技术领域
[0001] 本实用新型涉及机械工程技术以及工业
机器人技术，尤其涉及一种智能地、空、壁面三栖作业系统。
背景技术
[0002] 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。
[0003] 另一方面，在
工业机器人领域，现有的一些机器人通过
吸盘式
履带实现了一定高度的垂直壁面越障能力，虽然能够脱离人工辅助，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，而且不能实现跨壁面的自主移动。
[0004] 以上的作业系统均需要人工将设备安置在吸附
位置才能开始工作，使用场景受到了大幅限制。在
现有技术中，通过飞行的方式自主运动至吸附壁面的形式也有技术人员进行了探索。例如，南京大学研制的两栖机器人，其利用机载的吸附装置，能够实现壁面的自主吸附与脱离，使该系统能够在壁面上停靠待机。然而，单吸盘吸附的形式并不能提供系统在壁面上的移
动能力，作业形式和范围仍然会受到相当程度的限制。实用新型内容
[0005] 针对现有技术的工业机器人在壁面移动时存在的上述
缺陷，本实用新型提供了一种智能地、空、壁面三栖作业系统。
[0006] 依据本实用新型的一个方面，提供了一种智能地、空、壁面三栖作业系统，包括多旋翼
飞行器、壁面作业模
块、悬挂及辅助吸附系统，
[0007] 其中，所述多旋翼飞行器用于控制所述多旋翼飞行器与目标作业面的距离；所述壁面作业模块用于牢固地吸附于所述目标作业面并进行自主作业；所述悬挂及辅助吸附系统固定于所述多旋翼飞行器的下方，用于将所述壁面作业模块悬挂于所述多旋翼飞行器，并且在所述壁面作业模块准备吸附于所述目标作业面时，将所述壁面作业模块从飞行悬挂位置运输至吸附准备位置。
[0008] 在其中的一
实施例，所述多旋翼飞行器包括
机器人视觉与超声
传感器，用于生成检测
信号并根据所述检测信号进行
定位。
[0009] 在其中的一实施例，所述悬挂及辅助吸附系统包括电控连接器，用于利用电磁吸附力以自主连接及释放所述壁面作业模块。
[0010] 在其中的一实施例，所述悬挂及辅助吸附系统还包括真空吸附装置，用于通过电驱动抽真空的方式将整个系统吸附在所述目标作业面上。
[0011] 在其中的一实施例，所述悬挂及辅助吸附系统还包括移动装置，用于运载所述电控连接器以及所述壁面作业模块在所述垂直面上通过伺服直线
导轨进行移动，从而实现所述壁面作业模块在飞行悬挂位置以及吸附准备位置的往复运动。
[0012] 在其中的一实施例，所述多旋翼飞行器为均匀分布的八旋翼结构，其包括螺旋桨保护装置以及
起落架。
[0013] 在其中的一实施例，壁面作业模块采用多模块化设计，不同模块用于实现不同的作业能力且所有模块共享同一机械
接口。
[0014] 采用本实用新型的智能地、空、壁面三栖作业系统，该三栖作业系统包括多旋翼飞行器、壁面作业模块、悬挂及辅助吸附系统。其中，多旋翼飞行器用于控制多旋翼飞行器与目标作业面的距离。壁面作业模块用于牢固地吸附于目标作业面并进行自主作业。悬挂及辅助吸附系统固定于多旋翼飞行器的下方，用于将壁面作业模块悬挂于多旋翼飞行器，且在壁面作业模块准备吸附于目标作业面时，将壁面作业模块从飞行悬挂位置运输至吸附准备位置。相比于现有技术，本实用新型采用模块化连接形式，透过多旋翼飞行器精确控制飞行器与目标作业面的距离，利用悬挂及辅助吸附系统使得壁面作业模块在飞行悬挂位置与吸附准备位置之间进行自主往复运动，从而能够实现地面、空中以及目标作业壁面之间的多环境自主移动作业。
附图说明
[0015] 读者在参照附图阅读了本实用新型的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本实用新型的各个方面。其中，
