CN113062567B - 一种空中智能喷涂建筑机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空中智能喷涂建筑机器人，属于无人机应用技术领域。本发明的一种空中智能喷涂建筑机器人，包括无人机本体，还包括喷涂装置和动力装置，其中喷涂装置安装于无人机本体上，用于喷洒建筑涂料；所述动力装置包括电池、覆铜板和电刷，覆铜板安装于无人机本体上并通过电刷与电池电性相连，所述电池与覆铜板可拆卸相连。采用本发明的技术方案可以实现空中机器人与自动喷涂系统一体化，并方便为无人机更换电池，提高了其续航能力，为建筑喷涂的自动化作业提供了便利。

Description

一种空中智能喷涂建筑机器人

技术领域

本发明属于无人机应用技术领域，具体地说，涉及一种空中智能喷涂建筑机器人。

背景技术

目前建筑物外墙面喷涂涂料多采用人工作业，劳动强度大，风险高，效率低，而且涂料雾滴对喷涂工人身体有害，长期从事外墙喷涂作业可能产生呼吸系统职业疾病。虽有半机械化辅助牵引和运载设备，但离不开人工喷涂作业。

近几年，随着无人机技术的突飞猛进，无人机在高空作业中已经广泛应用到工农业生产各个领域。比如，利用无人机喷洒农药和替代人工进行对人体有害的其他作业，正在逐步得到应用，但将空中机器人用于智能建筑领域在中国自主研发领域基本是一片空白。因此，将空中机器人与建筑行业相结合，设计一款空中建筑喷涂机器人以解放建筑喷涂工人，对于降低工人劳动强度，提高喷涂质量和效率，是非常具有实际意义的一件事。

经检索，目前也有少数关于建筑喷涂用无人机的专利文件公开。

如，中国专利申请号为201710820973.3，申请日为2017年9月13的申请案公开了一种建筑外墙高空喷涂无人机及其操作方法，该申请案的无人机，包括多旋翼无人机和喷涂装置，喷涂装置包括涂料输送管接口、喷涂管道、电磁控制阀和定向喷头，经过增压泵增压的高压涂料由外接输送管道经涂料输送管接口、喷涂管道、电磁控制阀和定向喷头喷出；多旋翼无人机相对定向喷嘴的另一侧加装一个对冲旋翼；无人机驱动电源为外接电源。该申请案利用无人机作为载体，通过定向侧喷和对冲平衡的结构设计，从而可以在一定程度上减少无人机的无效负荷，既能实现高空喷涂安全作业，又能实现连续作业，提高无人机作业效率。

又如，中国专利申请号为201921611189.2的申请案公开了一种建筑用涂料无人机喷涂装置，该申请案的喷涂装置包括信号无线传输装置、涂料喷涂箱、共轴反桨、机架、着陆支脚、摄影装置、涂料喷头，机架设置在涂料喷涂箱上，四个共轴反桨设置在机架的四个角上，多个着陆支脚对称设置在涂料喷涂箱的四个角上，涂料喷头设置在涂料喷涂箱上，摄像装置、无线传输装置设置在涂料喷涂箱上，摄影装置与无线传输装置信号连接，该申请案通过无人机搭载涂料喷涂箱，能够对建筑物高处进行涂料喷涂，节省了人工，极大方便了建筑涂料的喷涂作业。

但是，上述无人机在进行喷涂作业时，往往无法为其提供长时间的续航，导致目前喷涂无人机的续航能力较差。因此，如何提高喷涂无人机的续航能力是目前亟需解决的一个技术问题。虽然目前也有相关研究提出了提高无人机续航能力的解决方案，如申请号为2015103534560的申请案公开了一种用于无人机的自动更换电池装置，但其更换电池时，还需要设计对应的电池装取机构，这就需要配备相应的电池更换平台，使得电池更换过程复杂，且相应电池更换平台的建设也提高了作业成本。

