CN106430027A - 一种利用多旋翼无人机实现高处悬空作业的***及方法 - Google Patents

Abstract

一种利用多旋翼无人机实现高处悬空作业的***及方法，适用于高处悬空作业，包括顶面自行走悬吊装置、顶面能源站、脐带***、飞行作业平台。顶面自行走悬吊装置为顶面能源站提供安装位置，并通过其自行走小车的行走和其悬臂吊的伸缩，调整飞行作业平台的作业面；顶面能源站作为整个***工作的动力源和介质源，其控制站可以控制整个作业***；脐带***作为连接顶面能源站和飞行作业平台的动力和介质的输送通道，并能使飞行作业平台在一定范围内自由飞行作业；飞行作业平台利用有源供电多旋翼无人机搭载作业装置，实现无人高处悬空作业。

Description

一种利用多旋翼无人机实现高处悬空作业的***及方法

技术领域

本发明涉及一种高处悬空作业领域，尤其涉及一种利用多旋翼无人机实现高处悬空作业的***及方法。

背景技术

高处悬空作业是高空作业的一种，现阶段主要采用吊篮，作业人员在吊篮内进行施工作业，甚至只绑扎安全带悬吊作业。这种作业方式危险系数非常高，易造成高处人员坠落的伤亡事故。据《石油化工建设》2012.02第36页统计，高处作业事故占整个行业事故总数量的51.7％。

另一方面，由于悬空作业的吊点设置在建筑物的最高处，吊篮和作业人员由重力作用仅能处于垂直位置，只能由上到下在垂直或者接近垂直的作业面上作业，当作业面和地面成负角度或者作业对象结构较为复杂时，作业人员便无法接近，而使高处悬空作业无法实现。

发明内容

技术问题：本发明主要是解决高处悬空作业所存在的问题，从而提供一种利用多旋翼无人机实现高处悬空作业的***及方法。

技术方案：本发明的利用多旋翼无人机实现高处悬空作业的***，包括顶面自行走悬吊装置、顶面能源站、脐带***、飞行作业平台。所述的顶面自行走悬吊装置的自行走小车上设备安装平台安装有顶面能源站，所述的能源站输出并连接到脐带***，所述的脐带***通过所述的顶面自行走悬吊装置的悬臂吊向外并向下延伸连接到飞行作业平台。

所述的顶面自行走装置包括自行走小车、设备安装平台、悬臂吊、固定滑轮和行走滑轮，所述的设备安装平台即为自行走小车的甲板，所述的悬臂吊安装在自行走小车的甲板上，所述的固定滑轮和行走滑轮安装在悬臂吊的吊梁上。

所述的顶面能源站包括配电接线箱、作业动力站、卷扬机、***控制站，所述的配电接线箱接受外部供电并向***提供电源，所述的作业动力站通过介质软管与卷扬机连接，所述的卷扬机储存并输出脐带***，所述的***控制站包括自行走小车控制面板、能源站控制面板、悬臂吊控制面板、多旋翼无人机操控装置、作业装置控制面板和相关的控制线路，上述的控制面板集成在一个控制台上，形成***控制站。

所述的脐带***包括柔性拖链、末端配重块、弹簧型柔性连接段和滑动配重块。连接飞行作业平台的动力电缆、通讯电缆和介质软管敷设在柔性拖链上，所述的末端配重块设置在柔性拖链的末端，所述的弹簧型柔性连接段与柔性拖链内部的动力电缆、通讯电缆和介质软管连接，所述的滑动配重块设置在弹簧型柔性连接段上。

所述的飞行作业平台包括多旋翼无人机、有线控制摄像机云台、有线图像传输摄像机、作业装置，所述的多旋翼无人机搭载有线控制摄像机云台并搭载有线图像传输摄像机，所述的作业装置安装在多旋翼无人机的上方。

