CN107902081A - 一种智能维护建筑物的飞行机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能维护建筑物的飞行机器人，包括机器人主体和地面控制系统，其中机器人主体包括四旋翼飞行器，四旋翼飞行器的下部设有起落架和底部摄像模块，四旋翼飞行器的上部由下至上依次设有相互连接的作业设备模块、作业工具模块，作业工具模块上设有向两侧伸出的机械双手臂，每条机械手臂均具有七自由度，机械双手臂的端部设有可更换的组合工具，作业工具模块上设有与地面控制系统无线连接的控制模块，控制模块上设有头部基座，头部基座上装有三维激光扫描仪和摄像头。使用该无人机或无人系统改变传统有人员参与的高空作业模式，从而避免人员的伤亡，无需繁杂的辅助工具、设备和高昂的费用，将建筑维护、清洗、喷涂、消防灭火等功能集成于一台设备即可完成。
Description
技术领域
本发明涉及建筑物清洁维护设备技术领域，具体涉及一种智能维护建筑物的飞行机器人。
背景技术
随着世界经济的快速发展，现代城市高楼鳞次栉比，众多大楼外观造型独特、豪华气派、光彩夺目。但是建筑的外表像人的衣服一样也需要经常的清洁保养才能保持容光焕发，避免和减少材质的损坏，只有注重外墙的保洁和维护，才能塑造这些城市或楼宇的良好形象。
目前对楼宇外墙的清洁和维护实现方案主要有以下四种：
1、搭建脚手架来实现建筑外墙的清洁和维护工作；
2、使用座板式单人吊具，从建筑物顶部悬挂座板式单人吊具和工具，清洁工人坐于其上利用重力下降进行清洗和维护工作。
3、使用暂设式高空清洗吊篮，使用临时架设在建筑物上的高处作业吊篮进行工作。
4、使用常设式吊篮(擦窗机)，作为一种永久性架设在建筑物或构筑物上的一种常设吊篮。用于建筑物或构筑物外墙面装饰、检查、维修、清洗作业。
然而目前对楼宇外墙的清洁和维护存在有以下缺陷：
1、脚手架的缺点：工程繁大，安装和折卸工序繁琐，租赁费用高，工期漫长且效率低下。工人需要高空作业，具有较高的危险性。
2、座板式单人吊具的缺点：依靠一套悬吊下降系统和一套坠落防护系统(即一根工作绳和一根生命绳)，清洁工人坐在座板上进行建筑外墙的高空作业。危险性极高，受天气、风力等外在因素影响较大。工作效率低，极易发生坠落事故，造成人员的伤亡。
3、暂设式高空清洗吊篮缺点：安全系数虽较座板式单人吊具有所提高，但仍需要工人直接站立于吊篮内工作，安全因素受设备状态、气候因素、悬挂点状态等多种因素约束，如吊篮发生坠落事故，则会造成人员伤亡的事故。
4、常设式吊篮(擦窗机)缺点：造价昂贵，工作效率较低。需要工人直接站立于吊篮内工作，安全因素受气候等外在因素影响较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种可以改变传统有人员参与的高空作业模式，使用无人设备作业，从而避免人员的伤亡，无需繁杂的辅助工具、设备和高昂的费用，将建筑维护、清洗、喷涂、消防灭火功能等集成于一台设备即可高效而安全作业的智能维护建筑物的飞行机器人。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种智能维护建筑物的飞行机器人，所述飞行机器人包括机器人主体和地面控制系统，其中机器人主体包括四旋翼飞行器，在四旋翼飞行器的下部设有起落架和底部摄像模块，在四旋翼飞行器的上部由下至上依次设有相互连接的作业设备模块、作业工具模块，作业工具模块上设有向两侧伸出的机械双手臂，每条机械手臂均具有七自由度，机械双手臂的端部设有可更换的组合工具，作业工具模块上设有与地面控制系统无线连接的控制模块，控制模块上设有头部基座，头部基座上装有扫描仪和摄像头。
为了确保飞行器的安全飞行，使得飞行机器人在为建筑物进行清洁、维护的过程中保持平稳、高效、且节能的运行，优选的技术方案是，所述四旋翼飞行器为四翼八浆式，且呈扁平矩形结构的飞行器。
