CN110203397B - 基于无人机搭载的可拆分式高空固定作业平台及作业回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明为基于无人机搭载的可拆分式高空固定作业平台及作业回收方法，可长时间不间断作业，作业完成时可对作业平台回收。包括无人机、控制机构和紧固平台装置；紧固平台装置包括可拆式粘附组件、空气箱和用于搭载作业设备的夹具平台；空气箱设置为中空结构，上部设有孔柱，底部与可拆式粘附组件之间有多个通孔结构；控制机构包括夹具、舵机、气泵、孔柱和连杆，控制机构通过连杆与无人机连接；夹具设有夹片且由舵机控制，夹在紧固平台装置中空气箱的两边；气泵通过控制机构的孔柱与空气箱上部的孔柱密封连接后进行充气或吸气，使空气箱内产生负压或高压，从而将紧固平台装置吸附在工作面上或从工作面上分离。

Description

基于无人机搭载的可拆分式高空固定作业平台及作业回收 方法

技术领域

本发明涉及机械装备研究领域，具体涉及基于无人机搭载的可拆分式高空固定作业平台及作业回收方法。

背景技术

高空飞行作业在我国已经普遍存在，无人机搭载作业设备到高空中进行作业时，电池能源有限，无人机需要返回更换电池，使得设备作业有间断，不能持续作业，存在局限性。此外，无人机悬停在空中作业时旋翼必须转动，才能提供克服重力的升力以保证无人机在空中的悬停或飞行姿态，此过程产生了大量的能耗。

为克服上述缺点，寻找一种由无人机搭载的作业设备能够固定在高空物体表面进行作业的新方式。在作业过程中，无人机可脱离作业设备，降低能耗。作业设备可在高空环境下进行长时间连续作业，作业完成时可通过无人机进行装置回收。

发明内容

为解决现有技术所存在的问题，本发明提供了基于无人机搭载的可拆分式高空固定作业平台及作业回收方法。

根据本发明的一种基于无人机搭载的可拆分式高空固定作业平台，包括无人机、控制机构和紧固平台装置；

紧固平台装置包括可拆式粘附组件、空气箱和用于搭载作业设备的夹具平台；空气箱设置为中空结构，空气箱上部设有孔柱；空气箱的底部与可拆式粘附组件之间设有通孔结构，气流可在空气箱上部的孔柱与可拆式粘附组件之间流通；

控制机构包括夹具、舵机、气泵、孔柱和连杆，舵机安装在夹具的两边，气泵安装在夹具的中部，控制机构通过连杆与无人机连接；夹具设有夹片且由舵机控制，夹在紧固平台装置中空气箱的两边；气泵通过控制机构的孔柱与空气箱上部的孔柱密封连接后进行充气或吸气，使空气箱内产生负压或高压，从而将紧固平台装置吸附在工作面上或从工作面上分离。

在优选的实施例中，所述空气箱设置有多个，多个空气箱通过铰链连接，使紧固平台装置可在平面或圆柱面上黏合固定；相邻两个空气箱的内部空间通过伸缩导管连通。空气箱上部的孔柱设置在中部空气箱上；空气箱底部的通孔直径大于可拆式粘附组件的通孔直径。

在优选的实施例中，所述可拆式粘附组件包括双层胶和离型膜，离型膜的一面与双层胶贴合，另一面固定在空气箱上；通孔结构设置在空气箱的底部、离型膜、双层胶三者之间，且空气箱底部的通孔直径大于离型膜与双层胶上的通孔直径。