上述***的利用多旋翼无人机实现高处悬空作业的方法，作业步骤如下：

①将自行走小车放置于建筑物顶面预定工作位置，并将顶面能源站和悬臂吊安装在自行走小车的设备安装平台上，完成顶面能源站内部的动力电缆、控制电缆和介质软管之间的连接；

②将柔性拖链从卷扬机的滚筒中引出，并依此通过安装在悬臂吊上的固定滑轮和行走滑轮，在柔性拖链的末端安装末端配重块，完成柔性拖链和弹簧型软连接段的连接，并在弹簧型软连接段上安装滑动配重块；

③将多旋翼无人机放置于顶面自行走装置附近，并完成有线控制摄像机云台、有线图像传输摄像机、通用安装基座和作业装置的安装，并将弹簧型软连接段连接到飞行作业平台对应的接口上；

④将顶面能源站和外部电源、介质源连接完成，启动顶部能源站内部各部件，使之处于准备就绪状态；将悬臂吊外伸到预定工作长度，行走滑轮滑行到预定工作位置；

⑤通过顶部能源站内部的***控制站启动飞行作业平台，并使之飞行到预定的起始作业位置；开启作业装置，开始对预定作业面进行作业；

⑥通过顶面能源站内部的卷扬机的收、放，调整柔性拖链下放的长度，实现飞行作业平台在不同高度上进行作业；

⑦通过顶面自行走装置内的自行走小车向前、向后行走，调整悬臂吊的向前、向后位置，实现飞行作业平台在不同前、后的作业面上进行作业；

⑧作业完成后，通过顶部能源站内部的***控制站控制飞行作业平台作上升飞行，顶部能源站内的卷扬机同步回收脐带，实现飞行作业平台和柔性拖链同步上升，并将飞行作业平台回收至建筑物顶面。

有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：

⑴无人工高处悬空作业的人员风险，采用无人机携带作业装置的作业平台，取代人工高处悬空作业，从根本上消除人员高处作业风险；

⑵作业效率高，传统吊篮搭载人的工作业方式，作业人员只能在吊篮左右及上方手持工具覆盖的范围内作业，完成后需要驱动卷扬机下降到另一个作业面，效率低下；飞行作业平台可在弹簧型软连接的长度范围内做上、下、左、右全方位的自由飞行作业，作业效率大幅提高；

⑶作业效果好，传统人工采用手持工具作业的方式，根据作业人员的状况不同而难以保障作业质量；飞行作业平台携带的作业装置，采用成熟的工业作业流程，作业质量可靠且稳定；

⑷作业场景适用性强，传统吊篮搭载人工作业的方式，仅能在垂直或接近垂直的建筑立面上进行作业，对于和地面成负角度和结构复杂的作业对象则无法实现；飞行作业平台携带的作业装置，可在一定幅度内自由飞行，不受作业对象结构形式的限制，作业场景适用性大幅提高。

附图说明

图1是本发明整体***示意图；

图2是本发明的顶面能源站示意图；

图中：1-顶面自行走悬吊装置；2-顶面能源站；3-脐带***；4-飞行作业平台；1-1-顶面自行走小车；1-2-悬臂吊；1-3-固定滑轮；1-4-行走滑轮；2-1-配电接线箱；2-2-高压清洗机；2-3-卷扬机；2-4-***控制站；3-1-柔性拖链；3-2-末端配重块；3-3-弹簧型柔性连接段；3-4-滑动配重块；4-1-多旋翼无人机；4-2-有线控制摄像机云台；4-3-有线图像传输摄像机；4-4-清洗作业装置。