为了使得飞行机器人在每次飞行作业时尽量能够完成更多的作业任务，同时能够确保操作过程的灵活、轻便，进一步优选的技术方案是，所述作业设备模块包括与飞四旋翼行器连接的旋转基座，旋转基座上设有作业设备模块的壳体，旋转基座内设有内齿轮，内齿轮与驱动齿轮啮合，驱动齿轮与第一驱动电机连接，驱动电机设置在壳体内，在所述旋转基座上还设置有清洁机箱、喷涂材料箱、污水回收过滤箱、空气压缩机、燃油发动机和高压水射流机。
为了使得飞行机器人在每次飞行作业时尽量能够完成更多的作业任务，同时能够确保操作过程的灵活、轻便，进一步优选的技术方案还有，所述作业工具模块包括作业工具模块的壳体，壳体的底部设有第二驱动电机，第二驱动电机通过传动部件与驱动轴连接，驱动轴上设有与驱动轴垂直且呈放射性设置的若干根支撑杆，支撑杆的端部通过夹具座连接有夹具，在所述夹具的夹持头上夹持有作业工具。
为了使得飞行机器人在每次飞行作业时尽量能够完成更多的作业任务，同时能够确保操作过程的灵活、轻便，进一步优选的技术方案还有，在所述作业工具模块的壳体内设有六根支撑杆，每个夹具上设有4个夹持头。
为了使得飞行机器人在每次飞行作业时尽量能够完成更多的作业任务，同时能够确保操作过程的灵活、轻便，进一步优选的技术方案还有，所述作业工具包括有清洗工具、喷涂工具、消防工具和维护工具。
为了使得飞行机器人在每次飞行作业时尽量能够完成更多的作业任务，同时能够确保操作过程的灵活、轻便，进一步优选的技术方案还有，所述机械双手臂中的每一个机械臂上均设有相互连接的四节支撑臂和三个活动关节，每节支撑臂均设有驱动本节支撑臂绕其轴线旋转的旋转驱动电机，每个活动关节均设有绕其关节摆动的摆动驱动电机。
为了使得飞行机器人在每次飞行作业时尽量能够完成更多的作业任务，同时能够确保操作过程的灵活、轻便，进一步优选的技术方案还有，在所述机械双手臂的机械臂内部设有水或清洁剂高压射流管路、涂料管路和高压气体管路。
为了便于飞行机器人对建筑物维护、清洁作业全过程的全自动化控制，而且还能够确保飞行机器人的安全运行，进一步优选的技术方案还有，所述控制模块包括集成有PLC控制的三通道数控系统、机器人伺服单元、无线通讯单元、GPS或北斗导航模块、陀螺仪、飞行控制单元、故障诊断与反馈单元，通过上述单元通过控制程序控制四旋翼飞行器的飞行姿态、空间坐标位置和机械双手臂的运动轨迹。
为了便于观察被维护、被清洁建筑物的外部结构，及外部被污染的状况，进一步优选的技术方案还有，在所述头部基座内分别装有驱动扫描仪、摄像头和头部基座本体旋转的第三驱动电机、第四驱动电机、第五驱动电机，所述扫描仪为三维激光扫描仪。
为了便于观察被维护、被清洁建筑物的外部结构，及外部被污染的状况，进一步优选的技术方案还有，在所述底部摄像模块分别装有控制底部摄像头基座圆周旋转的第六驱动电机和底部摄像头径向旋转的第七驱动电机，以控制底部摄像头在圆周和径向任意角度的旋转，可24小时全天候实时监控主机体底部空间的状态。
优选地，在所述头部基座上方装有驱动头部摄像头旋转的第四驱动电机，用于单独控制摄像头径向上任意角度的旋转，所述摄像头为红外摄像头。
优选地，在所述头部基座底座中装有控制头部基座圆周旋转的第五驱动电机，用于单独控制整个基座的圆周旋转，用于配合头部摄像头和扫描仪的旋转。
优选地，在所述底部摄像模块，分别装有控制底部摄像头基座圆周旋转的第六驱动电机和底部摄像头径向旋转的第七驱动电机，以控制底部摄像头在圆周和径向任意角度的旋转，用于实时监控主机体底部空间的状态，所述摄像头为红外摄像头。本发明的优点和有益效果在于：所述智能维护建筑物的飞行机器人可以改变传统有人员参与的高空、高危作业模式，从而避免人员的伤亡，无需繁杂的辅助工具、设备和高昂的费用，将建筑维护、清洗、喷涂、消防等功能集成于一台设备即可高效而安全的作业。该飞行机器人具有自动化程度高，对建筑物清洁维护的效率高，安全可靠，能够随时或昼夜连续工作对各类建筑物进行清洁维护。无需繁琐的辅助设施即可胜任工作，如传统作业需要搭建脚手架、吊篮等辅助用具，本发明仅需主机体与地面控制中心二部分即可完成各项工作。减少了辅助设施昂贵的费用，降低了使用成本。无需依赖于吊篮或吊绳，效率得以大幅度提高。高空作业没有人员的参与，直接避免了人员伤亡的隐患。