[0016] 图1示出依据本
申请的一个方面，智能地、空、壁面三栖作业系统的三维结构示意图；
[0017] 图2示出图1的智能地、空、壁面三栖作业系统中的悬挂及辅助吸附系统的结构示意图；
[0018] 图3示出依据本申请的另一个方面，智能地、空、壁面三栖作业系统的操作方法的流程
框图；以及
[0019] 图4A至图4C示出采用图3的操作方法，智能地、空、壁面三栖作业系统从地面
起飞、吸附于目标作业壁面、作业完成后飞离壁面的工作状态示意图。
具体实施方式
[0020] 为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本实用新型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实用新型所涵盖的范围。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。
[0021] 下面参照附图，对本实用新型各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。
[0022] 图1示出依据本申请的一个方面，智能地、空、壁面三栖作业系统的三维结构示意图，图2示出图1的智能地、空、壁面三栖作业系统中的悬挂及辅助吸附系统的结构示意图。
[0023] 参照图1，在该实施方式中，本实用新型的智能地、空、壁面三栖作业系统包括多旋翼飞行器1、壁面作业模块2、悬挂及辅助吸附系统3。
[0024] 详细而言，多旋翼飞行器1用于控制其自身与目标作业面的距离。例如，多旋翼飞行器1设置为在平面上均匀分布的八旋翼结构，相邻的两个旋翼间隔一定的弧度。此外，多旋翼飞行器1还具有螺旋桨保护装置以及起落架。螺旋桨保护装置与旋翼配置为一一对应，亦即，螺旋桨保护装置的数量与旋翼的个数相同，且位于旋翼的外侧。起落架用于在三栖作业系统起飞和降落时提供平衡和
支撑。
[0025] 壁面作业模块2与悬挂及辅助吸附系统3通过电控连接器进行连接。在悬挂及辅助吸附系统3将壁面作业模块2移动至吸附准备位置之后，壁面作业模块2可牢固地吸附于目标作业面并进行自主作业。较佳地，壁面作业模块2采用多模块化设计，不同模块用于实现不同的作业能力且所有模块共享同一机械接口。
[0026] 悬挂及辅助吸附系统3固定于多旋翼飞行器1的下方，用于在飞行过程中将壁面作业模块2悬挂于多旋翼飞行器1的悬挂飞行位置，并且在壁面作业模块2准备吸附于目标作业面时，将壁面作业模块2从飞行悬挂位置运输至吸附准备位置。
[0027] 在一具体实施例，多旋翼飞行器1还包括机器人视觉与超声传感器，用于生成检测信号并根据检测信号进行定位。例如，机器人视觉生成的信号与超声传感器输出的传感信号进行融合从而得到检测信号，然后利用所得到的检测信号来精确控制飞行器与目标作业面的距离，从而为壁面作业模块2的吸附提供环境。
[0028] 在一具体实施例，悬挂及辅助吸附系统3包括真空吸附装置301(也可称为真空吸附子系统)、移动装置302(也可称为移动子系统)以及电控连接器303(也可称为电控连接子系统)。如图2所示，真空吸附装置301用于通过电驱动抽真空的方式将整个系统吸附在目标作业面上。移动装置302用于运载电控连接器303以及壁面作业模块2在垂直于目标作业面的方向上通过伺服
直线导轨进行移动，从而实现壁面作业模块2在飞行悬挂位置以及吸附准备位置的往复运动。电控连接器303用于利用电磁吸附力以自主连接及释放壁面作业模块2。例如，真空吸附装置301工作时，整个系统依靠吸附力以及旋翼提供的升力处于
悬停状态，此时，悬挂及辅助吸附系统3利用电磁吸附力将壁面作业模块2固定连接于飞行悬挂位置。当壁面作业模块2启动并吸附至目标作业面时，电控连接器303释放壁面作业模块2以便其进行自主作业。