根据本发明的可拆分式高空固定作业平台的作业回收方法，包括步骤：

S1、夹具平台搭载作业设备，无人机搭载夹具平台到高空一合适工作面；

S2、紧固平台装置与工作面接触黏合；

S3、接触完成后，气泵开始吸气产生负压，提高可拆式粘附组件与工作面的接触面积和黏附力；

S4、黏附完成后，气泵回到大气压水平，舵机松开夹具，在无人机运动下分离紧固平台装置，无人机搭载任务结束；

S5、作业设备的作业完毕时，启动无人机飞到工作面附近，通过无人机使得控制机构的孔柱插入空气箱上部的孔柱，舵机控制夹具夹取紧固平台装置；

S6、夹取完成后，气泵开始充气产生高压，配合无人机的运动将紧固平台装置从工作面分离，以回收整个高空固定作业平台。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明采用固定在高空物体表面作业方式代替现有无人机搭载设备作业方式，可长时间作业且作业期间不间断，作业完成时可通过无人机进行装置回收；无需担心无人机能源不足的问题，大幅降低无人机耗能成本，同时保证作业的持续性和可靠性。

(2)本发明采用黏合方式在高空物体表面固定，通过负压增大黏合面的面积，为作业平台提供更大的黏附力。

附图说明

图1是本发明一个实施例中高空固定作业平台的结构示意图；

图2是控制机构与紧固平台装置分离的示意图；

图3是紧固平台装置弯曲的示意图；

图4是紧固平台装置背面示意图；

图5是紧固平台装置背面的通孔结构剖面图；

图6是本发明一个实施例中高空固定作业平台固定在平面的示意图；

图7是本发明一个实施例中高空固定作业平台固定在圆柱面的示意图。

图中：1—无人机、2—控制机构、3—紧固平台装置、4—双层胶、5—离型膜、6—空气箱、7—铰链、8—通孔结构、9—伸缩导管、10—夹具平台、11—孔柱、12—夹具、13—夹片、14—孔柱、15—气泵、16—舵机、17—支撑板、18—连杆、19—步进电机、20—柔性顶部。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不局限于此。

实施例

本实施例基于无人机搭载的可拆分式高空固定作业平台，如图1-7所示，包括无人机1、控制机构2和紧固平台装置3。

所述紧固平台装置3包括双层胶4、离型膜5、空气箱6和夹具平台10；离型膜5的一面与双层胶4贴合，另一面固定在空气箱6上，离型膜5可以和双层胶4分离；空气箱6为中空的长方体结构，设置有多个，多个空气箱通过铰链7连接，相邻两个空气箱之间可相互转动。铰链设置在相邻空气箱之间的底部，限制了相邻空气箱之间只能向底面方向转动，使得紧固平台装置可在平面或圆柱面上黏合固定。相邻两个空气箱6的内部空间通过伸缩导管9连通。夹具平台10固定在中部的空气箱6上，可通过夹取等方式搭载作业设备进行高空作业，例如监控摄像头和数据采集传感器等设备。

中部的空气箱6上部设有孔柱11，孔柱11顶部为由柔性材料制成的柔性顶部20，柔性顶部可扩张或收缩，起密封作用；除了顶部为柔性材料之外，孔柱的其余部分为刚性材料。空气箱6的底部、离型膜5、双层胶4三者之间有多个均匀分布的通孔结构8，空气箱6底部的通孔直径大于离型膜5与双层胶4上的通孔直径，即通孔结构8的直径是不等大的，如图5所示，通孔结构类似于吸盘，气流可在孔柱11与双层胶4之间流通。

双层胶为紧固平台装置提供粘附力。在本实施例中，双层胶由两层黏性不同的黏胶构成，黏性强的一层与接触面黏附，使紧固平台装置固定在工作面上；双层胶的另一层黏性相对较小，与离型膜贴合，从而易于与离型膜分离。紧固平台装置分离双层胶后可再次贴上双层胶重复使用。

在本实施例中，控制机构2包括夹具12、支撑板17、舵机16、步进电机19、气泵15、孔柱14、连杆18，夹具12、气泵15、连杆18分别固定在支撑板17上，舵机16安装在夹具的两边，气泵安装在夹具的中部，孔柱14与气泵结合。夹具12设有两个夹片13且由舵机16控制，夹在紧固平台装置中空气箱6的两边，实现高空固定作业平台与无人机的可拆分，而夹具的夹片可伸长。