附图说明
图1是本发明飞行机器人的立体结构示意图；
图2是本发明飞行机器人中作业设备模块的结构示意图；
图3是本发明飞行机器人中作业工具模块的结构示意图之一；
图4是本发明飞行机器人中作业工具模块的结构示意图之二；
图5是本发明飞行机器人中机械双手臂的结构示意图；
图6是本发明飞行机器人中头部基座上部件的安装结构示意图。
图中：1、机器人主体；2、地面控制系统；3、四旋翼飞行器；4、起落架；5、底部摄像模块；6、作业设备模块；6.1、旋转基座；6.2、壳体；6.3、内齿轮；6.4、驱动齿轮；6.5、第一驱动电机；6.6、清洁机箱；6.7、喷涂材料箱；6.8、污水回收过滤箱；6.9、空气压缩机；6.10、燃油发动机；6.11、高压水射流机；7、作业工具模块；7.1、壳体；7.2、第二驱动电机；7.3、驱动轴；7.4、支撑杆；7.5、夹具；7.6、夹持头；7.7、作业工具；8、机械双手臂；8.1、支撑臂；8.2、活动关节；8.3、旋转驱动电机；8.4、摆动驱动电机；9、组合工具；10、控制模块；11、头部基座；12、三维激光扫描仪；13、摄像头；14、第三驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明是一种智能维护建筑物的飞行机器人，所述飞行机器人包括机器人主体1和地面控制系统2，其中机器人主体1包括四旋翼飞行器3，在四旋翼飞行器3的下面设有起落架4和底部摄像模块5，在四旋翼飞行器3的上部由下至上依次设有相互连接的作业设备模块6、作业工具模块7，作业工具模块上7设有向两侧伸出的机械双手臂8，每条机械手臂8均具有七自由度，机械双手臂8的端部设有可更换的组合工具9，作业工具模块7上设有与地面控制系统2无线连接的控制模块10，控制模块10上设有头部基座11，头部基座11上装有三维激光扫描仪12和摄像头13。
为了确保飞行器的安全飞行，使得飞行机器人在为建筑物进行清洁、维护的过程中保持平稳、高效、且节能的运行，本发明优选的实施方案是，如图1所示，所述四旋翼飞行器3为四翼八浆式，且呈扁平矩形结构的飞行器，具有较强的最大起飞重量能力，以满足不同的工作需要。
为了使得飞行机器人在每次飞行作业时尽量能够完成更多的作业任务，同时能够确保操作过程的灵活、轻便，本发明进一步优选的实施方案是，如图2所示，所述作业设备模块6包括与四旋翼飞行器3连接的旋转基座6.1，旋转基座6.1上设有作业设备模块的壳体6.2，旋转基座6.1内设有内齿轮6.3，内齿轮6.3与驱动齿轮6.4啮合，驱动齿轮6.4与第一驱动电机6.5连接，驱动电机6.5设置在壳体6.2内，在所述旋转基座6.1上还设置有清洁机箱6.6、喷涂材料箱6.7、污水回收过滤箱6.8、空气压缩机6.9、燃油发动机6.10和高压水射流机6.11。通过第一驱动电机6.5带动驱动齿轮6.4以及与其啮合的内齿轮6.3，内齿轮6.3带动壳体6.2旋转，动壳体6.2还可以带动壳体上的作业工具模块7一起旋转。清洁机箱6.6可以用装载清洁剂或清洁用水。喷涂材料箱6.7可以用于装载建筑物表面用的喷涂涂料。污水回收过滤箱6.8可以用于回收清洗液，避免其对环境造成的二次污染。空气压缩机6.9可用于各种清洗、修复工具中所用的压力气源。燃油发动机6.10可为发电机提供动力，再由发电机为飞行器及各类工具、压缩机等提供电源。高压水射流机6.11可用于提供高压水源。
