轮条进行上下往复运动，所述齿轮条通过第一连接板和第二连接板带动夹板和第二夹板进行张合运动，从而将垃圾物抓起。
进一步地，所述旋转支架包括支架顶板、支架底板、支架横梁、第一螺母、连通轴、第二螺母、轴、第二联轴器、第二步进电机、步进电机座；所述旋转支架两侧均设有旋转机构；所述支架顶板和支架底板通过连通轴进行连通，所述连通轴两端由第一螺母和第二螺母进行固定；所述第二步进电机通过步进电机座固定支架顶板上；所述第二步进电机通过第二联轴器连接轴；所述轴固定在支架底板上；通过第二步进电机的转动，实现旋转支架的收起和放下，当飞行器起飞时，所述旋转支架收起，从而不会妨碍抓手装置的抓取任务；当飞行器降落时，所述旋转支架会放下，从而实现飞行器的降落。
进一步地，所述控制系统包括主控制系统、无刷电机控制系统、步进电机控制系统；所述主控制系统和抓手装置连接用于抓取悬崖上的垃圾物；所述主控制系统和导航模块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连接用于获取垃圾物的位置信息；所述主控制系统和激光传感器连接用于判断飞行器是否能够抓取到垃圾物；所述主控制系统和无线遥控模块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飞行任务；所述步进电机控制系统用于控制旋转支架进行升起和降落运动，以及控制抓手装置的抓取任务。
进一步地，所述导航模块采用GPS全球定位模块和地图信息，用于实现飞行器的自主导航，实现飞行器的自主垃圾清除任务，并使飞行器不驶出工作区域。
进一步地，所述视觉传感模块采用高清摄像头采集前方图像，进行图像识别判断需要抓取的垃圾物的具体位置，将信息传送给控制系统；控制系统控制飞行器和抓手装置相互配合，从而实现抓取任务。
进一步地，所述激光传感器，用来测量飞行器和垃圾的实际距离，来判断抓手是否能够触及目标并实现抓取操作，而且使飞行器与地面之间保持安全距离。
进一步地，所述无线遥控模块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，能够切换到手动操作模式来实现目标物的抓取任务。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)智能化水平高，使用多种传感器，可实现飞行器的完全自主作业；(2)灵活性强，采用飞行器作为载体，体积小，可随时根据实际情况实现自动与手动控制的切换；(3)适应性好，可在任何恶劣环境下工作，工作过程中无需有停靠点。
附图说明
图1是本发明一种悬崖垃圾清除飞行器的结构示意图。
图2是本发明一种悬崖垃圾清除飞行器的抓手装置结构示意图。
图3是本发明一种悬崖垃圾清除飞行器的旋转支架结构示意图。
图4是本发明一种悬崖垃圾清除飞行器的控制系统结构示意图。
附图标识：1为飞行器，2为抓手装置，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为叶片，12为飞行器主体，13为旋转支架，21为固定架，22为齿轮，23为第一联轴器，24为第一连接板，25为第一步进电机，26为第一夹板，27为第二连接板，28为齿轮条，29为第二夹板，131为支架顶板，132为支架底板，133为支架横梁，134为第一螺母，135为连通轴，136为第二螺母，137为轴，138为第二联轴器，139为第二步进电机，140为步进电机座。
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，为本发明一种悬崖垃圾清除飞行器的结构示意图，所述飞行器1为一般四轴飞行器，包括飞行器主体12、叶片11和旋转支架13，所述叶片11分布在所述飞行器主体12的四周，两两夹角为90度，所述旋转支架13固定在所述飞行器主体12的下方，所述飞行器1底部设有抓手装置2、视觉传感模块5和激光传感器6，所述飞行器1顶部设有控制系统3、导航模块4和无线遥控模块7。
其特征在于，所述控制系统3和所述飞行器1连接用于实现飞行器的各种飞行任务；所述控制系统3和所述抓手装置2连接用于抓取悬崖上的垃圾物；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和所述视觉传感模块5连接用于获取垃圾物的的位置信息；所述控制系统3和所述激光传感器6连接用于判断所述飞行器是否可以抓取到垃圾物；所述控制系统3和所述无线遥控模块7连接用于实现远程控制。
如图2所示，为本发明一种悬崖垃圾清除飞行器的抓手装置结构示意图，所述抓手装置2包括固定架21、齿轮22、第一联轴器23、第一连接板24、第一步进电机25、第一夹板26、第二连接板27、齿轮条28、第二夹板29；所述固定架21固定在旋转支架13下方；所述第一步进电机25通过第一联轴器23和齿轮22相连，齿轮22与齿轮条28形成齿轮啮合，齿轮条28插在固定架21内部，进行往复运动；第一夹板26分别与第二连接板27和固定架21连接，第二夹板29分别与第一连接板24和固定架21连接，第一连接板24和第二连接板27通过轴连接在齿轮条28下方；当第一步进电机25旋转时，通过齿轮22的转动带动齿轮条28进行上下往复运动，齿轮条28通过第一连接板24和第二连接板27带动第一夹板26和第二夹板29进行张合运动，从而将垃圾物抓起。
如图3所示，为本发明一种悬崖垃圾清除飞行器的旋转支架结构示意图，所述旋转支架13包括支架顶板131、支架底板132、支架横梁133、第一螺母134、连通轴135、第二螺母136、轴137、第二联轴器138、第二步进电机139、步进电机座140；旋转支架13两侧均设有旋转机构；支架顶板131和支架底板132通过连通轴135进行连通，连通轴135两端由第一螺母134和第二螺母136进行固定；第二步进电机139通过步进电机座140固定支架顶板131上；第二步进电机139通过第二联轴器138连接轴137；轴137固定在支架底板132上；通过第二步进电机139的转动，可实现旋转支架13的收起和放下，从而当飞行器起飞时，旋转支架13会收起，从而不会妨碍抓手装置2的抓取任务；当飞行器降落时，旋转支架13会放下，从而实现飞行器的降落。