气泵15连接孔柱14，与中部空气箱上的孔柱11相同的是，孔柱14也是顶部采用柔性材料而其余部分采用刚性材料，气泵可通过孔柱14插入孔柱11后进行充气或吸气，孔柱14插入孔柱11时，孔柱11顶部的柔性材料嵌套孔柱14的刚性材料，孔柱11的刚性材料嵌套孔柱14顶部的柔性材料。当气泵吸气时，空气箱内产生负压，孔柱11顶部的柔性材料在负压作用下收缩包裹着孔柱14的刚性材料达到密封效果，提供压力增加双层胶与接触面的接触面积，提高紧固平台装置与接触面的粘附力；当气泵充气时，空气箱内产生高压，孔柱14顶部的柔性材料在高压作用下扩张紧贴着孔柱11的刚性材料达到密封效果，高压气作用于双层胶，使得空气充入离型膜与双层胶之间，使得离型膜与双层胶分离，实现回收紧固平台装置的功能。

连杆18包括三个支杆，其中第一支杆、第二支杆平行设置，且一端固定在支撑板17上，另一端与第三支杆的一端通过销钉连接，平行设置的两个支杆与第三支杆之间可相互转动；第三支杆的另一端与无人机连接；步进电机19设置在连杆18的销钉上。

由上可知，控制机构通过连杆与无人机固定于一体，通过夹具实现与紧固平台装置的可拆分。用于固定紧固平台装置的平台接触面可以为平面或圆柱面，紧固平台装置与平面接触时，夹具夹在通过铰链连接在一起的多个空气箱的两侧，此时连接在一起的多个空气箱底面为平面，如图6；紧固平台装置与圆柱面接触时，中部空气箱和圆柱面接触而被顶住停止前进，此时无人机和控制机构继续向接触面推进，联合夹片的夹力推动中部空气箱以外的其他空气箱转动，使得双层胶逐渐与圆柱面接触，此时连接在一起的多个空气箱底面为圆柱面，如图7。

对本实施例无人机搭载的可拆分式高空固定作业平台进行作业及回收时，包括以下步骤：

S1、夹具平台搭载作业设备，无人机搭载夹具平台到高空一合适工作面；

S2、紧固平台装置与工作面接触黏合，如果工作面为圆柱面，无人机持续推进，配合控制机构的夹具，使得双层胶与圆柱面逐渐接触；

S3、接触完成后，气泵开始吸气产生负压，进一步提高双层胶与工作面的接触面积和黏附力；

S4、黏附完成后，气泵回到大气压水平，舵机松开夹具，在无人机运动下分离紧固平台装置，无人机搭载任务结束；作业设备在高空固定平台下可进行长时间作业；

S5、作业完毕时，启动无人机飞到工作面附近，通过无人机使得控制机构的孔柱插入中部空气箱的孔柱，舵机控制夹具夹取紧固平台装置；

S6、夹取完成后，气泵开始充气产生高压，配合无人机的运动将离型膜从双层胶上分离，以回收整个高空固定作业平台。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于无人机搭载的可拆分式高空固定作业平台，其特征在于，包括无人机、控制机构和紧固平台装置；

紧固平台装置包括可拆式粘附组件、空气箱和用于搭载作业设备的夹具平台；空气箱设置为中空结构，空气箱上部设有孔柱；空气箱的底部与可拆式粘附组件之间设有通孔结构，气流可在空气箱上部的孔柱与可拆式粘附组件之间流通；

控制机构包括夹具、舵机、气泵、孔柱和连杆，舵机安装在夹具的两边，气泵安装在夹具的中部，控制机构通过连杆与无人机连接；夹具设有夹片且由舵机控制，夹在紧固平台装置中空气箱的两边；气泵通过控制机构的孔柱与空气箱上部的孔柱密封连接后进行充气或吸气，使空气箱内产生负压或高压，从而将紧固平台装置吸附在工作面上或从工作面上分离；