为了使得飞行机器人在每次飞行作业时尽量能够完成更多的作业任务，同时能够确保操作过程的灵活、轻便，本发明进一步优选的实施方案还有，如图3、图4所示，所述作业工具模块7包括作业工具模块7的壳体7.1，壳体7.1的底部设有第二驱动电机7.2，第二驱动电机7.2通过传动部件(如传动齿轮)与驱动轴7.3连接，驱动轴7.3上设有与驱动轴7.3垂直且呈放射性设置的若干根支撑杆7.4，支撑杆7.4的端部通过夹具座连接有夹具7.5，在所述夹具7.5的夹持头7.6上夹持有作业工具7.7。
为了使得飞行机器人在每次飞行作业时尽量能够完成更多的作业任务，同时能够确保操作过程的灵活、轻便，本发明进一步优选的实施方案还有，如图3、图4所示，在所述作业工具模块7的壳体7.1内设有六根支撑杆7.4，每个夹具7.5上设有4个夹持头7.6。
为了使得飞行机器人在每次飞行作业时尽量能够完成更多的作业任务，同时能够确保操作过程的灵活、轻便，本发明进一步优选的实施方案还有，所述作业工具7.7包括有清洗工具、喷涂工具和维护工具，当然根据作业需要还可以配备其他相应的工具，如对需要某些装饰物予以拆除的专用工具。
为了使得飞行机器人在每次飞行作业时尽量能够完成更多的作业任务，同时能够确保操作过程的灵活、轻便，本发明进一步优选的实施方案还有，如图5所示，所述机械双手臂8中的每一个机械臂上均设有相互连接的四节支撑臂8.1和三个活动关节8.2，每节支撑臂8.1均设有驱动本节支撑臂绕其轴线旋转的旋转驱动电机8.3，每个活动关节8.2均设有绕其关节摆动的摆动驱动电机8.4。
为了使得飞行机器人在每次飞行作业时尽量能够完成更多的作业任务，同时能够确保操作过程的灵活、轻便，本发明进一步优选的实施方案还有，在所述机械双手臂8的机械臂内部设有水或清洁剂高压射流管路、涂料管路和高压气体管路(图中未视)。
为了便于飞行机器人对建筑物维护、清洁等作业全过程的全自动化控制，而且还能够确保飞行机器人的安全运行，本发明进一步优选的实施方案还有，所述控制模块10包括集成有PLC控制的三通道数控系统、机器人伺服单元、无线通讯单元、GPS或北斗导航模块、陀螺仪、飞行控制单元、故障诊断与反馈单元等元件，通过上述单元通过控制程序控制四旋翼飞行器的飞行姿态、空间坐标位置和机械双手臂的运动轨迹。
为了便于观察被维护、被清洁建筑物的外部结构、材质类别及外部被污染的状况，本发明进一步优选的实施方案还有，如图6所示，在所述头部基座11内分别装有驱动扫描仪12、摄像头13和头部基座本体旋转的第三驱动电机14、第四驱动电机、第五驱动电机(图中未视)，所述扫描仪12为三维激光扫描仪，并可根据实际需要增加红外功能，以满足昼夜24小时不停机工作的需求。
为了便于观察被维护、被清洁建筑物的外部结构，及外部被污染的状况，进一步优选的技术方案还有，在所述底部摄像模块分别装有控制底部摄像头基座圆周旋转的第六驱动电机和底部摄像头径向旋转的第七驱动电机，以控制底部摄像头在圆周和径向任意角度的旋转，可24小时全天候实时监控主机体底部空间的状态。
所述智能维护建筑物的飞行机器人的工作原理是：
本发明智能维护建筑物的飞行机器人，其主机体以八桨四旋翼的飞行总成提供飞行动力，旋翼电机使用蓄电池作为驱动，并由油动式发电机提供持续电源供电。起飞高度可达数千米，抗风能力达到八级以上。并具有主机体防抖动补偿功能，以消除在飞行中造成的震动而提高定位精度。起落架作为主机体的支撑。底部摄像头总成可以做圆周旋转定位和+45—+225度俯仰旋转定位，可以对底部空间的建筑的实时影像、材质信息、颜色等信息识别、反馈和监控。对建筑的材质等特征进行识别和分类。旋转基座与上部的主机体中间设有旋转机构，主机体可以相对于飞行总成作圆周旋转定位，旋转角度由数控代码控制。清洁与喷涂材料装置、高压水射流装置、高压气体装置、废物存储装置安装在基座中，分为玻璃清洁剂、大理石清洁剂、喷涂材料、磁砖清洁剂等按实际项目所需可选置不同类型的清洁剂或喷涂涂料，涂料颜色模块具有三基色存储装置，可根据实际需要经电脑自动调配成所需的颜色进行喷涂和喷绘。如建筑物表面的大型广告或创意。不仅能胜任平面的工作，同样也能胜任任意曲面、任意形状立体的建筑物表面的喷涂或喷绘。