具体实施方式

上述利用利用多旋翼无人机实现高处悬空作业的***及方法有多种应用场景，下面以高处悬空清洗作业为实例，结合附图对本发明作进一步的描述：

如图1所示，多旋翼无人机实现高处悬空清洗作业的***，主要由顶面自行走悬吊装置1、顶面能源站2、脐带***3和飞行作业平台4构成。所述的顶面自行走悬吊装置1由顶面自行走小车1-1、悬臂吊1-2、固定滑轮1-3和行走滑轮1-4组成。所述的顶面自行走悬吊装置1的自行走小车1-1上安装有顶面能源站2，所述的顶面能源站2输出并连接到脐带***3，所述的脐带***通过所述的顶面自行走悬吊装置1的悬臂吊1-2向外并向下延伸连接到飞行作业平台4。所述的顶面自行走悬吊装置1是***工作的基础部分，其设备安装平台为顶面能源站2提供安装位置，其悬臂吊1-2具有调节长度的功能，能够根据飞行清洗作业平台4的作业面需要调节柔性拖链3-1的悬挂位置，其自行走小车1-1可根据飞行清洗作业平台4的作业面需要向前、向后灵活的调整位置，其固定滑轮1-3起到疏导并输送脐带的作用，其行走滑轮1-4起到疏导并输送脐带的作用的同时，可根据飞行清洗作业平台4的作业需要，在一定范围内调节柔性拖链3-1距建筑物立面的距离。顶面能源站2是***工作的动力源部分，为整个***工作提供动力，为清洗作业装置4-4提供清洗介质源。脐带***3作为连接顶面能源站2和飞行清洗作业平台4的能源输送通道，为飞行清洗作业平台4提供动力，传输控制和数据信号，并输送清洗作业装置4-4所需的清洗介质。飞行清洗作业平台4作为***终端作业部件，利用多旋翼无人机4-1承载的清洗作业装置4-4实现高处悬空清洗作业。

图2所示，所述的顶面能源站2由配电接线箱2-1、高压清洗机2-2、卷扬机2-3和***控制站2-4组成。高压清洗机2-2出口通过介质软管连接到卷扬机2-3的清洗介质接口。***控制站2-4和配电接线箱2-1的动力电缆、数据信号电缆和卷扬机2-3上对应的电缆接口相连。卷扬机2-3容纳的脐带3的长度满足清洗作业的高度要求。

所述的脐带***3包括柔性拖链3-1、末端配重块3-2、弹簧型柔性连接段3-3和滑动配重块3-4。连接飞行作业平台(4)的动力电缆、通讯电缆和高压清洗介质软管敷设在柔性拖链3-1上，并确保柔性拖链3-1作为一个整体其弯曲半径和卷扬机2-3的最小容量半径、固定滑轮1-3和自行走滑轮1-4的容量半径相匹配。所述的末端配重块3-2设置在柔性拖链3-1的末端，其重量足以使柔性拖链3-1处于张紧状态，并配合卷扬机2-3使脐带3根据飞行作业平台4的作业高度变化向下延伸。所述的弹簧型柔性连接段3-3与柔性拖链3-1内部的所述的动力电缆、通讯电缆和介质软管连接，其作用是使飞行作业平台4能在弹簧型柔性连接段3-3的伸缩幅度内自由飞行，而不受柔性拖链3-1的影响。所述的滑动配重块3-4设置在弹簧型柔性连接段3-3，以使弹簧型柔性连接段3-3处于多旋翼无人机4-1下方，以免干扰多旋翼无人机4-1的飞行。

所述的飞行作业平台4由多旋翼无人机4-1、有线控制摄像机云台4-2、有线图像传输摄像机4-3、清洗作业装置4-4构成。多旋翼无人机4-1采用有源供电设计，本身不携带电池，其优势是有更大的输出功率保证足以承载清洗装置4-4的重量，同时不受续航时间的限制。有线控制摄像机云台4-2和有线图像传输摄像机4-3的设计有利于控制信号和图像传输信号的稳定性，同时节省了无线控制、无线信号传输的设备成本。清洗作业装置4-4采用有线遥控的方式进行控制开启和关闭、调整作业姿态，使清洗作业可以高效、可靠的进行。

本发明利用多旋翼无人机实现高处悬空清洗作业的方法，具体作业步骤如下：

①将自行走小车1-1放置于建筑物顶面预定工作位置，电源接线箱2-1、高压清洗机2-2、卷扬机2-3和***控制站2-4安装在自行走小车1-1的设备安装平台上；完成悬臂吊1-2的组装以及固定滑轮1-3、行走滑轮1-4的安装，并将组装完成的悬臂吊1-2安装在自行走小车1-1的设备平台上；将高压清洗机2-2的介质软管连接到卷扬机2-3的介质接口上，并将电源配电箱2-1和***控制站2-4的动力电缆、通讯电缆连接到卷扬机2-3对应的接口上；

