基于無人機(jī)飛行控制技術(shù)的智能擦窗機(jī)器人

王超+徐浚洲+劉東陽

摘要：本項(xiàng)目利用了無人機(jī)飛控技術(shù)，通過對(duì)無人機(jī)螺旋槳的控制，調(diào)整機(jī)器人在空中工作的姿態(tài)，使其具備越界的能力。同時(shí)采用履帶輪作為行走機(jī)構(gòu)，使其具備在玻璃幕墻上的工作能力。

關(guān)鍵詞：越界；擦窗機(jī)器人；無人機(jī)

Abstract：This project utilizes uav flight control technology，people can propeller and adjust the attitude of the robot to work in the air by control the uav，so that it has the ability to cross the glass boundary.At the same time，using the crawler wheels as the walking mechanism，it has the ability to work on the glass curtain wall.

Keywords：cross the line；window cleaner；unmanned aerial vehicle

一、引言

每年的城市“蜘蛛人”意外事故出現(xiàn)說明高層建筑清潔不是一件容易的事，也是現(xiàn)有機(jī)器人未能解決的事情.此論文有兩種術(shù)語做單獨(dú)解釋（僅針對(duì)本文闡述有效）。越界：所謂越界，就是指清潔機(jī)器人依靠對(duì)無人機(jī)的旋翼的控制，實(shí)行推力和反推力，從而改變自身姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)從某一位置跨越到達(dá)另一位置的過程。擦窗機(jī)器人，即具有清潔機(jī)構(gòu)，使城市建筑玻璃幕墻保持干凈的一類機(jī)器人。

二、現(xiàn)有技術(shù)的缺陷

傳統(tǒng)的擦窗機(jī)器人可以簡單的對(duì)家庭用戶的玻璃進(jìn)行清潔，效率低，不能實(shí)時(shí)蓄電，而且其存在巨大的麻煩，就是在整個(gè)清潔過程中，需要人為不斷的進(jìn)行控制，取放機(jī)器人讓其工作，即機(jī)器人自身不具備越界清潔能力。

三、本文方案的優(yōu)點(diǎn)

面對(duì)市場極高的需要，城市高樓大廈玻璃幕墻的剛性需求，對(duì)傳統(tǒng)的擦窗機(jī)器人進(jìn)行全面升級(jí)改造，結(jié)合無人機(jī)飛控技術(shù)，履帶輪獨(dú)特的行走機(jī)構(gòu)，使其具備越界清潔能力，從而走向工業(yè)化。

四、本文（實(shí)用新型）技術(shù)方案的詳細(xì)闡述

具體的技術(shù)路線，我們擬采用一個(gè)市場上的擦窗機(jī)器人，將其與無人機(jī)結(jié)合，通過吊線電纜，即所謂的吊繩，克服機(jī)器整體的重力，局部采用具有四個(gè)旋翼或者更多旋翼的無人機(jī)，通過對(duì)其轉(zhuǎn)速方向控制，使其產(chǎn)生不同方向的推力，從而改變擦窗機(jī)器人的姿態(tài)，讓它具有既可以清潔玻璃幕墻，也可以越界工作的能力。當(dāng)機(jī)器人停留在空中且沒有被壓在玻璃上時(shí)，四個(gè)旋翼提供相同的推力，使其保持與玻璃的平行狀態(tài)。當(dāng)機(jī)器人像玻璃靠攏時(shí)，自身所帶的四個(gè)支架安裝緩沖裝置，如減震彈簧、薄層海綿，四個(gè)支架是均可以在某一指定方向上進(jìn)行滑動(dòng)的，此滑動(dòng)方向在四個(gè)旋翼下側(cè)，不會(huì)影響旋翼的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)無人機(jī)使擦窗機(jī)構(gòu)吸附在玻璃上時(shí)，清潔機(jī)構(gòu)自帶的履帶輪行走裝置，使它在無人機(jī)推力的壓迫下，通過自身的履帶輪帶動(dòng)，可以很好的在玻璃上進(jìn)行移動(dòng)，與此同時(shí)，其自身底盤的清潔布會(huì)對(duì)走過的路徑進(jìn)行清潔，也可以考慮采用清潔刷對(duì)玻璃進(jìn)行清潔。此次擬定試驗(yàn)采用市場已有的擦窗機(jī)器人的清潔底盤進(jìn)行調(diào)試。

整體的機(jī)器人可以對(duì)城市建筑進(jìn)行清潔以及具備越界工作的能力。

五、最終結(jié)論

在玻璃上的行走方案中采用履帶輪裝置，通過編程對(duì)其速度進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和轉(zhuǎn)彎。在越界技術(shù)上采納無人機(jī)飛控，通過對(duì)旋翼的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)對(duì)整體機(jī)器人的姿態(tài)的改變，使其具備越界工作的能力。履帶輪如圖1-1。無人機(jī)整體結(jié)構(gòu)（帶有定向滑動(dòng)桿架）如圖1-2.

總之，此次方案將傳統(tǒng)的越界技術(shù)從吸風(fēng)機(jī)改變到無人機(jī)，從負(fù)壓原理變成對(duì)無人機(jī)飛控技術(shù)的控制。將清潔機(jī)構(gòu)安裝在無人機(jī)底部，實(shí)現(xiàn)整體的有機(jī)結(jié)合，從而產(chǎn)生適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展要求的可以供城市高樓大廈玻璃幕墻使用的擦窗機(jī)器人。

參考文獻(xiàn)：

[1]張厚祥，吳星明，宗光華.擦窗機(jī)器人控制系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2000，（01）

[2]MSP430超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].清華大學(xué)出版社，沈建華，2016

[3]模擬電子技術(shù)基本教程[M].清華大學(xué)出版社，華成英主編，2006

[4]胡中華.基于智能優(yōu)化算法的無人機(jī)航跡規(guī)劃若干關(guān)鍵技術(shù)研究.南京航空航天大學(xué).2011（12）

[5]李德仁；李明.無人機(jī)遙感系統(tǒng)的研究進(jìn)展與應(yīng)用前景.武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版）.2014（05）

[6]畢凱；李英成；丁曉波；劉飛.輕小型無人機(jī)航攝技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢.測繪通報(bào).2015（03）

[7]李繼宇；周志艷；蘭玉彬；胡煉；臧英；劉愛民；羅錫文；張鐵民.旋翼式無人機(jī)授粉作業(yè)冠層風(fēng)場分布規(guī)律.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào).2015（03）endprint