如图4所示，为本发明一种悬崖垃圾清除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抓手装置2连接用于抓取悬崖上的垃圾物；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连接用于获取垃圾物的的位置信息；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是否可以抓取到垃圾物；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旋转支架13进行升起和降落运动以及控制抓手装置2的抓取任务。
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，实现飞行器的自主垃圾清除任务，并能确保飞行器不驶出工作区域。
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抓取的垃圾物的具体位置，将信息传送给控制系统3；控制系统3控制飞行器和抓取装置2相互配合，从而实现精准的抓取任务。
所述激光传感器6，用来测量飞行器和垃圾的实际距离，来判断抓手是否能够触及目标并实现抓取操作，而且能确保飞行器与地面之间保持安全距离。
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，在特定情况下可切换到手动操作模式来实现目标物的抓取任务。
综上所述，本发明一种悬崖垃圾清除飞行器，具有智能化水平高、灵活性强、适应性强的特点，可完成悬崖等特定环境下的垃圾清除工作，不仅能降低工人的劳动强度，而且提高了工作的安全性。
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。

Claims (8)

1.一种悬崖垃圾清除飞行器，其特征在于，包括飞行器主体(12)、叶片(11)和旋转支架(13)；所述叶片(11)分布在飞行器主体(12)的四周，相邻叶片(11)之间呈90度夹角，所述旋转支架(13)固定在飞行器主体(12)的下方，所述飞行器(1)底部设有抓手装置(2)、视觉传感模块(5)和激光传感器(6)，所述飞行器(1)顶部设有控制系统(3)、导航模块(4)和无线遥控模块(7)；
所述控制系统(3)和所述飞行器(1)连接用于实现飞行器的飞行任务；所述控制系统(3)和所述抓手装置(2)连接用于抓取悬崖上的垃圾物；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)连接用于获取垃圾物的位置信息；所述控制系统(3)和激光传感器(6)连接用于判断所述飞行器是否能够抓取到垃圾物；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。
2.根据权利要求1所述的悬崖垃圾清除飞行器，其特征在于，所述抓手装置(2)包括固定架(21)、齿轮(22)、第一联轴器(23)、第一连接板(24)、第一步进电机(25)、第一夹板(26)、第二连接板(27)、齿轮条(28)、第二夹板(29)；所述固定架(21)固定在旋转支架(13)下方；所述第一步进电机(25)通过第一联轴器(23)和齿轮(22)相连，所述齿轮(22)与齿轮条(28)形成齿轮啮合，所述齿轮条(28)插在固定架(21)内部，进行往复运动；所述第一夹板(26)分别与第二连接板(27)和固定架(21)连接，所述第二夹板(29)分别与第一连接板(24)和固定架(21)连接，所述第一连接板(24)和第二连接板(27)通过轴连接在齿轮条(28)下方；当所述步进电机(25)旋转时，通过齿轮(22)的转动带动齿轮条(28)进行上下往复运动，所述齿轮条(28)通过第一连接板(24)和第二连接板(27)带动夹板(26)和第二夹板(29)进行张合运动，从而将垃圾物抓起。
3.根据权利要求1所述的悬崖垃圾清除飞行器，其特征在于，所述旋转支架(13)包括支架顶板(131)、支架底板(132)、支架横梁(133)、第一螺母(134)、连通轴(135)、第二螺母(136)、轴(137)、第二联轴器(138)、第二步进电机(139)、步进电机座(140)；所述旋转支架(13)两侧均设有旋转机构；所述支架顶板(131)和支架底板(132)通过连通轴(135)进行连通，所述连通轴(135)两端由第一螺母(134)和第二螺母(136)进行固定；所述第二步进电机(139)通过步进电机座(140)固定支架顶板(131)上；所述第二步进电机(139)通过第二联轴器(138)连接轴(137)；所述轴(137)固定在支架底板(132)上；通过第二步进电机(139)的转动，实现旋转支架(13)的收起和放下，当飞行器起飞时，所述旋转支架(13)收起，从而不会妨碍抓手装置(2)的抓取任务；当飞行器降落时，所述旋转支架(13)会放下，从而实现飞行器的降落。
4.根据权利要求1所述的悬崖垃圾清除飞行器，其特征在于，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；所述主控制系统和抓手装置(2)连接用于抓取悬崖上的垃圾物；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)连接用于获取垃圾物的位置信息；所述主控制系统和激光传感器(6)连接用于判断飞行器是否能够抓取到垃圾物；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飞行任务；所述步进电机控制系统用于控制旋转支架(13)进行升起和降落运动，以及控制抓手装置(2)的抓取任务。
5.根据权利要求1所述的悬崖垃圾清除飞行器，其特征在于，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，实现飞行器的自主垃圾清除任务，并使飞行器不驶出工作区域。
6.根据权利要求1所述的悬崖垃圾清除飞行器，其特征在于，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抓取的垃圾物的具体位置，将信息传送给控制系统(3)；控制系统(3)控制飞行器和抓手装置(2)相互配合，从而实现抓取任务。
7.根据权利要求1所述的悬崖垃圾清除飞行器，其特征在于，所述激光传感器(6)，用来测量飞行器和垃圾的实际距离，来判断抓手是否能够触及目标并实现抓取操作，而且使飞行器与地面之间保持安全距离。
8.根据权利要求1所述的悬崖垃圾清除飞行器，其特征在于，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，能够切换到手动操作模式来实现目标物的抓取任务。
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