②将柔性拖链3-1从卷扬机2-3中引出，并依此通过固定滑轮1-3和行走滑轮1-4，在柔性拖链3-1的末端安装末端配重块3-2；将弹簧型软连接段3-3连接到柔性拖链3-1的末端对应的接口上，并将滑动配重块3-4安装在弹簧型软连接3-3上；

③将多旋翼无人机4-1放置于顶面自行走装置1附近，并完成有线控制摄像机云台4-2、有线图像传输摄像机4-3和清洗作业装置4-4的安装；将弹簧型软连接段3-3连接到飞行作业平台4对应的接口上；

④将顶面能源站2和外部电源、水源连接完成，启动顶部能源站2内部各部件，使之处于准备就绪状态；通过顶部能源站2内部的***控制站2-4将悬臂吊1-2外伸到预定工作长度，并使行走滑轮1-4行走到预定工作位置；

⑤通过顶部能源站2内部的***控制站2-4启动飞行作业平台4，并使之飞行到预定的起始作业位置；通过顶部能源站2内部的***控制站2-4开启清洗作业装置4-4，开始对预定作业面进行清洗；

⑥通过顶面能源站2内部的卷扬机2-3的收、放，调整柔性拖链3-1下放的长度，以使飞行作业平台4在不同高度上进行作业；

⑦通过顶面自行走装置1内的自行走小车1-1向前、向后行走，调整悬臂吊1-2的向前、向后位置，实现飞行作业平台4在不同前、后的作业面上进行作业；

⑧清洗作业完成后，通过顶部能源站2内部的***控制站2-4控制飞行作业平台4作上升飞行，顶部能源站2内的卷扬机2-3同步回收脐带，实现飞行作业平台4和柔性拖链3-1同步上升，并将飞行作业平台4回收至建筑物顶面。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明的内容所作的等效配置或等效方法变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种利用多旋翼无人机实现高处悬空作业的***，其特征在于：它包括顶面自行走悬吊装置(1)、顶面能源站(2)、脐带***(3)、飞行作业平台(4)；所述的顶面自行走悬吊装置(1)的自行走小车(1-1)上的设备安装平台安装有顶面能源站(2)，所述的顶面能源站(2)输出并连接到脐带***(3)，所述的脐带***(3)通过所述的顶面自行走悬吊装置(1)的悬臂吊(1-2)向外并向下延伸连接到飞行作业平台(4)；

所述的顶面自行走装置(1)包括自行走小车(1-1)、悬臂吊(1-2)、固定滑轮(1-3)和行走滑轮(1-4)，所述的设备安装平台即为自行走小车的甲板，所述的悬臂吊(1-2)安装在自行走小车(1-1)的甲板上，所述的固定滑轮(1-3)和行走滑轮(1-4)安装在悬臂吊(1-2)的吊梁上；

所述的顶面能源站(2)包括配电接线箱(2-1)、作业动力站(2-2)、卷扬机(2-3)、***控制站(2-4)，所述的配电接线箱(2-1)接受外部供电并向***提供电源，所述的作业动力站(2-2)通过介质软管与卷扬机(2-3)连接，所述的卷扬机(2-3)储存并输出脐带***，所述的***控制站(2-4)包括自行走小车控制面板、悬臂吊控制面板、能源站控制面板、多旋翼无人机操控装置、作业装置控制面板和相关的控制线路，上述的控制面板集成在一个控制台上，形成***控制站(2-4)；

