本發明涉及一種飛行機器人，特別是涉及一種具有清潔墻面能力的飛控移動機器人，應用于自動清潔機器人技術領域。

背景技術：

目前開發的用于清潔室內外墻壁的清潔機器人的關鍵技術有：機器人吸附技術，機器人移動技術和清洗技術等。

清潔技術是通過刷子與墻面的的機械摩擦清掃污垢和吸塵風扇的吸塵作用，適用于清潔室內墻面的表面去污。三種典型的清洗器：條刷、盤刷和滾刷，條刷具有結構緊湊單間，經過反復多次清洗才能滿足要求，所以清洗效率較低。盤刷的刷毛呈環狀布置，中心部分沒有刷毛，工作區域為圓形。滾刷的清洗能力好，可以通過與前面的機械摩擦清掃污垢。

與地面移動機器人不同，壁面清潔機器人面臨的主要問題是如何在保證機器人能在壁面上進行相關作業的前提下使機器人能夠穩定的吸附在壁面上并能夠實現壁面間的轉換。目前比較成熟的清潔機器人的吸附方式主要有包括：真空吸附、負壓吸附和機械硬接觸吸附。

目前應用最多的方式的是機械硬接觸吸附，此類機器人一般用于室外高樓玻璃幕墻的清潔，需要預先鋪設導軌，體積大，效率較低。真空吸附一般為吸盤吸附，意大利熱亞那大學研制了“gecko”系列室內清潔機器人，適合于醫院室內壁面的清潔，兩個正交的吸盤交替吸附實現機器人從左到右水平移動噴嘴則根據傳感器所檢測到的墻面污漬的面積而噴出適當的消毒液體。申請號為201010150376.2的中國專利公開了一種負壓吸附的室內墻壁清潔機器人，通過抽氣風扇高速旋轉抽吸空氣，在空腔中形成真空，利用負壓原理是機器人吸附于壁面。

而目前這幾類室內清潔機器人都無法在保證墻壁清潔作業的前提下進行面面轉換，清潔效率也因此降低。

技術實現要素：

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種可變姿飛行的清潔機器人，采用涵道式變姿飛行控制系統，能以高效、經濟的方式提供垂直動力和水平動力，本發明飛行機器人能通過垂直飛行和水平飛行完成在不同壁面之間轉換，能夠清潔粉刷墻壁和天花板的灰塵，并且能在墻壁上靈活移動和轉彎，機器人可以穩定依附在不同材質壁面上，以適應不同的工作環境和要求。

為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案：

一種可變姿飛行的清潔機器人，包括飛行單元、起降裝置和清潔單元，飛行單元采用涵道式變姿飛行裝置，主要由具有短筒式結構的涵道外殼和涵道風扇組成飛行動力系統，沿著在涵道外殼的內腔中心軸向設置固定間接的上中心體和下中心體，上中心體還通過支撐架與涵道外殼固定相連，涵道風扇的轉軸也沿著在涵道外殼的內腔中心軸向設置，涵道風扇以上中心體的中心軸為轉軸進行轉動，電機安裝在上中心體內，并與涵道風扇的轉軸相連接，通過主控裝置控制電機，來驅動涵道風扇進行轉動，下中心體主要通過固定片來與涵道外殼固定連接，在固定片的尾部活動連接安裝能調整擺動角度的導向片，在下中心體內還安裝舵機，通過主控裝置控制舵機，來驅動導向片進行轉動，從而操縱導向片的偏轉，通過調整導向片的擺動角度來控制整體機器人的俯仰、橫滾和偏航變姿動作，使機器人實現垂直飛行、水平飛行和懸停，起降裝置安裝在涵道外殼的底端，沿著涵道外殼的筒形外側壁面上，還對稱安裝至少兩套清潔單元，每套清潔單元皆由清潔裝置外殼、除塵滾刷、滾刷電機、吸塵風扇、風扇支架、風扇電機、除塵室以及過濾網組成，清潔裝置外殼固定安裝在涵道外殼上，在涵道外殼內部形成管道式的除塵室，在清潔裝置外殼內固定安裝滾刷電機，除塵滾刷安裝在滾刷軸上，并設置于除塵室的前端，形成灰塵收集部，通過主控裝置控制滾刷電機，滾刷電機通過驅動滾刷軸來控制除塵滾刷對清潔部位進行清掃，吸塵風扇也安裝在清潔裝置外殼內，并位于除塵室的后半段區域內，吸塵風扇通過風扇支架在清潔裝置外殼內進行定位安裝，風扇支架的兩端固定連接在清潔裝置外殼上，風扇電機設置在清潔裝置外殼內，通過主控裝置控制風扇電機與滾刷電機時轉動，驅動吸塵風扇將除塵滾刷清掃的灰塵吸入除塵室，并輸送到除塵室的尾部，過濾網設置在除塵室的末端，從吸塵風扇的出風側輸出的夾雜著灰塵的空氣到達過濾網時，經濾塵網將灰塵擋在除塵室內，并使干凈的空氣經過濾塵網排到外界。

