一种窄脉宽激光除污的擦窗无人机及方法技术

本发明专利技术属于激光除污技术领域，公开了一种窄脉宽激光除污的擦窗无人机及方法，包括四旋翼无人机和激光除污模块，激光除污模块倒置在四旋翼无人机下方，四旋翼无人机包括主体飞控、激光雷达、D

【技术实现步骤摘要】
一种窄脉宽激光除污的擦窗无人机及方法


[0001]本专利技术属于激光除污
，尤其涉及一种窄脉宽激光除污的擦窗无人机及方法。

技术介绍

[0002]随着社会的快速发展，人们对于建筑物的外观不仅仅停留在坚固可靠层面，对美观与视觉享受的追求也变得越来越高，于是玻璃幕墙由于其具有美观、实用、采光好的优势被广泛应用于城市的建筑装修中。玻璃幕墙在一线城市的建筑物，如大型商场、写字楼的使用更是不计其数。与传统外墙不同的是，高空玻璃幕墙更加容易受到污染，例如空气中的灰尘、雾霾、雨渍以及鸟类的排泄物，久而久之，这些污染物就会在玻璃幕墙的表面沉积，极大地影响了建筑物的美观以及透光度，因此需要定期对其进行清洗工作。
[0003]迄今为止，大部分城市中的高空玻璃幕墙仍然需要人工清洗，清洁工人在高空作业时需要利用升降台或吊篮，这种清洗方式虽然效率可观，但是其危险系数不容小觑。因此也出现了很多不同类型的爬壁清洗机器人，这种擦窗机器人一般通过真空吸附或者电磁铁吸附附着在玻璃幕墙上，缓慢移动来完成对整面玻璃外墙的清洗。这种擦窗机器人虽然功能原理简单，但是清洗效率并不高，有些类型还需要通过水管与外置水箱相连，使得其工作范围极为有限，擦完一块玻璃还需要人工移动机器人本体到另一面玻璃幕墙上，适用性较低，并且存在高空坠落的风险。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种窄脉宽激光除污的擦窗无人机及方法，以解决上述的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的一种窄脉宽激光除污的擦窗无人机及方法的具体技术方案如下：本专利技术的一种窄脉宽激光除污的擦窗无人机，包括四旋翼无人机和激光除污模块，所述激光除污模块倒置在四旋翼无人机下方，所述四旋翼无人机包括主体飞控、激光雷达、D
‑
RTK天线、前置深度相机、旋翼、无刷电机、旋翼连杆和起落架，所述D
‑
RTK天线和激光雷达固定安装在主体飞控顶部，所述主体飞控四周通过旋翼连杆连接个4无刷电机旋翼，所述起落架安装在主体飞控下部，所述前置深度相机外伸固定在主体飞控前部；所述激光除污模块包括窄脉宽激光发生器、导光传输装置和激光输出头，所述窄脉宽激光发生器悬挂固定于主体飞控下方，所述激光输出头通过导光传输装置与窄脉宽激光发生器相接。
[0006]进一步的，所述四旋翼无人机包括起落架角度调节器，所述起落架角度调节器安装在主体飞控一侧，与起落架上端连接，通过调节起落架角度调节器可以改变起落架的夹角。
[0007]进一步的，所述D
‑
RTK天线具有两根天线，这是一种载波相位差分技术，利用载波相位实时处理测站点之间观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发送给用户接收
机，进行差分求解达到厘米级的定位精度的坐标值。
[0008]进一步的，所述激光雷达通过测定激光发射器与目标物体之间的传播距离，分析目标物体表面的反射能量大小、反射波谱的幅度、频率和相位信息，从而呈现出目标物精确的三维结构信息。
[0009]进一步的，所述前置深度相机用于对玻璃的大小、形状，以及与玻璃之间的距离进行检测识别，将信息传给主体飞控，所述主体飞控对无人机的位置进行微调使其靠近作业起始点，随后前置深度相机识别玻璃上的污渍，图像信息继续传给主体飞控进行作业规划。
[0010]进一步的，所述窄脉宽激光发生器产生的激光通过导光传输装置进行传输、改变方向，所述导光传输装置与窄脉宽发生器之间转动连接，用于调整俯仰角度，所述激光输出头内部包括光学透镜，所述光学透镜用于对激光束进行聚焦。
[0011]进一步的，所述激光除污模块发射的激光是一种窄脉宽激光，激光脉宽在十几纳秒以内，激光脉冲能量为100mJ~10J，所述激光除污模块利用窄脉宽激光高频率的冲击产生的振动效应来使污渍脱离其附着的介质表面。
[0012]进一步的，所述激光除污模块发射的窄脉宽激光的波长范围调整在红外和紫外波段。
[0013]本专利技术还公开了一种窄脉宽激光除污的擦窗无人机的擦窗方法，包括如下步骤：步骤1：四旋翼无人机在操作人员附近的地面上起飞，在RTK信号的定位下飞至高楼玻璃幕墙附近，此时激光雷达对自身的3m范围内进行扫描，获取周围障碍物的信息，实时反馈给主体飞控对无人机进行辅助控制；步骤2：无人机的前置深度相机开始工作，运用图像技术识别玻璃的边框，信息传给主体飞控进行规划，规划出无人机的工作路径；步骤3：主体飞控调整无人机的位置，使其靠近作业起始点，前置深度相机实时获取与玻璃之间的距离，反馈给主体飞控；步骤4：主体飞控控制窄脉宽激光发生器开始工作，校准激光输出头的焦距，并实时调整输出能量、焦距、工作频率；步骤5：四旋翼无人机在固定时间内悬停在需要作业的位置，此时主体飞控通过控制导光传输装置来改变激光输出头的仰角，在俯仰角能照射到的玻璃范围内进行去污清洗，前置深度相机也会实时识别污渍的清除情况，反馈给主体飞控调整输出功率，确保该范围内的污渍被顺利清除；步骤6：无人机移动到下一个需要激光清洗的玻璃范围，重复进行上述步骤，直至整面玻璃幕墙得到全部清洗，无人机结束工作返回起飞地点。