空气箱上部的孔柱及控制机构的孔柱，顶部为由柔性材料制成的柔性顶部，其余部分采用刚性材料制成；

空气箱上部的孔柱顶部的柔性材料嵌套控制机构的孔柱的刚性材料，空气箱上部的孔柱的刚性材料嵌套控制机构的孔柱顶部的柔性材料；当气泵吸气时，空气箱内产生负压，空气箱上部的孔柱顶部的柔性材料在负压作用下收缩包裹着控制机构的孔柱的刚性材料达到密封效果；当气泵充气时，空气箱内产生高压，控制机构的孔柱顶部的柔性材料在高压作用下扩张紧贴着空气箱上部的孔柱的刚性材料达到密封效果。

2.根据权利要求1所述的可拆分式高空固定作业平台，其特征在于，所述空气箱设置有多个，多个空气箱通过铰链连接，使紧固平台装置可在平面或圆柱面上黏合固定；相邻两个空气箱的内部空间通过伸缩导管连通。

3.根据权利要求2所述的可拆分式高空固定作业平台，其特征在于，空气箱上部的孔柱设置在中部空气箱上；可拆式粘附组件包括双层胶和离型膜，离型膜的一面与双层胶贴合，另一面固定在空气箱上，通孔结构设置在空气箱的底部、离型膜、双层胶三者之间，且空气箱底部的通孔直径大于离型膜与双层胶上的通孔直径。

4.根据权利要求1所述的可拆分式高空固定作业平台，其特征在于，所述可拆式粘附组件包括双层胶和离型膜，离型膜的一面与双层胶贴合，另一面固定在空气箱上；

通孔结构设置在空气箱的底部、离型膜、双层胶三者之间，且空气箱底部的通孔直径大于离型膜与双层胶上的通孔直径。

5.根据权利要求4所述的可拆分式高空固定作业平台，其特征在于，所述双层胶包括两层黏性不同的黏胶，黏性较强的一层与接触面黏附，使紧固平台装置固定在工作面上；黏性相对较小的另一层与离型膜贴合。

6.根据权利要求1所述的可拆分式高空固定作业平台，其特征在于，所述控制机构还包括用于固定夹具、舵机、气泵、连杆的支撑板；所述连杆包括三个支杆，其中第一支杆、第二支杆平行设置，且一端固定在支撑板上，另一端与第三支杆的一端通过销钉连接，平行设置的两个支杆与第三支杆之间可相互转动；第三支杆的另一端与无人机连接；在连杆的销钉上设有步进电机。

7.根据权利要求2所述的可拆分式高空固定作业平台，其特征在于，所述铰链设置在相邻空气箱之间的底部。

8.权利要求1-3中任一项所述可拆分式高空固定作业平台的作业回收方法，其特征在于，包括步骤：

S1、夹具平台搭载作业设备，无人机搭载夹具平台到高空一合适工作面；

S2、紧固平台装置与工作面接触黏合；

S3、接触完成后，气泵开始吸气产生负压，提高可拆式粘附组件与工作面的接触面积和黏附力；

S4、黏附完成后，气泵回到大气压水平，舵机松开夹具，在无人机运动下分离紧固平台装置，无人机搭载任务结束；

S5、作业设备的作业完毕时，启动无人机飞到工作面附近，通过无人机使得控制机构的孔柱插入空气箱上部的孔柱，舵机控制夹具夹取紧固平台装置；

S6、夹取完成后，气泵开始充气产生高压，配合无人机的运动将紧固平台装置从工作面分离，以回收整个高空固定作业平台；

所述空气箱设置有多个，多个空气箱通过铰链连接，使紧固平台装置可在平面或圆柱面上黏合固定；相邻两个空气箱的内部空间通过伸缩导管连通；

所述可拆式粘附组件包括双层胶和离型膜，离型膜的一面与双层胶贴合，另一面固定在空气箱上；通孔结构设置在空气箱的底部、离型膜、双层胶三者之间，且空气箱底部的通孔直径大于离型膜与双层胶上的通孔直径；

步骤S2中，如果工作面为圆柱面，无人机持续推进，配合控制机构的夹具，使得双层胶与圆柱面逐渐接触。

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