本發(fā)明涉及一種高處懸空作業(yè)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用多旋翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)高處懸空作業(yè)的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

高處懸空作業(yè)是高空作業(yè)的一種，現(xiàn)階段主要采用吊籃，作業(yè)人員在吊籃內(nèi)進(jìn)行施工作業(yè)，甚至只綁扎安全帶懸吊作業(yè)。這種作業(yè)方式危險(xiǎn)系數(shù)非常高，易造成高處人員墜落的傷亡事故。據(jù)《石油化工建設(shè)》2012.02第36頁統(tǒng)計(jì)，高處作業(yè)事故占整個(gè)行業(yè)事故總數(shù)量的51.7％。

另一方面，由于懸空作業(yè)的吊點(diǎn)設(shè)置在建筑物的最高處，吊籃和作業(yè)人員由重力作用僅能處于垂直位置，只能由上到下在垂直或者接近垂直的作業(yè)面上作業(yè)，當(dāng)作業(yè)面和地面成負(fù)角度或者作業(yè)對象結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜時(shí)，作業(yè)人員便無法接近，而使高處懸空作業(yè)無法實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明主要是解決高處懸空作業(yè)所存在的問題，從而提供一種利用多旋翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)高處懸空作業(yè)的系統(tǒng)及方法。

技術(shù)方案：本發(fā)明的利用多旋翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)高處懸空作業(yè)的系統(tǒng)，包括頂面自行走懸吊裝置、頂面能源站、臍帶系統(tǒng)、飛行作業(yè)平臺。所述的頂面自行走懸吊裝置的自行走小車上設(shè)備安裝平臺安裝有頂面能源站，所述的能源站輸出并連接到臍帶系統(tǒng)，所述的臍帶系統(tǒng)通過所述的頂面自行走懸吊裝置的懸臂吊向外并向下延伸連接到飛行作業(yè)平臺。

所述的頂面自行走裝置包括自行走小車、設(shè)備安裝平臺、懸臂吊、固定滑輪和行走滑輪，所述的設(shè)備安裝平臺即為自行走小車的甲板，所述的懸臂吊安裝在自行走小車的甲板上，所述的固定滑輪和行走滑輪安裝在懸臂吊的吊梁上。

所述的頂面能源站包括配電接線箱、作業(yè)動(dòng)力站、卷揚(yáng)機(jī)、系統(tǒng)控制站，所述的配電接線箱接受外部供電并向系統(tǒng)提供電源，所述的作業(yè)動(dòng)力站通過介質(zhì)軟管與卷揚(yáng)機(jī)連接，所述的卷揚(yáng)機(jī)儲存并輸出臍帶系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)控制站包括自行走小車控制面板、能源站控制面板、懸臂吊控制面板、多旋翼無人機(jī)操控裝置、作業(yè)裝置控制面板和相關(guān)的控制線路，上述的控制面板集成在一個(gè)控制臺上，形成系統(tǒng)控制站。

所述的臍帶系統(tǒng)包括柔性拖鏈、末端配重塊、彈簧型柔性連接段和滑動(dòng)配重塊。連接飛行作業(yè)平臺的動(dòng)力電纜、通訊電纜和介質(zhì)軟管敷設(shè)在柔性拖鏈上，所述的末端配重塊設(shè)置在柔性拖鏈的末端，所述的彈簧型柔性連接段與柔性拖鏈內(nèi)部的動(dòng)力電纜、通訊電纜和介質(zhì)軟管連接，所述的滑動(dòng)配重塊設(shè)置在彈簧型柔性連接段上。

所述的飛行作業(yè)平臺包括多旋翼無人機(jī)、有線控制攝像機(jī)云臺、有線圖像傳輸攝像機(jī)、作業(yè)裝置，所述的多旋翼無人機(jī)搭載有線控制攝像機(jī)云臺并搭載有線圖像傳輸攝像機(jī)，所述的作業(yè)裝置安裝在多旋翼無人機(jī)的上方。

上述系統(tǒng)的利用多旋翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)高處懸空作業(yè)的方法，作業(yè)步驟如下：

①將自行走小車放置于建筑物頂面預(yù)定工作位置，并將頂面能源站和懸臂吊安裝在自行走小車的設(shè)備安裝平臺上，完成頂面能源站內(nèi)部的動(dòng)力電纜、控制電纜和介質(zhì)軟管之間的連接；

②將柔性拖鏈從卷揚(yáng)機(jī)的滾筒中引出，并依此通過安裝在懸臂吊上的固定滑輪和行走滑輪，在柔性拖鏈的末端安裝末端配重塊，完成柔性拖鏈和彈簧型軟連接段的連接，并在彈簧型軟連接段上安裝滑動(dòng)配重塊；

