CN111824403A - 一种智能地、空、壁面三栖飞行平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能地、空、壁面三栖飞行平台，其包括多旋翼飞行子系统以及固定在多旋翼飞行子系统下方的悬挂及辅助吸附子系统。其中，多旋翼飞行子系统用于控制三栖飞行平台的飞行姿势并提供三栖飞行平台的壁面吸附环境，悬挂及辅助吸附子系统用于在飞行时挂载壁面作业模块以及在吸附时释放壁面作业模块至目标壁面。相比于现有技术，本发明采用模块化接口，在飞行或悬停时由平台挂载并固定壁面作业机器人，当接驳至目标壁面附近时，通过动力冲撞的方式形成对目标壁面的吸附，并且将所挂载的壁面作业机器人输送至壁面登陆位置，于壁面作业机器人登陆完成后自行返回。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程技术以及工业机器人技术，尤其涉及一种具有地、空、壁面三栖功能的智能三栖飞行平台。
背景技术
随着科学技术的发展，人们对于危险作业的无人值守以及自动化要求越来越高。例如，建筑外墙作业属于一种高危作业，常常需要专业人员及设备进行，效率难以提高，作业成本也难于降低。此外，在家用机器人领域，现有的一些公司提供真空吸附的擦窗机器人，具备自主移动及智能作业的能力，但是该类机器人仅能在完全平整的壁面运动，无法适应复杂多变的建筑壁面环境，实际使用时更无法脱离人工的辅助从而自主作业。
另一方面，在工业机器人领域，现有的一些壁面工作机器人由于当前的技术瓶颈和限制，载重量较小或能源消耗较快，并且在壁面上的运动能力也受到局限，特别是难以自主克服壁面上的凸起或凹陷。例如，带有吸盘式履带的机器人可实现一定高度的垂直壁面越障能力，也能够脱离人工辅助，自主地进行外墙、太阳能面板等壁面的清洗工作，但是，该机器人具有机构复杂、难于小型化的弊端，不能实现跨壁面的自主移动，也并不具有智能地、空、壁面的三栖能力，应用环境受到相当的限制。
发明内容
针对现有技术的工业机器人在进行壁面作业时所存在的上述缺陷，本发明提供一种智能地、空、壁面三栖飞行平台，其采用模块化接口，在飞行或悬停时由平台挂载并固定壁面作业机器人，当接驳至目标壁面附近时，通过动力冲撞的方式形成对目标壁面的吸附，并且将所挂载的壁面作业机器人输送至壁面登陆位置，于壁面作业机器人登陆完成后自行返回。
依据本发明的一个方面，提供了一种智能地、空、壁面三栖飞行平台，包括多旋翼飞行子系统以及固定在所述多旋翼飞行子系统下方的悬挂及辅助吸附子系统，其中，所述多旋翼飞行子系统用于控制所述三栖飞行平台的飞行姿势并提供所述三栖飞行平台的壁面吸附环境，悬挂及辅助吸附子系统用于在飞行时挂载壁面作业模块以及在吸附时释放所述壁面作业模块至目标壁面。
在一具体实施例，多旋翼飞行子系统包括八旋翼飞行结构、感知模块和控制模块，其中，八旋翼飞行结构用于提供所述三栖飞行平台在空中飞行或悬停时的升力；感知模块包括两个超声波距离传感器以及两个摄像头，固定安装于八旋翼飞行结构的本体；控制模块的一部分设置于八旋翼飞行结构的顶部，另一部分设置于八旋翼飞行结构的内部。
在一具体实施例，八旋翼飞行结构包括起落架、结构本体、多个旋翼、电调、电机以及旋翼防护组，其中起落架用于支撑飞行平台的起飞和降落，结构本体设置于三栖飞行平台的中心且电性耦接至每个旋翼和电机，旋翼防护组件设置于相应旋翼的外侧，用于防止旋翼在转动过程中与障碍物发生碰撞，电调和电机用于控制旋翼的转动方向和转动速度。
在一具体实施例，感知模块包括两个超声传感器、一个远距离摄像头和一个近距离摄像头，其中，一个超声传感器和远距离摄像头安装于起落架的一支撑杆，另一个超声传感器和近距离摄像头安装于起落架的另一支撑杆。
在一具体实施例，控制模块包括电池、分电板、飞行控制器、数据传输组件、GPS模块、图像传输组件、上位机、飞云智盒、整流罩和连接支架，其中，电池、GPS模块和上位机位于整流罩的内部，并且固定在结构本体的顶部；分电板和飞行控制器固定在结构本体的内部；数据传输组件、图像传输组件、飞云智盒、连接支架固定在结构本体的底部。
在一具体实施例，悬挂及辅助吸附子系统包括壁面吸附组件、直线运输组件、挂载组件、蜂鸣器和信号灯，其中直线运输组件通过连接支架固定在结构本体下方；壁面吸附组件固定于直线运输组件的一端，并伸出旋翼防护组件的外部，以便首先接触目标壁面；挂载组件在直线运输组件上受控运动；蜂鸣器和信号灯固定于直线运输组件的另一端，用于提供声光警示及状态显示。