发明内容

1.要解决的问题

鉴于目前国内关于建筑喷涂用无人机的研究相对较少，且无人机的电池更换不便，续航能力难以满足使用要求的现状，本发明提供了一种空中智能喷涂建筑机器人。采用本发明的技术方案可以实现空中机器人与自动喷涂系统一体化，并方便为无人机更换电池，提高了其续航能力，为建筑喷涂的自动化作业提供了便利。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种空中智能喷涂建筑机器人，包括无人机本体，还包括喷涂装置和动力装置，其中喷涂装置安装于无人机本体上，用于喷洒建筑涂料；所述动力装置包括电池、覆铜板和电刷，覆铜板安装于无人机本体上并通过电刷与电池电性相连，所述电池与覆铜板可拆卸相连。

更进一步的，所述喷涂装置包括涂料箱、主管道和喷管，其中喷管安装于无人机本体上并通过主管道与涂料箱相连，所述涂料箱也与覆铜板可拆卸相连。

更进一步的，所述覆铜板的顶部通过固定杆与无人机本体固定相连，且其四周安装有若干个第二吸附件，所述电池及涂料箱的四周安装有与第二吸附件相配合的若干个第一吸附件。

更进一步的，所述覆铜板上设有安装架，该安装架包括对称位于覆铜板两端且沿电池和涂料箱长度方向分布的纵向连接杆，以及位于覆铜板两侧，与纵向连接杆垂直且对称分布的四根横向连接杆，六个第二吸附件分别对应安装于六根连接杆的底部；所述电池与涂料箱的四周设有与纵向连接杆及横向连接杆相对应的安装板，所述第一吸附件对应安装于安装板上。

更进一步的，所述第一吸附件的外周设有呈锥形结构的导向件，该导向件由相互平行的第一端部、第二端部，以及连接第一端部、第二端部的若干个间隔分布的辐条组成，第一吸附件位于第一端部内孔中，且第一端部的内径小于第二端部的内径。

更进一步的，所述第一吸附件与第二吸附件为磁性吸附件，且第一吸附件的四周分布有向上延伸的圆锥形磁场，该圆锥形磁场的磁性与第二吸附件的磁性相反。

更进一步的，所述喷管安装于无人机本体的机械臂上，其包括水平喷管、竖直喷管和倾斜喷管，水平喷管、竖直喷管和倾斜喷管均与主管道相连，且其相互之间通过换接接口相连。

更进一步的，所述喷管包括两组对称设置的喷管，两个水平喷管相互平行并分别对应位于横向连接杆的上方。

更进一步的，沿无人机本体四周设有呈环形间隔分布的六个机械臂，两组喷管对应安装于相对设置的四根机械臂上。

更进一步的，所述无人机本体的两侧分别对应设有一个超声波传感器，该超声波传感器用于测量无人机与垂直喷涂面之间的距离。

更进一步的，该机器人各机械臂的旋翼均与驱动电机驱动相连，驱动电机经驱动控制器与控制单元相连。

更进一步的，所述超声波传感器经任务管理器与控制单元相连。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的一种空中智能喷涂建筑机器人，通过喷涂装置的设置可以实现建筑喷涂作业的自动化，从而解决了高层建筑外墙喷涂工人人身安全受威胁的问题，提高了喷涂效率与喷涂质量，能够填补国内空中智能喷涂机器人研发的空白。同时，本申请通过动力装置的设置可以为无人机更换电池，满足续航要求，且电池更换操作简单。

(2)本发明的一种空中智能喷涂建筑机器人，其涂料箱也与覆铜板可拆卸相连，从而可以同时对电池和涂料箱进行更换，有利于保证喷涂作业的连续性。具体的，所述电池及涂料箱均通过磁力吸附装置与覆铜板相连，从而便于对电池和涂料箱进行更换。

(3)本发明的一种空中智能喷涂建筑机器人，所述覆铜板上设有安装架，通过对安装架的结构进行优化设计，从而既可以保证无人机起飞和喷涂作业过程中整体结构的平稳性和结构强度，无人机与电池及涂料箱连接的牢固性，同时还有利于降低无人机的整体重量，且整体结构简单。

(4)本发明的一种空中智能喷涂建筑机器人，第一吸附件的外周设有呈锥形结构的导向件，通过锥形导向件的设置，可以对无人机本体与动力装置的安装连接进行导向，从而提高其安装连接的效率以及精确性。同时，所述导向件的第一端部、第二端部支架之间通过间隔分布的辐条相连，从而有利于减小导向件的重量，从而减小喷涂无人机的负载，降低能耗。