③將多旋翼無人機(jī)放置于頂面自行走裝置附近，并完成有線控制攝像機(jī)云臺、有線圖像傳輸攝像機(jī)、通用安裝基座和作業(yè)裝置的安裝，并將彈簧型軟連接段連接到飛行作業(yè)平臺對應(yīng)的接口上；

④將頂面能源站和外部電源、介質(zhì)源連接完成，啟動(dòng)頂部能源站內(nèi)部各部件，使之處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)；將懸臂吊外伸到預(yù)定工作長度，行走滑輪滑行到預(yù)定工作位置；

⑤通過頂部能源站內(nèi)部的系統(tǒng)控制站啟動(dòng)飛行作業(yè)平臺，并使之飛行到預(yù)定的起始作業(yè)位置；開啟作業(yè)裝置，開始對預(yù)定作業(yè)面進(jìn)行作業(yè)；

⑥通過頂面能源站內(nèi)部的卷揚(yáng)機(jī)的收、放，調(diào)整柔性拖鏈下放的長度，實(shí)現(xiàn)飛行作業(yè)平臺在不同高度上進(jìn)行作業(yè)；

⑦通過頂面自行走裝置內(nèi)的自行走小車向前、向后行走，調(diào)整懸臂吊的向前、向后位置，實(shí)現(xiàn)飛行作業(yè)平臺在不同前、后的作業(yè)面上進(jìn)行作業(yè)；

⑧作業(yè)完成后，通過頂部能源站內(nèi)部的系統(tǒng)控制站控制飛行作業(yè)平臺作上升飛行，頂部能源站內(nèi)的卷揚(yáng)機(jī)同步回收臍帶，實(shí)現(xiàn)飛行作業(yè)平臺和柔性拖鏈同步上升，并將飛行作業(yè)平臺回收至建筑物頂面。

有益效果：由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

⑴無人工高處懸空作業(yè)的人員風(fēng)險(xiǎn)，采用無人機(jī)攜帶作業(yè)裝置的作業(yè)平臺，取代人工高處懸空作業(yè)，從根本上消除人員高處作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)；

⑵作業(yè)效率高，傳統(tǒng)吊籃搭載人的工作業(yè)方式，作業(yè)人員只能在吊籃左右及上方手持工具覆蓋的范圍內(nèi)作業(yè)，完成后需要驅(qū)動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)下降到另一個(gè)作業(yè)面，效率低下；飛行作業(yè)平臺可在彈簧型軟連接的長度范圍內(nèi)做上、下、左、右全方位的自由飛行作業(yè)，作業(yè)效率大幅提高；

⑶作業(yè)效果好，傳統(tǒng)人工采用手持工具作業(yè)的方式，根據(jù)作業(yè)人員的狀況不同而難以保障作業(yè)質(zhì)量；飛行作業(yè)平臺攜帶的作業(yè)裝置，采用成熟的工業(yè)作業(yè)流程，作業(yè)質(zhì)量可靠且穩(wěn)定；

⑷作業(yè)場景適用性強(qiáng)，傳統(tǒng)吊籃搭載人工作業(yè)的方式，僅能在垂直或接近垂直的建筑立面上進(jìn)行作業(yè)，對于和地面成負(fù)角度和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的作業(yè)對象則無法實(shí)現(xiàn)；飛行作業(yè)平臺攜帶的作業(yè)裝置，可在一定幅度內(nèi)自由飛行，不受作業(yè)對象結(jié)構(gòu)形式的限制，作業(yè)場景適用性大幅提高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明的頂面能源站示意圖；

圖中：1-頂面自行走懸吊裝置；2-頂面能源站；3-臍帶系統(tǒng)；4-飛行作業(yè)平臺；1-1-頂面自行走小車；1-2-懸臂吊；1-3-固定滑輪；1-4-行走滑輪；2-1-配電接線箱；2-2-高壓清洗機(jī)；2-3-卷揚(yáng)機(jī)；2-4-系統(tǒng)控制站；3-1-柔性拖鏈；3-2-末端配重塊；3-3-彈簧型柔性連接段；3-4-滑動(dòng)配重塊；4-1-多旋翼無人機(jī)；4-2-有線控制攝像機(jī)云臺；4-3-有線圖像傳輸攝像機(jī)；4-4-清洗作業(yè)裝置。

具體實(shí)施方式

上述利用利用多旋翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)高處懸空作業(yè)的系統(tǒng)及方法有多種應(yīng)用場景，下面以高處懸空清洗作業(yè)為實(shí)例，結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述：