所述的脐带***(3)包括柔性拖链(3-1)、末端配重块(3-2)、弹簧型柔性连接段(3-3)和滑动配重块(3-4)；连接飞行作业平台(4)的动力电缆、通讯电缆和高压介质软管敷设在柔性拖链(3-1)上，所述的末端配重块(3-2)设置在柔性拖链(3-1)的末端，所述的弹簧型柔性连接段(3-3)与柔性拖链(3-1)内部的动力电缆、通讯电缆和介质软管连接，所述的滑动配重块(3-4)设置在弹簧型柔性连接段(3-3)上；

所述的飞行作业平台(4)包括多旋翼无人机(4-1)、有线控制摄像机云台(4-2)、有线图像传输摄像机(4-3)、作业装置(4-4)，所述的多旋翼无人机(4-1)搭载有线控制摄像机云台(4-2)并搭载有线图像传输摄像机(4-3)，所述的作业装置(4-4)安装在多旋翼无人机(4-1)的上方。

2.根据权利要求1所述的利用多旋翼无人机实现高处悬空作业***，其特征在于：所述的作业装置(4-4)利用多旋翼无人机(4-1)承载，实现无人高处悬空作业。

3.根据权利要求1所述的利用多旋翼无人机实现高处悬空作业***，其特征在于：所述的多旋翼无人机(4-1)采用有源供电设计。

4.根据权利要求1所述的利用多旋翼无人机实现高处悬空作业***，其特征在于：所述的脐带***(3)的柔性拖链(3-1)在末端设置有末端配重块。

5.根据权利要求1所述的利用多旋翼无人机实现高处悬空作业***，其特征在于：所述的飞行作业平台(4)和柔性拖链(3-1)之间采用弹簧型软连接段(3-3)连接，并在其上配置有滑动配重块(3-4)。

6.根据权利要求1～5任一项所述的利用多旋翼无人机实现高处悬空作业的方法，其特征在于包括步骤如下：

①将自行走小车(1-1)放置于建筑物顶面预定工作位置，并将顶面能源站(2)和悬臂吊(1-2)安装在自行走小车(1-1)的设备安装平台上，完成顶面能源站(2)内部的动力电缆、控制电缆和介质软管之间的连接；

②将柔性拖链(3-1)从卷扬机(2-3)的滚筒上引出，并依此通过安装在悬臂吊(1-2)上的固定滑轮(1-3)和行走滑轮(1-4)，在柔性拖链(3-1)的末端安装末端配重块(3-2)，完成柔性拖链(3-1)和弹簧型软连接段(3-3)的连接，并在弹簧型软连接段(3-3)上安装滑动配重块(3-4)；

③将多旋翼无人机(4-1)放置于顶面自行走装置(1)附近，并完成有线控制摄像机云台(4-2)、有线图像传输摄像机(4-3)和作业装置(4-4)的安装，并将弹簧型软连接段(3-3)连接到飞行作业平台(4)对应的接口上；

④将顶面能源站(2)和外部电源、介质源连接完成，启动顶部能源站(2)内部各部件，使之处于准备就绪状态；将悬臂吊(1-2)外伸到预定工作长度，行走滑轮(1-4)滑行到预定工作位置；

⑤通过顶部能源站(2)内部的***控制站(2-4)启动飞行作业平台(4)，并使之飞行到预定的起始作业位置；通过顶部能源站(2)内部的***控制站(2-4)开启作业装置(4-4)，开始对预定作业面进行作业；

⑥通过顶面能源站(2)内部的卷扬机(2-3)的收、放，调整柔性拖链(3-1)下放的长度，实现飞行作业平台(4)在不同高度上进行作业；

⑦通过顶面自行走装置(1)内的自行走小车(1-1)向前、向后行走，调整悬臂吊(1-2)的向前、向后位置，实现飞行作业平台(4)在不同前、后的作业面上进行作业；

⑧作业完成后，通过顶部能源站(2)内部的***控制站(2-4)控制飞行作业平台(4)作上升飞行，顶部能源站(2)内的卷扬机(2-3)同步回收脐带，实现飞行作业平台(4)和柔性拖链(3-1)同步上升，并将飞行作业平台(4)回收至建筑物顶面。