(5)本发明的一种空中智能喷涂建筑机器人，第一吸附件的四周分布有向上延伸的圆锥形磁场，该圆锥形磁场的磁性与第二吸附件的磁性相反，通过圆锥形磁场的设置对第二吸附件与第一吸附件的安装连接进行导向，有利于进一步提高安装连接的准确性和效率，且不会占用较大安装空间，能够更好地减轻整体重量。

(6)本发明的一种空中智能喷涂建筑机器人，所述喷管包括水平喷管、竖直喷管和倾斜喷管，水平喷管、竖直喷管和倾斜喷管均与主管道相连，且其相互之间通过换接接口相连，从而可以根据需要对不同角度的墙体进行喷涂，尤其能够满足复杂墙体结构的喷涂需求。同时，本申请对喷管的分布进行设计优化，其中两个水平喷管相互平行并分别对应位于横向连接杆的上方，因此有利于进一步保证喷涂作业过程中整体结构的平稳性。

附图说明

图1为本发明的空中智能喷涂建筑机器人的结构示意图(一)；

图2为本发明的空中智能喷涂建筑机器人的结构示意图(二)；

图3为本发明的续航装置的结构示意图；

图4为本发明的无人机本体与续航装置的安装结构示意图；

图5为本发明的导向件的结构示意图。

图中：

1、无人机本体；11、机械臂；12、旋翼；2、喷涂装置；21、水平喷管；22、竖直喷管；23、倾斜喷管；24、涂料箱；25、主管道；3、动力装置；31、电池；32、导向件；321、第一端部；322、第二端部；323、辐条；33、覆铜板；34、固定杆；35、电刷；36、安装板；37、纵向连接杆；38、横向连接杆；41、第一吸附件；42、第二吸附件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

结合图1、图2和图4，本实施例的一种空中智能喷涂建筑机器人，包括无人机本体1、喷涂装置2和动力装置3，其中沿无人机本体1四周设有呈环形间隔分布的至少三个机械臂11，机械臂11的端部设有旋翼12，喷涂装置2安装于无人机本体1上，用于喷洒建筑涂料；所述动力装置3连接于本体下方，用于为无人机提供动力，其包括电池31、覆铜板33和电刷35，覆铜板33安装于无人机本体1上并通过电刷35与电池31电性相连，所述电池31与覆铜板33可拆卸相连。本实施例将无人机与建筑喷涂相结合，通过喷涂装置的设置可以有效实现建筑墙体涂料喷涂的自动化，从而能够提高喷涂效率，解决高层建筑外墙喷涂工人人身安全易受威胁的问题。同时，如何保证无人机的续航能力对于提高喷涂作业的连续性和喷涂效率至关重要。本实施例通过动力装置3的设置可以在需要提供动力时与喷涂无人机连接，从而为无人机提供动力源，解决了喷涂无人机的续航问题。当电池电量用完后，无人机降落，使电池31从覆铜板33上拆卸，并更换连接新的电池31，从而即可以实现无人机的续航，有利于提高喷涂作业的效率，且该动力装置结构简单，电池更换操作简便。

具体的，本实施例的喷涂装置2包括涂料箱24、主管道25和喷管，其中喷管安装于无人机本体1上并通过主管道25与涂料箱24相连，所述涂料箱24也与覆铜板33可拆卸相连。通过涂料箱24向喷管输送涂料即可进行喷涂作业，而本实施例中涂料箱24与电池31一样与覆铜板33可拆卸相连，从而可以同时对电池31及涂料箱24进行更换，便于保证喷涂作业的连续性。

实施例2

本实施例的一种空中智能喷涂建筑机器人，其结构基本同实施例1，其区别主要在于：本实施例中覆铜板33的顶部通过固定杆34与无人机本体1固定相连，且其四周安装有若干个第二吸附件42，所述电池31及涂料箱24的四周安装有与第二吸附件42相配合的若干个第一吸附件41。上述第一吸附件41及第二吸附件42为磁力吸附装置，通过第一吸附件41与第二吸附件42的配合即可实现电池31的安装与更换。