高压水射流和高压气体分别用于清洗、清除不同材质的建筑表面及难以去除的污物。工具模块安置于基座中，工具模块中存放如清洗工具、喷涂工具、维护工具、消防工具等多种工具，可以对含有多种维护内容的建筑一次性完成任务，如清洗和喷涂工作可以同步进行，两条均有七自由度的机械手臂前端接口可以安装相同或不同的工具，作相同或不同的工作内容。如左臂可以作清洁工作，右臂可以作喷涂工作。或左臂作清洁玻璃材质，右臂作清洁大理石材质的工作，或双臂安装相同工具作对称加工或非对称加工等工作。七自由度机械双手臂，单臂均具有七个自由度，不仅可以做直线运动，还可以做七自由度任意空间的三维空间运动，双臂的运动轨迹由三通道数控系统基于三维激光扫描仪扫描建筑后生成的三维模型，再基于此三维模型生成的数控代码控制，第一通道控制左臂的运动，第二通道控制右臂的运动，第三通道控制主机体的圆周运动。双臂前端接口安装的工具不仅可以作平面的运动，还可以作任意曲面和空间的运动，以最优化的姿态避障、接近工作区域，来清洁或喷涂任意形状的建筑物表面。双臂内部各设有三条管路，第一条为高压水射流清洁剂管路，第二条为涂料喷涂管路，第三条为高压气体管路，以满足不同的工作内容需求，另外可根据实际需要，在双机械臂外部或内部增加其它类型的如电线或管路等。双臂及主机体均安装有力传感器、接近传感器等多种传感器，以避免与建筑物发生碰撞，并可控制和调节可更换组合工具施加于建筑物表面的压力。可更换组合工具作为可以更换的多种工具，双臂顶端具有标准更换接口，可以在地面或空中任意位置，不停机的状态下随时从工具模块中调用、更换不同的工具，以根据需要完成不同的工作内容。例如进行清洁工作时，根据配备不同的工具和清洁剂而实现不同的工作内容，对建筑物表面材质不限，如玻璃、大理石、铝合金、不锈钢等材质。对建筑物外形如平面、任意曲面和高度没有限制。在进行喷涂工作时，根据配备的不同工具、施工对象的不同，可以喷涂多种材质的涂料，如腻子、油漆、涂料、砂浆、防腐涂料等多种涂料。在进行维护工作时，根据配备不同的工具，可进行建筑物的维护、破拆、安装、切割、部件更换等工作内容。在进行消防工作时，使用配备的消防枪或消防工具对建筑物、高层或超高层建筑着火点进行大火的扑救、火势的控制等消防工作内容。如上述的清洁工作、喷涂等工作内容中，根据实际工作量的大小，供料和废物回收可以选择机器人主机体自身携带和外部接入二种模式。外部接入模式时，带有外部接入接口的主机体由人工操作接入连接供料设备和回收设备的管路，由机器人主体飞行时拖带管路进行工作。因在多功能工具和主机体中采取了污物回收措施，从源头上杜绝了二次污染，具有积极的绿色环保意义。在对高层或超高层建筑物清洁、喷涂工作时，连接设备的管路由待工作区域的邻近区域或楼层提供，以此来保证不停机状态下工作的连续性，以减少停机率从而提高工作效率。在进行消防工作时，如消防对象是低层、多层或中高层建筑物时，消防用水可由地面消防水源提供，接入机器人主机体配备的消防工具中，由机器人主体拖带消防水带飞行至着火区域进行灭火。对高层或超高层建筑时，消防水源由着火层邻近的安全楼层或安全区域提供，以达到快速、及时的灭火和火势控制的目的。执行消防任务时，地面控制中心首先快速设置待接入消防水源的安全区域或安全楼层、需要更换的消防工具，主机体飞行定位至指定的安全区域或安全楼层，由人工将消防水带接入主机体外接接口，主机体先飞至着火层附近安全位置，对窗户、防盗窗进行破拆或切割，以打开消防灭火和被困人员的救援通道。可以将其中一机械臂从工具库模块调用更换多功能消防水枪或消防水炮，另一臂像人的双手抱握物体的姿态抱持另一臂来增加双臂的刚性和稳定性，也可以双臂分别调用消防工具，来抵消消防水带的重力和消防水枪的射流反作用力，由地面控制中心人员通过主机体头部和底部的摄像头实时监控着火层状态，来设置水枪的喷射角度、喷射高度、飞行姿态和飞行高度等参数来控制水枪水柱的控制面积、控制周长、控制高度、控制纵深等，以达到最优化、最快速的灭火目的。