如圖1所示，多旋翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)高處懸空清洗作業(yè)的系統(tǒng)，主要由頂面自行走懸吊裝置1、頂面能源站2、臍帶系統(tǒng)3和飛行作業(yè)平臺4構(gòu)成。所述的頂面自行走懸吊裝置1由頂面自行走小車1-1、懸臂吊1-2、固定滑輪1-3和行走滑輪1-4組成。所述的頂面自行走懸吊裝置1的自行走小車1-1上安裝有頂面能源站2，所述的頂面能源站2輸出并連接到臍帶系統(tǒng)3，所述的臍帶系統(tǒng)通過所述的頂面自行走懸吊裝置1的懸臂吊1-2向外并向下延伸連接到飛行作業(yè)平臺4。所述的頂面自行走懸吊裝置1是系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)部分，其設(shè)備安裝平臺為頂面能源站2提供安裝位置，其懸臂吊1-2具有調(diào)節(jié)長度的功能，能夠根據(jù)飛行清洗作業(yè)平臺4的作業(yè)面需要調(diào)節(jié)柔性拖鏈3-1的懸掛位置，其自行走小車1-1可根據(jù)飛行清洗作業(yè)平臺4的作業(yè)面需要向前、向后靈活的調(diào)整位置，其固定滑輪1-3起到疏導(dǎo)并輸送臍帶的作用，其行走滑輪1-4起到疏導(dǎo)并輸送臍帶的作用的同時(shí)，可根據(jù)飛行清洗作業(yè)平臺4的作業(yè)需要，在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)柔性拖鏈3-1距建筑物立面的距離。頂面能源站2是系統(tǒng)工作的動(dòng)力源部分，為整個(gè)系統(tǒng)工作提供動(dòng)力，為清洗作業(yè)裝置4-4提供清洗介質(zhì)源。臍帶系統(tǒng)3作為連接頂面能源站2和飛行清洗作業(yè)平臺4的能源輸送通道，為飛行清洗作業(yè)平臺4提供動(dòng)力，傳輸控制和數(shù)據(jù)信號，并輸送清洗作業(yè)裝置4-4所需的清洗介質(zhì)。飛行清洗作業(yè)平臺4作為系統(tǒng)終端作業(yè)部件，利用多旋翼無人機(jī)4-1承載的清洗作業(yè)裝置4-4實(shí)現(xiàn)高處懸空清洗作業(yè)。

圖2所示，所述的頂面能源站2由配電接線箱2-1、高壓清洗機(jī)2-2、卷揚(yáng)機(jī)2-3和系統(tǒng)控制站2-4組成。高壓清洗機(jī)2-2出口通過介質(zhì)軟管連接到卷揚(yáng)機(jī)2-3的清洗介質(zhì)接口。系統(tǒng)控制站2-4和配電接線箱2-1的動(dòng)力電纜、數(shù)據(jù)信號電纜和卷揚(yáng)機(jī)2-3上對應(yīng)的電纜接口相連。卷揚(yáng)機(jī)2-3容納的臍帶3的長度滿足清洗作業(yè)的高度要求。

所述的臍帶系統(tǒng)3包括柔性拖鏈3-1、末端配重塊3-2、彈簧型柔性連接段3-3和滑動(dòng)配重塊3-4。連接飛行作業(yè)平臺(4)的動(dòng)力電纜、通訊電纜和高壓清洗介質(zhì)軟管敷設(shè)在柔性拖鏈3-1上，并確保柔性拖鏈3-1作為一個(gè)整體其彎曲半徑和卷揚(yáng)機(jī)2-3的最小容量半徑、固定滑輪1-3和自行走滑輪1-4的容量半徑相匹配。所述的末端配重塊3-2設(shè)置在柔性拖鏈3-1的末端，其重量足以使柔性拖鏈3-1處于張緊狀態(tài)，并配合卷揚(yáng)機(jī)2-3使臍帶3根據(jù)飛行作業(yè)平臺4的作業(yè)高度變化向下延伸。所述的彈簧型柔性連接段3-3與柔性拖鏈3-1內(nèi)部的所述的動(dòng)力電纜、通訊電纜和介質(zhì)軟管連接，其作用是使飛行作業(yè)平臺4能在彈簧型柔性連接段3-3的伸縮幅度內(nèi)自由飛行，而不受柔性拖鏈3-1的影響。所述的滑動(dòng)配重塊3-4設(shè)置在彈簧型柔性連接段3-3，以使彈簧型柔性連接段3-3處于多旋翼無人機(jī)4-1下方，以免干擾多旋翼無人機(jī)4-1的飛行。