需要说明的是，目前也有关于喷涂无人机的研究报道，但一方面现有无人机的续航能力相对较差，另一方面，也是比较关键的是，如何在保证续航能力的同时，尽可能减轻无人机的重量，保证其飞行和喷涂作业过程中无人机整体的结构强度和稳定性对于喷涂无人机的实际推广应用至关重要。基于上述要求，本实施例对电池31及涂料箱24与无人机本体之间的连接结构进行优化设计，具体的，如图3所示，本实施例的覆铜板33上设有安装架，该安装架包括对称位于覆铜板33两端且沿电池31和涂料箱24长度方向分布的纵向连接杆37，以及位于覆铜板33两侧，与纵向连接杆37垂直且对称分布的四根横向连接杆38(纵向连接杆37、横向连接杆38与覆铜板33共同形成整体框架结构对电池31整体进行包裹)，六个二吸附件42分别对应安装于六根连接杆的底部。所述电池31与涂料箱24的四周设有与纵向连接杆37及横向连接杆38相对应的安装板36，所述第一吸附件41对应安装于安装板36上。

通过上述结构设计，一方面有利于保证电池31及涂料箱24与无人机本体连接的牢固性，另一方面还能够保证飞行过程中整体结构的平稳性，从而有利于保证喷涂质量。此外，采用该连接结构还可以很大程度上降低整体结构的重量，保证无人机的轻量化，同时电池与涂料箱安装更换简便，使其能够满足实际推广应用的需求。

实施例3

本实施例的一种空中智能喷涂建筑机器人，其结构基本同实施例2，其区别主要在于：本实施例中第一吸附件41的外周设有呈锥形结构的导向件32，如图5所示，该导向件32由相互平行的第一端部321、第二端部322，以及连接第一端部321、第二端部322的若干个间隔分布的辐条323组成(第一端部321固定安装于安装板36上)，第一吸附件41位于第一端部321内孔中，且第一端部321的内径小于第二端部322的内径。通过导向件的设置可以对电池及涂料箱与无人机的连接进行导向，从而可以保证对位连接的精确性，有利于提高连接效率；而间隔分布的辐条设计有利于减小导向件32的重量，从而减小喷涂无人机的负载，降低能耗。所述导向件32的材质可以选择塑料件或者铝制件或者其他轻型材料。

实施例4

本实施例的一种空中智能喷涂建筑机器人，其结构基本同实施例2，其区别主要在于：本实施例中第一吸附件41的四周分布有向上延伸的圆锥形磁场(磁场上部开口大于磁场底部，与导向件的结构相似，可通过在第一吸附件41设置一圈同级排斥的磁铁来实现，图省略)，该圆锥形磁场的磁性与第二吸附件42的磁性相反。当采用导向件3进行导向时，虽然可以提高对位精度和效率，但在喷涂作业中第一吸附件41与第二吸附件42对位连接的稳定性仍存在一定问题，从而影响喷涂质量。本实施例通过圆锥形磁场的设计代替导向件32对第一吸附件41与第二吸附件42的对位连接进行导向，从而一方面可以进一步提高对位精度和对位效率，另一方面借助磁场的斥力可以有效保证喷涂作业中第一吸附件41与第二吸附件42对位连接的稳定性，因而有利于保证喷涂质量。

实施例5

本实施例的一种空中智能喷涂建筑机器人，其结构基本同实施例2，其区别主要在于：本实施例中沿无人机本体1四周设有呈环形间隔分布的六个机械臂11，所述喷管即安装于无人机本体1的机械臂11上，其包括水平喷管21、竖直喷管22和倾斜喷管23，水平喷管21、竖直喷管22和倾斜喷管23均与主管道25相连，且其相互之间通过换接接口相连。具体的，当喷涂建筑外墙时，使用垂直于墙面的喷涂管道，当喷涂复杂建筑外墙时，换接相应角度喷涂管道，以适应不同方位作业面的喷涂需要，充分实现各种建筑外墙的喷涂作业。

