玻璃清洗机器人的制作方法

本发明涉及无人机控制领域，具体涉及一种玻璃清洗机器人。

背景技术：

目前市场上的无人机，大部分均是以无人机飞行、摄影、巡检、植物喷洒等为主要功能，而且，在现有的能够作为作业平台的无人机应用中，其应用方式大部分还是以吊装，垂直投掷，垂直牵引等作业为主。这些应用的一个主要特点就是：其作业方向均垂直于地面方向。即，无人机螺旋桨位于整个作业平台正上面，只要保持无人机作业过程的重心不发生太大的偏移，在飞控系统的控制下，整个作业过程和作业阶段对无人机飞行都不会产生太大的影响。然而，除上述应用之外，还存在需要用无人机侧面作为我们的作业方向的应用方式，如：利用无人机来进行墙面清洗，高空墙面涂漆或者标识绘制，或无人机水平射击等等。这类应用的一个共同特点就是需要在无人机侧面展开作业，并且在作业过程中，有可能产生一定的横向反作用力，该作用力可能较为恒定，也可能突变，或可能连续扰动。该横向反作用力的存在，会对无人机飞行平台本身产生较大的影响，直接或间接影响到作业精度、后续作业可持续性和安全性。

为了克服上述缺陷现有技术中也提供了一些清洗无人机，但是，因为在无人机平台上装载清洗装置，增加了其负载，过重的平台在进行姿态控制时容易因惯性等因素的影响而降低精度，且能源消耗大。由于该清洗构造的限制，只能对距离稍远一些的面进行清洗，距离太近无人机平台无法靠近飞行，适用范围小。

技术实现要素：

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于克服现有技术中的清洗无人机精度低、能耗大、适用范围小的缺陷，从而提供一种玻璃清洗机器人。

为此，本发明实施例的一种清洗机器人，包括：无人机、系留绳和地面小车；

无人机包括清洗反作用力调节装置、四旋翼安装座、伸缩长杆装置、转向装置、清洗装置和距离和角度检测装置；

四旋翼安装座与无人机的四旋翼连接；

伸缩长杆装置安装位于四旋翼安装座的重心位置处的正下方，包括可伸缩调节的长杆，用于带动清洗装置随长杆的伸缩调节而前后移动；

转向装置包括固定座和旋转体，固定座与伸缩长杆装置的一端连接，旋转体与清洗装置连接，用于带动清洗装置随旋转体的旋转调节而左右转动；

清洗装置用于喷射出实施清洗的清洗水和清洗液；

清洗反作用力调节装置与伸缩长杆装置的另一端连接，用于产生与清洗装置喷射液体时对无人机的作用力一对的反作用力；

距离和角度检测装置安装在清洗装置上，用于检测待清洗面与清洗装置之间的距离和角度；

系留绳包括系留绳限位装置，系留绳限位装置安装在四旋翼安装座重心位置处正下方的伸缩长杆装置下方，用于固定与无人机相连的系留绳；系留绳用于输送无人机供电电力、传输控制信号和输送实施清洗的清洗水和清洗液；

地面小车分别与清洗反作用力调节装置、伸缩长杆装置、转向装置和清洗装置通过系留绳连接，用于控制清洗反作用力调节装置、伸缩长杆装置、转向装置和清洗装置，以及储存实施清洗的清洗水和清洗液。

优选地，所述清洗反作用力调节装置包括第一螺旋桨、第二螺旋桨和第三螺旋桨；

第一螺旋桨安装在伸缩长杆装置另一端的尾部，用于产生向前的反作用力；

第二螺旋桨安装在伸缩长杆装置另一端的左侧，用于产生向右的反作用力；

第三螺旋桨安装在伸缩长杆装置另一端的右侧，用于产生向左的反作用力。

优选地，所述转向装置的固定座包括轴承、弧形弹性件和充气圈；

固定座上开设有垂向的通孔，轴承安装在通孔内，固定座和旋转体之间通过轴承连接；

弧形弹性件为弹性材料制成，其一端与通孔内壁连接，另一端为向一端处弯卷的自由活动端，一端与另一端围绕形成弯钩部，用于在受力伸展时弯钩部扩大以接触旋转体并限制其转动；