驱动与控制模块包含三通道数控装置、机器人伺服单元、无线通讯模块、GPS或北斗导航模块、陀螺仪、飞控模块、故障诊断与反馈、PLC等装置控制主机体飞行姿态、空间坐标位置和双臂的运动轨迹。头部基座上安装头部摄像头和三维激光扫描仪，作为一个独立单元，头部基座带动头部摄像头、三维激光扫描仪一起可以作圆周上任意角度的旋转定位，三维激光扫描仪可作-12—60度俯仰旋转定位，配合头部基座的旋转、飞行的高度和预先设定的扫描飞行轨迹，扫描建筑外形生成点云数据并上传至云端服务器和地面控制中心，自动或人工生成建筑三维模型，通过自动或人工编制数控程序，控制机械双手臂运动和主机体的飞行轨迹，来完成建筑的清洁、喷涂、维护、消防等工作。控制主机体和七自由度机械双手臂的运行轨迹的数控程序首先在地面控制中心进行虚拟模拟仿真，以确认在建筑维护过程中不存在干涉、碰撞等错误。确认无误后将数控程序、建筑三维模型、需要维护的区域等详细信息进行保存、分类并上传至云端服务器，以备下次调用。
详细的工作流程为：预先为主机体规划基于建筑物外形的飞行轨迹，其先飞至建筑物顶端，使用三维激光扫描仪自上而下或自下而上对建筑进行三维扫描，头部摄像头和底部摄像头同步对建筑物材质进行识别、分类和规划并保存，基于计算机存储的材料库自动分配适合于当前建筑所包含材质的工作参数。如清洁剂类别、多用途工具的选择等工作参数。对整体建筑完成全部的扫描后生成的点云数据分别上传至云端服务器和地面控制中心，由地面控制中心控制人员自动生成或通过人工生成建筑三维模型。按建筑物表面材质的不同在计算机中自动分成不同的区域，并以不同的颜色标注，以便于观察和辨别。基于三维模型选取合适的工具，编制清洁、喷涂和维护的最优化路径，生成的程序代码分别控制七自由度机械双手臂运动、主机体的飞行、多功能工具的调用和更换、高压气体或高压水射流的启闭、主机体的圆周旋转定位等参数以最优化的路径运行。计算机自动计算完成全部工作所需的总时间，可灵活设定每天的工作量安排如仅白天工作8小时，或昼夜24小时连续不停机工作，计算机则自动根据设定的工作时间自动划分工作量，将整个建筑加工区域分割成若干独立的工作区域，以合理的安排生产。首先在地面控制中心进行虚拟模拟仿真，检查主机体在清洁、喷涂、维护过程中有无错误存在，是否会与建筑物发生碰撞、干涉等隐患。确认无误后以自动执行模式控制主体机完成工作。主机体按照程序自动飞至建筑物顶端，依上而下或依左至右以最优化的路径自动完成清洁或喷涂工作。当一座建筑物中含有不同的工作内容时，可以按程序规划自动从工具模块中调取不同的工具来完成不同的工作内容。主机体在自动执行过程中具有断点回归功能，即在中间过程中如添加清洁剂等中断时，可以自动存储断点以前的工作内容和信息，中断结束后可以继续接着已完成的工作运行，以避免重复的工作。以大型写字楼幕墙的清洁为例，待基于建筑物三维模型生成的数控代码生成后，先在地面控制中心进行虚拟模拟仿真，确认无误后，将程序代码、建筑材质等信息保存并上传至云端服务器以备下次调用。最后控制主机体按程序运行自动完成建筑的维护工作。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (13)
1.一种智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，所述飞行机器人包括机器人主体和地面控制系统，其中机器人主体包括四旋翼飞行器，在四旋翼飞行器的下部设有起落架和底部摄像模块，在四旋翼飞行器的上部由下至上依次设有相互连接的作业设备模块、作业工具模块，作业工具模块上设有向两侧伸出的机械双手臂，每条机械臂手均具有七自由度，机械双手臂的端部设有可更换的组合工具，作业工具模块中设有与地面控制系统无线连接的控制模块，控制模块上设有头部基座，头部基座上装有三维激光扫描仪和摄像头。