采用本发明的智能地、空、壁面三栖飞行平台，其包括多旋翼飞行子系统以及固定在多旋翼飞行子系统下方的悬挂及辅助吸附子系统。其中，多旋翼飞行子系统用于控制三栖飞行平台的飞行姿势并提供三栖飞行平台的壁面吸附环境，悬挂及辅助吸附子系统用于在飞行时挂载壁面作业模块以及在吸附时释放壁面作业模块至目标壁面。相比于现有技术，本发明采用模块化接口，在飞行或悬停时由平台挂载并固定壁面作业机器人，当接驳至目标壁面附近时，通过动力冲撞的方式形成对目标壁面的吸附，并且将所挂载的壁面作业机器人输送至壁面登陆位置，于壁面作业机器人登陆完成后自行返回。此外，该飞行平台还可重新空载飞回至壁面机器人的当前壁面区域，并且在壁面机器人完成作业后使其脱离壁面并重新恢复挂载于飞行悬挂位置。
附图说明
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，
图1示出依据本发明的一个方面，智能地、空、壁面三栖飞行平台的三维轮廓示意图；
图2示出图1的三栖飞行平台中的多旋翼飞行子系统的三维分解示意图；以及
图3示出图1的三栖飞行平台中的悬挂及辅助吸附子系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。
下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
图1示出依据本发明的一个方面，智能地、空、壁面三栖飞行平台的三维轮廓示意图。图2示出图1的三栖飞行平台中的多旋翼飞行子系统的三维分解示意图，图3示出图1的三栖飞行平台中的悬挂及辅助吸附子系统的结构示意图。
多旋翼无人机作为一种空间移动的飞行器，具有良好的悬停和机动性能，非常适合并不开阔的城市空间，也是搭载壁面工作机器人的良好运载平台。在该实施方式中，本发明提出了一种智能地、空、壁面三栖飞行平台。
参照图1，智能地、空、壁面三栖飞行平台包括多旋翼飞行子系统以及固定在其下方的悬挂及辅助吸附子系统2。其中，多旋翼飞行子系统用于控制三栖飞行平台的飞行姿势并提供三栖飞行平台的壁面吸附环境，悬挂及辅助吸附子系统2用于在飞行时挂载壁面作业模块及在吸附时释放壁面作业模块至目标壁面。
多旋翼飞行子系统包括八旋翼飞行结构11、感知模块12和控制模块13。其中，八旋翼飞行结构11用于提供三栖飞行平台在空中飞行或悬停时的升力。感知模块12包括两个超声波距离传感器以及两个摄像头，固定安装于八旋翼飞行结构11的本体。控制模块13的一部分设置于八旋翼飞行结构11的顶部，另一部分设置于八旋翼飞行结构11的内部。
详细而言，如图2所示，八旋翼飞行结构11包括起落架1101、结构本体1102、多个旋翼1103、电调1104、电机1105以及旋翼防护组件1106。其中，起落架1101用于支撑飞行平台的起飞和降落，结构本体1102设置于三栖飞行平台的中心且电性耦接至每个旋翼1103和电机1105。旋翼防护组件1106设置于相应旋翼1103的外侧，用于防止旋翼1103在转动过程中与障碍物发生碰撞。电调1104和电机1105用于控制旋翼1103的转动方向和转动速度。
感知模块12包括两个超声传感器1201、一个远距离摄像头1202和一个近距离摄像头1203。其中，一个超声传感器1201和远距离摄像头1202安装于起落架1101的一支撑杆，另一个超声传感器1201和近距离摄像头1203安装于起落架1101的另一支撑杆。例如，在图2中，超声传感器1201和远距离摄像头1202安装于起落架的左侧支撑杆，超声传感器1201和近距离摄像头1203安装于起落架的右侧支撑杆。较佳地，左右两侧的超声传感器1201均设置在外侧，远摄像头和近摄像头对应地均设置在内侧。
控制模块13包括电池1301、分电板1302、飞行控制器1303、数据传输组件1304、GPS模块1305、图像传输组件1306、上位机1307、飞云智盒1308、整流罩1309和连接支架1310。电池1301、GPS模块1305和上位机1307位于整流罩1309的内部，且固定在结构本体1102的顶部。分电板1302和飞行控制器1303固定在结构本体1102的内部。数据传输组件1304、图像传输组件1306、飞云智盒1308、连接支架1310固定在结构本体1102的底部。
参照图3，悬挂及辅助吸附子系统2包括壁面吸附组件201、直线运输组件202、挂载组件203、蜂鸣器204和信号灯205。
其中，直线运输组件202通过连接支架1310固定在结构本体1102下方。壁面吸附组件201固定于直线运输组件202的一端，并伸出旋翼防护组件1106的外部，以便首先接触目标壁面从而产生吸附力。挂载组件203设置于直线运输组件202的下方，并且在直线运输组件202上受控运动。蜂鸣器204和信号灯205固定于直线运输组件202的另一端，用于提供声光警示及状态显示。