充气圈位于弯钩部内，用于充放气使弯钩部扩大或恢复原状。

优选地，所述旋转体包括转轴、定位齿轮和周转齿轮；

转轴串接在轴承上，用于带动定位齿轮转动；

定位齿轮套装在转轴的一端；

周转齿轮与定位齿轮啮合连接，沿定位齿轮的圆周向转动，用于驱动连接在其上的清洗装置随其左右转动。

优选地，所述清洗装置包括辅助增压泵、清洗水喷头、喷罩和清洗液喷头；

辅助增压泵与清洗水喷头连接，用于提高清洗水喷头喷射出清洗水的速度；

清洗液喷头通过系留绳与地面小车连接，用于在地面小车的控制下输出清洗液；

喷罩套设在清洗水喷头和清洗液喷头上，用于限制清洗水和清洗液的喷射范围。

优选地，所述系留绳包括电力线缆、控制线缆和介质输送线缆；

电力线缆用于输送无人机供电电力；

控制线缆采用光纤线缆，用于传输控制信号；

介质输送线缆用于输送实施清洗的清洗水和清洗液。

优选地，所述地面小车包括系留卷扬装置、控制器和储液装置；

系留卷扬装置用于收卷和释放在其上卷绕的系留绳；

控制器用于实施对清洗反作用力调节装置、伸缩长杆装置、转向装置、清洗装置、系留卷扬装置和储液装置的自动控制；

储液装置用于储存和输出实施清洗的清洗水和清洗液。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的清洗机器人，由于无人机上不装载供电设备和储液设备，极大地减小了无人机重量，降低了能耗，具有功率小的优点，提高了姿态控制精度，并提高了清洗精度。通过设置伸缩长杆装置，增加了清洗距离，扩大了适用范围。通过地面小车实施电力供应，使清洗机器人具有置空时间长的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中无人机的一个具体示例的正视结构示意图；

图2为本发明实施例1中无人机的一个具体示例的俯视结构示意图；

图3为本发明实施例1中转向装置活动状态的一个具体示例的剖视图；

图4为本发明实施例1中转向装置锁死状态的一个具体示例的剖视图；

图5为本发明实施例1中清洗装置的一个具体示例的结构示意图；

图6为本发明实施例1中地面小车的一个具体示例的结构示意图。

附图标记：1-无人机，11-第一螺旋桨，12-第二螺旋桨，13-第三螺旋桨，14-四旋翼安装座，15-伸缩长杆装置，16-转向装置，61-固定座，611-轴承，612-弧形弹性件，613-充气圈，62-旋转体，621-转轴，622-定位齿轮，623-周转齿轮，17-清洗装置，71-辅助增压泵，72-清洗水喷头，73-喷罩，74-清洗液喷头，18-距离和角度检测装置，2-系留绳，21-系留绳限位装置，3-地面小车，31-系留卷扬装置，32-控制器，33-储液装置。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，可以理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，处理器被专门配置成执行上述存储模块中存储的过程，从而执行一个或多个过程。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种清洗机器人，如图1、图2和图6所示，包括：无人机1、系留绳2和地面小车3；例如无人机1为四旋翼无人机或其他。

无人机1包括清洗反作用力调节装置、四旋翼安装座14、伸缩长杆装置15、转向装置16、清洗装置17和距离和角度检测装置18；四旋翼安装座14与无人机的四旋翼连接；伸缩长杆装置15安装位于四旋翼安装座14的重心位置处的正下方，包括可伸缩调节的长杆，用于带动清洗装置17随长杆的伸缩调节而前后移动；转向装置16包括固定座61和旋转体62，固定座61与伸缩长杆装置15的一端连接，旋转体62与清洗装置17连接，用于带动清洗装置17随旋转体62的旋转调节而左右转动；清洗装置17用于喷射出实施清洗的清洗水和清洗液（具有形成泡沫、去污等效果）；清洗反作用力调节装置与伸缩长杆装置15的另一端连接，用于产生与清洗装置17喷射液体时对无人机的作用力一对的反作用力；距离和角度检测装置18安装在清洗装置17上，用于检测待清洗面与清洗装置17之间的距离和角度，例如可选用光学测距仪等；系留绳2包括系留绳限位装置21，系留绳限位装置21安装在四旋翼安装座14重心位置处正下方的伸缩长杆装置15下方，用于固定与无人机1相连的系留绳2；系留绳2用于输送无人机供电电力、传输控制信号和输送实施清洗的清洗水和清洗液，可为两条输送管道分别输送清洗水和清洗液；地面小车3分别与清洗反作用力调节装置、伸缩长杆装置15、转向装置16和清洗装置17通过系留绳2连接，用于控制清洗反作用力调节装置、伸缩长杆装置15、转向装置16和清洗装置17，以及储存实施清洗的清洗水和清洗液。

上述清洗机器人，采用无人机系留技术，即无人机与地面小车使用能源线缆连接。无人机的电力、清洗清洗介质的供给、控制信号的处理等全部放置于地面小车上，当控制器中输入控制参数后，地面小车的控制器例如通过gps/北斗定位模块等控制地面小车行驶至预定位置，无人机起飞同时，地面小车上的系留卷扬装置通过张力控制器控制卷扬的卷筒随无人机的起飞速度释放系留绳；无人机飞到预设的工作高度后反馈地面小车，地面小车控制储液装置内的清洗水和清洗液分别通过系留绳送至无人机清洗装置；清洗装置在地面小车输送清洗水时也同步打开其所携带的辅助增压泵，此时清洗水从无人机前端的清洗水喷头喷出，在需要清洗液时清洗液喷头可以选择打开或在不需要清洗液时可以选择关闭，完成清洗或者清洗动作。通过安装在伸缩长杆装置另一端（即无人机尾部）的清洗反作用力调节装置来克服清洗过程中清洗装置喷出的液体对无人机产生的作用力。当同一高度作业完成后无人机下降或者升起以继续作业。