[0014]本专利技术的一种窄脉宽激光除污的擦窗无人机及方法具有以下优点： 1.本专利技术提出的高楼玻璃激光除污无人机，能够代替清洁工人对城市高楼玻璃幕墙的清洁作业，可以轻易到达不同高度的楼层外玻璃，这些需要清洁的地方对于清洁工人来说可能是很难到达的，并且具有较高的作业风险，进而保障了工人的人身安全。
[0015]2.本专利技术提出的高楼玻璃激光除污无人机，利用搭载的激光除污模块对高楼玻璃幕墙进行高效清洁作业，不需要与作业对象进行直接接触，因此不会存在打碎、刮花玻璃的情况。
[0016] 3.本专利技术提出的高楼玻璃激光除污无人机，不同于常规的激光除污装置利用高
能量激光的烧蚀效应，使污渍受到照射达到高温，从而燃烧分解或者气化，这种烧蚀效应产生的高温有可能使得玻璃受热膨胀而碎裂。本专利技术利用窄脉宽激光的振动效应，使激光与被清洗污渍相互作用产生强烈的振动冲击来清除玻璃表面的污物，安全可靠并且节约能量。
[0017] 4.本专利技术提出的高楼玻璃激光除污无人机，除污效果好，无污染，也不需要各种清洁剂，除污过程中不会使污渍燃烧产生有毒废烟，保护环境的同时也节约了资源。
[0018] 5.本专利技术提出的高楼玻璃激光除污无人机，除污效率高，能耗低，窄脉宽发生器的输出功率大约在1w
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5w，工作效率大约在2
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3m2/min，工作效率与激光输出功率呈正相关，相比传统的擦窗机器人效率大大提高。
附图说明
[0019]图1为本专利技术中的整体结构侧视图。
[0020]图2为本专利技术中的四旋翼无人机结构爆炸示意图。
[0021]图3为本专利技术中的激光除污模块结构爆炸示意图。
[0022]图4为本专利技术激光除污作业的工作流程图。
[0023]附图中，各标号代表的部件列表如下：1、四旋翼无人机；2、激光除污模块；11、激光雷达；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种窄脉宽激光除污的擦窗无人机，包括四旋翼无人机（1）和激光除污模块（2），所述激光除污模块（2）倒置在四旋翼无人机（1）下方，其特征在于，所述四旋翼无人机（1）包括主体飞控（16）、激光雷达（11）、D
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RTK天线（12）、前置深度相机（19）、旋翼（13）、无刷电机（14）、旋翼连杆（17）和起落架（18），所述D
‑
RTK天线（12）和激光雷达（11）固定安装在主体飞控（16）顶部，所述主体飞控（16）四周通过旋翼连杆（17）连接4个无刷电机（14）旋翼（13），所述起落架（18）安装在主体飞控（16）下部，所述前置深度相机（19）外伸固定在主体飞控（16）前部；所述激光除污模块（2）包括窄脉宽激光发生器（21）、导光传输装置（22）和激光输出头（23），所述窄脉宽激光发生器（21）悬挂固定于主体飞控（16）下方，所述激光输出头（23）通过导光传输装置（22）与窄脉宽激光发生器（21）相接。2.根据权利要求1所述的窄脉宽激光除污的擦窗无人机，其特征在于，所述四旋翼无人机（1）包括起落架角度调节器（15），所述起落架角度调节器（15）安装在主体飞控（16）一侧，与起落架（18）上端连接，通过调节起落架角度调节器（15）可以改变起落架（18）的夹角。3.根据权利要求1所述的窄脉宽激光除污的擦窗无人机，其特征在于，所述D
‑
RTK天线（12）具有两根天线，这是一种载波相位差分技术，利用载波相位实时处理测站点之间观测量的差分方法，将基准站采集的载波相位发送给用户接收机，进行差分求解达到厘米级的定位精度的坐标值。4.根据权利要求1所述的窄脉宽激光除污的擦窗无人机，其特征在于，所述激光雷达（11）通过测定激光发射器与目标物体之间的传播距离，分析目标物体表面的反射能量大小、反射波谱的幅度、频率和相位信息，从而呈现出目标物精确的三维结构信息。5.根据权利要求1所述的窄脉宽激光除污的擦窗无人机，其特征在于，所述前置深度相机（19）用于对玻璃的大小、形状，以及与玻璃之间的距离进行检测识别，将信息传给主体飞控（16），所述主体飞控（16）对无人机的位置进行微调使其靠近作业起始点，随后前置深度相机（19）识别玻璃上的污渍，图...

【专利技术属性】
技术研发人员：王进，陈磊杰，张海运，张科文，郑胜锋，陆国栋，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：