更优选的，所述喷管包括两组对称设置的喷管，两个水平喷管21相互平行并分别对应位于横向连接杆38的上方，从而既可以提高喷涂效率，同时还有利于保证整个装置的结构平稳性。

所述无人机本体1的两侧分别对应设有一个超声波传感器，该超声波传感器用于测量无人机与垂直喷涂面之间的距离，并将测量的距离传递给任务管理器转化成控制指令，控制单元分配来自任务管理器的控制指令，并将控制指令对应输送至各个驱动控制器，各个驱动控制器根据接收到的控制指令控制对应的驱动电机旋转，调整无人机方向。

Claims (10)

1.一种空中智能喷涂建筑机器人，包括无人机本体（1），其特征在于：还包括喷涂装置（2）和动力装置（3），其中喷涂装置（2）安装于无人机本体（1）上，用于喷洒建筑涂料；所述动力装置（3）包括电池（31）、覆铜板（33）和电刷（35），覆铜板（33）安装于无人机本体（1）上并通过电刷（35）与电池（31）电性相连，所述喷涂装置（2）包括涂料箱（24），所述覆铜板（33）的四周安装有若干个第二吸附件（42），所述电池（31）及涂料箱（24）的四周安装有与第二吸附件（42）相配合的若干个第一吸附件（41），具体的，所述覆铜板（33）上设有安装架，该安装架包括对称位于覆铜板（33）两端且沿电池（31）和涂料箱（24）长度方向分布的纵向连接杆（37），以及位于覆铜板（33）两侧，与纵向连接杆（37）垂直且对称分布的四根横向连接杆（38），六个第二吸附件（42）分别对应安装于六根连接杆的底部；所述电池（31）与涂料箱（24）的四周设有与纵向连接杆（37）及横向连接杆（38）相对应的安装板（36），第一吸附件（41）对应安装于安装板（36）上；所述第一吸附件（41）与第二吸附件（42）为磁性吸附件，且第一吸附件（41）的四周分布有向上延伸的圆锥形磁场，该圆锥形磁场的磁性与第二吸附件（42）的磁性相反。

2.根据权利要求1所述的一种空中智能喷涂建筑机器人，其特征在于：所述喷涂装置（2）还包括主管道（25）和喷管，其中喷管安装于无人机本体（1）上并通过主管道（25）与涂料箱（24）相连。

3.根据权利要求2所述的一种空中智能喷涂建筑机器人，其特征在于：所述覆铜板（33）的顶部通过固定杆（34）与无人机本体（1）固定相连。

4.根据权利要求2或3所述的一种空中智能喷涂建筑机器人，其特征在于：所述喷管安装于无人机本体（1）的机械臂（11）上，其包括水平喷管（21）、竖直喷管（22）和倾斜喷管（23），水平喷管（21）、竖直喷管（22）和倾斜喷管（23）均与主管道（25）相连，且其相互之间通过换接接口相连。

5.根据权利要求4所述的一种空中智能喷涂建筑机器人，其特征在于：所述喷管包括两组对称设置的喷管，两个水平喷管（21）相互平行并分别对应位于横向连接杆（38）的上方。

6.根据权利要求4所述的一种空中智能喷涂建筑机器人，其特征在于：所述水平喷管（21）、竖直喷管（22）和倾斜喷管（23）的端部均设有雾化喷头。

7.根据权利要求5所述的一种空中智能喷涂建筑机器人，其特征在于：沿无人机本体（1）四周设有呈环形间隔分布的六个机械臂（11），两组喷管对应安装于相对设置的四根机械臂（11）上。

8.根据权利要求2或3所述的一种空中智能喷涂建筑机器人，其特征在于：所述无人机本体（1）的两侧分别对应设有一个超声波传感器，该超声波传感器用于测量无人机与垂直喷涂面之间的距离。

9.根据权利要求8所述的一种空中智能喷涂建筑机器人，其特征在于：该机器人各机械臂（11）的旋翼（12）均与驱动电机驱动相连，驱动电机经驱动控制器与控制单元相连。

10.根据权利要求9所述的一种空中智能喷涂建筑机器人，其特征在于：所述超声波传感器经任务管理器与控制单元相连。

Images