优选地，如图1和图2所示，所述清洗反作用力调节装置包括第一螺旋桨11、第二螺旋桨12和第三螺旋桨13；第一螺旋桨11安装在伸缩长杆装置15另一端的尾部，用于产生向前的反作用力；第二螺旋桨12安装在伸缩长杆装置15另一端的左侧，用于产生向右的反作用力；第三螺旋桨13安装在伸缩长杆装置15另一端的右侧，用于产生向左的反作用力。沿着液体喷射方向为向前方向，以视线沿喷射方向后左方为向左方向，右方为向右方向。通过三个螺旋桨的组合，扩大了反作用力的可调节方向，适用多方位清洗。

优选地，如图3和图4所示，所述转向装置16的固定座61包括轴承611、弧形弹性件612和充气圈613；固定座61上开设有垂向的通孔，轴承611安装在通孔内，固定座61和旋转体62之间通过轴承611连接；弧形弹性件612为弹性材料制成，其一端与通孔内壁连接，另一端为向一端处弯卷的自由活动端，一端与另一端围绕形成弯钩部，用于在受力伸展时弯钩部扩大以接触旋转体62并限制其转动；充气圈613位于弯钩部内，用于充放气使弯钩部扩大或恢复原状。

优选地，所述旋转体62包括转轴621、定位齿轮622和周转齿轮623；转轴621串接在轴承611上，用于带动定位齿轮622转动；定位齿轮622套装在转轴621的一端；周转齿轮623与定位齿轮622啮合连接，沿定位齿轮622的圆周向转动，用于驱动连接在其上的清洗装置17随其左右转动。

当清洗装置17转动到位后需要限制清洗装置17转动时，如图4所示，控制充气圈613充气使弧形弹性件612的弯钩部扩大以接触转轴621并限制转轴621转动，当清洗装置17需要再次转动时，控制充气圈613放气使弧形弹性件612恢复原状即可。一般由于清洗时所产生的作用力较大，为了避免清洗装置在清洗时产生不必要的转动，通过设置主要由弧形弹性件和充气圈构成的锁定结构，可以在清洗时限制清洗装置的转动，从而提高清洗精度。通过采用弧形弹性件和充气圈，可以根据清洗时清洗水喷头和清洗液喷头喷射液体所产生的不同作用力而调整充气圈的充气量，从而获得弧形弹性件不同的形变程度，进而产生不同的制动力，防止弧形弹性件的过量磨损，延长使用寿命。

优选地，如图5所示，所述清洗装置17包括辅助增压泵71、清洗水喷头72、喷罩73和清洗液喷头74；辅助增压泵71与清洗水喷头72连接，用于提高清洗水喷头72喷射出清洗水的速度；清洗液喷头74通过系留绳2与地面小车3连接，用于在地面小车3的控制下输出清洗液；清洗液的喷射速度可小于清洗水的喷射速度，清洗水上方的清洗液喷出时，会混入清洗水并在清洗水的带动下，一同喷至待清洗面；喷罩73套设在清洗水喷头72和清洗液喷头74上，用于限制清洗水和清洗液的喷射范围。优选地，距离和角度检测装置18安装在喷罩73的上端面位置处，可检测喷罩73端面与待清洗面之间的距离和夹角。通过设置辅助增压泵，提高了清洗距离，扩大了适用范围。通过设置喷罩，防止喷液四处飞溅，提高了清洗精度。

优选地，所述系留绳2包括电力线缆、控制线缆和介质输送线缆；电力线缆用于输送无人机供电电力；控制线缆采用光纤线缆，用于传输控制信号；介质输送线缆用于输送实施清洗的清洗水和清洗液。例如，电力线缆为24v直流供电缆线，控制线缆使用0.8mm光纤通信缆线，介质输送线缆选用两条12mm柔性胶管。优选地，系留绳2的外管可采用不易受压变形的材质较硬的软管，被收卷在卷筒上时也不会影响系留绳内液体的输送。

优选地，如图6所示，所述地面小车3包括系留卷扬装置31、控制器32和储液装置33；系留卷扬装置31用于收卷和释放在其上卷绕的系留绳2；控制器32用于实施对清洗反作用力调节装置、伸缩长杆装置15、转向装置16、清洗装置17、系留卷扬装置31和储液装置33的自动控制；储液装置33用于储存和输出实施清洗的清洗水和清洗液。

上述清洗机器人，由于无人机上不装载供电设备和储液设备，极大地减小了无人机重量，降低了能耗，具有功率小的优点，提高了姿态控制精度，并提高了清洗精度。通过设置伸缩长杆装置，增加了清洗距离，扩大了适用范围。通过地面小车实施电力供应，使清洗机器人具有置空时间长的优点。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。