2.如权利要求1所述的智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，所述四旋翼飞行器为四翼八浆式，且呈扁平矩形结构的飞行器。
3.如权利要求2所述的智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，所述作业设备模块包括与四旋翼飞行器连接的旋转基座，旋转基座上设有作业设备模块的壳体，旋转基座内设有内齿轮，内齿轮与驱动齿轮啮合，驱动齿轮与第一驱动电机连接，驱动电机设置在壳体内，在所述旋转基座上还设置有清洁机箱、喷涂材料箱、污水回收过滤箱、空气压缩机、燃油发动机和高压水射流机。
4.如权利要求3所述的智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，所述作业工具模块包括作业工具模块的壳体，壳体的底部设有第二驱动电机，第二驱动电机通过传动部件与驱动轴连接，驱动轴上设有与驱动轴垂直且呈放射性设置的若干根支撑杆，支撑杆的端部通过夹具座连接有夹具，在所述夹具的夹持头上夹持有作业工具。
5.如权利要求4所述的智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，在所述作业工具模块的壳体内设有六根支撑杆，每个夹具上设有4个夹持头。
6.如权利要求5所述的智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，所述作业工具包括有清洗工具、喷涂工具、维护工具和消除工具。
7.如权利要求6所述的智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，所述机械双手臂中的每一个机械臂上均设有相互连接的四节支撑臂和三个活动关节，每节支撑臂均设有驱动本节支撑臂绕其轴线旋转的旋转驱动电机，每个活动关节均设有绕其关节摆动的摆动驱动电机。
8.如权利要求7所述的智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，在所述机械双手臂的机械臂内部设有水或清洁剂高压射流管路、涂料管路和高压气体管路。
9.如权利要求8所述的智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，所述控制模块包括集成有PLC控制器的三通道数控系统、机器人伺服单元、无线通讯单元、GPS或北斗导航模块、陀螺仪、飞行控制单元、故障诊断与反馈单元，通过上述单元通过控制程序控制四旋翼飞行器的飞行姿态、空间坐标位置和机械双手臂的运动轨迹。
10.如权利要求9所述的智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，在所述头部基座内装有驱动扫描仪旋转的第三驱动电机，所述扫描仪为三维激光扫描仪。
11.如权利要求10所述的智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，在所述头部基座上方装有驱动头部摄像头旋转的第四驱动电机，用于单独控制摄像头径向上任意角度的旋转，所述摄像头为红外摄像头。
12.如权利要求11所述的智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，在所述头部基座底座中装有控制头部基座圆周旋转的第五驱动电机，用于单独控制整个基座的圆周旋转，用于配合头部摄像头和扫描仪的旋转。
13.如权利要求12所述的智能维护建筑物的飞行机器人，其特征在于，在所述底部摄像模块，分别装有控制底部摄像头基座圆周旋转的第六驱动电机和底部摄像头径向旋转的第七驱动电机，以控制底部摄像头在圆周和径向任意角度的旋转，用于实时监控主机体底部空间的状态，所述摄像头为红外摄像头。
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