所述的飛行作業(yè)平臺4由多旋翼無人機(jī)4-1、有線控制攝像機(jī)云臺4-2、有線圖像傳輸攝像機(jī)4-3、清洗作業(yè)裝置4-4構(gòu)成。多旋翼無人機(jī)4-1采用有源供電設(shè)計(jì)，本身不攜帶電池，其優(yōu)勢是有更大的輸出功率保證足以承載清洗裝置4-4的重量，同時(shí)不受續(xù)航時(shí)間的限制。有線控制攝像機(jī)云臺4-2和有線圖像傳輸攝像機(jī)4-3的設(shè)計(jì)有利于控制信號和圖像傳輸信號的穩(wěn)定性，同時(shí)節(jié)省了無線控制、無線信號傳輸?shù)脑O(shè)備成本。清洗作業(yè)裝置4-4采用有線遙控的方式進(jìn)行控制開啟和關(guān)閉、調(diào)整作業(yè)姿態(tài)，使清洗作業(yè)可以高效、可靠的進(jìn)行。

本發(fā)明利用多旋翼無人機(jī)實(shí)現(xiàn)高處懸空清洗作業(yè)的方法，具體作業(yè)步驟如下：

①將自行走小車1-1放置于建筑物頂面預(yù)定工作位置，電源接線箱2-1、高壓清洗機(jī)2-2、卷揚(yáng)機(jī)2-3和系統(tǒng)控制站2-4安裝在自行走小車1-1的設(shè)備安裝平臺上；完成懸臂吊1-2的組裝以及固定滑輪1-3、行走滑輪1-4的安裝，并將組裝完成的懸臂吊1-2安裝在自行走小車1-1的設(shè)備平臺上；將高壓清洗機(jī)2-2的介質(zhì)軟管連接到卷揚(yáng)機(jī)2-3的介質(zhì)接口上，并將電源配電箱2-1和系統(tǒng)控制站2-4的動(dòng)力電纜、通訊電纜連接到卷揚(yáng)機(jī)2-3對應(yīng)的接口上；

②將柔性拖鏈3-1從卷揚(yáng)機(jī)2-3中引出，并依此通過固定滑輪1-3和行走滑輪1-4，在柔性拖鏈3-1的末端安裝末端配重塊3-2；將彈簧型軟連接段3-3連接到柔性拖鏈3-1的末端對應(yīng)的接口上，并將滑動(dòng)配重塊3-4安裝在彈簧型軟連接3-3上；

③將多旋翼無人機(jī)4-1放置于頂面自行走裝置1附近，并完成有線控制攝像機(jī)云臺4-2、有線圖像傳輸攝像機(jī)4-3和清洗作業(yè)裝置4-4的安裝；將彈簧型軟連接段3-3連接到飛行作業(yè)平臺4對應(yīng)的接口上；

④將頂面能源站2和外部電源、水源連接完成，啟動(dòng)頂部能源站2內(nèi)部各部件，使之處于準(zhǔn)備就緒狀態(tài)；通過頂部能源站2內(nèi)部的系統(tǒng)控制站2-4將懸臂吊1-2外伸到預(yù)定工作長度，并使行走滑輪1-4行走到預(yù)定工作位置；

⑤通過頂部能源站2內(nèi)部的系統(tǒng)控制站2-4啟動(dòng)飛行作業(yè)平臺4，并使之飛行到預(yù)定的起始作業(yè)位置；通過頂部能源站2內(nèi)部的系統(tǒng)控制站2-4開啟清洗作業(yè)裝置4-4，開始對預(yù)定作業(yè)面進(jìn)行清洗；

⑥通過頂面能源站2內(nèi)部的卷揚(yáng)機(jī)2-3的收、放，調(diào)整柔性拖鏈3-1下放的長度，以使飛行作業(yè)平臺4在不同高度上進(jìn)行作業(yè)；

⑦通過頂面自行走裝置1內(nèi)的自行走小車1-1向前、向后行走，調(diào)整懸臂吊1-2的向前、向后位置，實(shí)現(xiàn)飛行作業(yè)平臺4在不同前、后的作業(yè)面上進(jìn)行作業(yè)；

⑧清洗作業(yè)完成后，通過頂部能源站2內(nèi)部的系統(tǒng)控制站2-4控制飛行作業(yè)平臺4作上升飛行，頂部能源站2內(nèi)的卷揚(yáng)機(jī)2-3同步回收臍帶，實(shí)現(xiàn)飛行作業(yè)平臺4和柔性拖鏈3-1同步上升，并將飛行作業(yè)平臺4回收至建筑物頂面。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明的內(nèi)容所作的等效配置或等效方法變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。