采用本发明的智能地、空、壁面三栖飞行平台，其包括多旋翼飞行子系统以及固定在多旋翼飞行子系统下方的悬挂及辅助吸附子系统。其中，多旋翼飞行子系统用于控制三栖飞行平台的飞行姿势并提供三栖飞行平台的壁面吸附环境，悬挂及辅助吸附子系统用于在飞行时挂载壁面作业模块以及在吸附时释放壁面作业模块至目标壁面。相比于现有技术，本发明采用模块化接口，在飞行或悬停时由平台挂载并固定壁面作业机器人，当接驳至目标壁面附近时，通过动力冲撞的方式形成对目标壁面的吸附，并且将所挂载的壁面作业机器人输送至壁面登陆位置，于壁面作业机器人登陆完成后自行返回。此外，该飞行平台还可重新空载飞回至壁面机器人的当前壁面区域，并且在壁面机器人完成作业后使其脱离壁面并重新恢复挂载于飞行悬挂位置。
上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
Claims (6)
1.一种智能地、空、壁面三栖飞行平台，其特征在于，所述三栖飞行平台包括多旋翼飞行子系统以及固定在所述多旋翼飞行子系统下方的悬挂及辅助吸附子系统(2)，
其中，所述多旋翼飞行子系统用于控制所述三栖飞行平台的飞行姿势并提供所述三栖飞行平台的壁面吸附环境，悬挂及辅助吸附子系统(2)用于在飞行时挂载壁面作业模块以及在吸附时释放所述壁面作业模块至目标壁面。
2.根据权利要求1所述的智能地、空、壁面三栖飞行平台，其特征在于，所述多旋翼飞行子系统包括八旋翼飞行结构(11)、感知模块(12)和控制模块(13)，
其中，八旋翼飞行结构(11)用于提供所述三栖飞行平台在空中飞行或悬停时的升力；感知模块(12)包括两个超声波距离传感器以及两个摄像头，固定安装于八旋翼飞行结构(11)的本体；控制模块(13)的一部分设置于八旋翼飞行结构(11)的顶部，另一部分设置于八旋翼飞行结构(11)的内部。
3.根据权利要求2所述的智能地、空、壁面三栖飞行平台，其特征在于，八旋翼飞行结构(11)包括起落架(1101)、结构本体(1102)、多个旋翼(1103)、电调(1104)、电机(1105)以及旋翼防护组件(1106)，
其中，起落架(1101)用于支撑飞行平台的起飞和降落，结构本体(1102)设置于三栖飞行平台的中心且电性耦接至每个旋翼(1103)和电机(1105)，旋翼防护组件(1106)设置于相应旋翼(1103)的外侧，用于防止旋翼(1103)在转动过程中与障碍物发生碰撞，电调(1104)和电机(1105)用于控制旋翼(1103)的转动方向和转动速度。
4.根据权利要求3所述的智能地、空、壁面三栖飞行平台，其特征在于，感知模块(12)包括两个超声传感器(1201)、一个远距离摄像头(1202)和一个近距离摄像头(1203)，其中，一个超声传感器(1201)和远距离摄像头(1202)安装于起落架(1101)的一支撑杆，另一个超声传感器(1201)和近距离摄像头(1203)安装于起落架(1101)的另一支撑杆。
5.根据权利要求3所述的智能地、空、壁面三栖飞行平台，其特征在于，控制模块(13)包括电池(1301)、分电板(1302)、飞行控制器(1303)、数据传输组件(1304)、GPS模块(1305)、图像传输组件(1306)、上位机(1307)、飞云智盒(1308)、整流罩(1309)和连接支架(1310)，
其中，电池(1301)、GPS模块(1305)和上位机(1307)位于整流罩(1309)的内部，并且固定在结构本体(1102)的顶部；分电板(1302)和飞行控制器(1303)固定在结构本体(1102)的内部；数据传输组件(1304)、图像传输组件(1306)、飞云智盒(1308)、连接支架(1310)固定在结构本体(1102)的底部。
6.根据权利要求5所述的智能地、空、壁面三栖飞行平台，其特征在于，悬挂及辅助吸附子系统(2)包括壁面吸附组件(201)、直线运输组件(202)、挂载组件(203)、蜂鸣器(204)和信号灯(205)，
其中，直线运输组件(202)通过连接支架(1310)固定在结构本体(1102)下方；壁面吸附组件(201)固定于直线运输组件(202)的一端，并伸出旋翼防护组件(1106)的外部，以便首先接触目标壁面；挂载组件(203)在直线运输组件(202)上受控运动；蜂鸣器(204)和信号灯(205)固定于直线运输组件(202)的另一端，用于提供声光警示及状态显示。
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