[0029] 由上述可知，相比于现有技术，多旋翼飞行器1利用机器人视觉与超声传感器所得到的检测信号可以精确控制飞行器与目标作业面的距离，从而为壁面作业模块2的吸附提供环境。并且本实用新型的三栖作业系统采用模块化连接形式，通过悬挂及辅助吸附系统实现壁面作业模块在飞行悬挂位置与吸附准备位置之间进行自主往复运动，从而能够完成地面、空中以及目标作业壁面之间的多环境自主移动作业。
[0030] 图3示出依据本申请的另一个方面，智能地、空、壁面三栖作业系统的操作方法的流程框图。图4A至图4C示出采用图3的操作方法，智能地、空、壁面三栖作业系统从地面起飞、吸附于目标作业壁面、作业完成后飞离壁面的工作状态示意图。
[0031] 参照图3，在该实施方式中，智能地、空、壁面三栖作业系统的操作方法主要通过步骤S101至步骤S107予以实现。
[0032] 具体而言，结合图3和图1、图2，在步骤S101中，系统从地面起飞，其中该三栖作业系统包括多旋翼飞行1、壁面作业模块2、悬挂及辅助吸附系统3，该悬挂及辅助吸附系统3包括真空吸附装置301、移动装置302以及电控连接器303。
[0033] 在步骤S103中，三栖作业系统飞行至目标作业面附近，多旋翼飞行器1自主调节方向以及自身与目标作业面的距离，使悬挂及辅助吸附系统3的真空吸附装置301与目标作业面平行且彼此贴近(如图4A所示)。接着，于步骤S105，真空吸附装置301进行抽真空操作，利用吸附力及多旋翼飞行器1产生的升力使整个系统悬停。然后，在步骤S107中，通过移动装置302将壁面作业模块2从飞行悬挂位置运输至吸附准备位置(如图4B所示)，并且在吸附完成后，由电控连接器303释放壁面作业模块2至目标作业面，使得壁面作业模块2在目标作业面上进行自主作业(如图4C所示)。如此一来，系统在地面、空中和壁面实现了多环境自主移动作业。
[0034] 在一实施例中，该操作方法还包括步骤：移动装置302回复移动至初始悬挂位置，然后由真空吸附装置301释放吸附力，使得多旋翼飞行器1与悬挂及辅助吸附系统3飞离目标作业区域。
[0035] 在一实施例中，该操作方法还包括步骤：壁面作业模块2完成自主作业后，多旋翼飞行器1与悬挂及辅助吸附系统3飞回至壁面作业模块2所在位置，接着壁面作业模块2和移动装置302各自移动至撤离吸附位置，电控连接器303恢复连接，使得壁面作业模块2停止吸附，然后移动装置302在垂直于目标作业面的方向将壁面作业模块2运输至飞行悬挂位置，以便整个系统飞离目标作业面，至此，整个系统实现了从壁面作业模块2在目标作业面上的自主作业模式到壁面作业模块2重新固定连接至多旋翼飞行器的带载飞行模式。
[0036] 采用本实用新型的智能地、空、壁面三栖作业系统，该三栖作业系统包括多旋翼飞行器、壁面作业模块、悬挂及辅助吸附系统。其中，多旋翼飞行器用于控制多旋翼飞行器与目标作业面的距离。壁面作业模块用于牢固地吸附于目标作业面并进行自主作业。悬挂及辅助吸附系统固定于多旋翼飞行器的下方，用于将壁面作业模块悬挂于多旋翼飞行器，且在壁面作业模块准备吸附于目标作业面时，将壁面作业模块从飞行悬挂位置运输至吸附准备位置。相比于现有技术，本实用新型采用模块化连接形式，透过多旋翼飞行器精确控制飞行器与目标作业面的距离，利用悬挂及辅助吸附系统使得壁面作业模块在飞行悬挂位置与吸附准备位置之间进行自主往复运动，从而能够实现地面、空中以及目标作业壁面之间的多环境自主移动作业。
[0037] 上文中，参照附图描述了本实用新型的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以对本实用新型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实用新型
权利要求书所限定的范围内。