作為本發明的一種優選的技術方案，清潔單元包括兩套，分別安裝在涵道外殼上，在涵道外殼表面上對稱設置。

作為本發明的另一種優選的技術方案，清潔單元包括3套，分別安裝在涵道外殼上，在涵道外殼表面上對稱設置，任意相鄰的兩套清潔單元的在涵道外殼外表面上的距離相等。

上述過濾網優選能夠進行獨立更換。

作為上述方案的一種進一步優選的技術方案，下中心體通過4片固定片來與涵道外殼固定連接，4片固定片以下中心體為中心形成十字形結構設置，即每片固定片的兩端皆分別連接下中心體和涵道外殼，在每片固定片的尾部分別獨立安裝能調整擺動角度的導向片，每個導向片由對應的舵機來驅動偏轉。

作為上述方案的另一種進一步優選的技術方案，下中心體通過8片固定片來與涵道外殼固定連接，8片固定片形成井字形結構設置，組成4組由兩片相鄰且平行的固定片組成的固定連接體，以下中心體作為井字形結構的中央部分，即每片固定片的兩端皆分別連接下中心體和涵道外殼，在每片固定片的尾部分別獨立安裝能調整擺動角度的導向片，并由不同的舵機來驅動每個導向片的偏轉角度。

作為上述方案的進一步優選的技術方案，在相互平行的同一組的兩片固定片的尾部活動連接安裝兩片平行設置的導向片，形成由兩片平行設置的導向片組成的一個活動導向翼片組合體，在同一個活動導向翼片組合體中，采用兩端帶有鉸鏈連接部的連接桿，作為牽引拉桿或推力支撐桿，將相互平行的兩片導向片活動連接在一起，使相互平行的兩片導向片及其連接桿與下中心體一起構成雙搖桿式的四連桿機構，采用一個舵機驅動其中任意一片導向片，即可同時牽引另一片導向片，使兩片導向片進行相同偏轉角度的擺動，從而改變涵道外殼的內腔風場的邊界形態。

作為上述方案的進一步優選的技術方案，在下中心體內安裝傳感器、壓電陀螺儀和加速計，通過各傳感器實時監測到飛行機器人的飛行姿態，所測飛行數據提供給主控裝置，用于飛行機器人的飛行控制。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點：

1.本發明飛行機器人通過涵道式變姿飛行結構實現機器人的上升、前進和懸停的動作，可以完成任意角度相接的兩不同壁面之間的轉換，可以懸停依附在任意墻面上并在墻面上移動，擴大了機器人在室內的活動范圍；

2.本發明機器人通過涵道內旋翼的旋轉為飛行機器人提供起飛的升力，通過對導向片的控制，操縱飛行機器人的飛行姿態，變姿飛行到水平或垂直狀態后，旋翼能夠為飛行機器人的飛行提供前進的動力；

3.本發明機器人懸停依附在墻面上并進行水平方向的移動，通過滾刷和吸塵風扇將墻壁上的灰塵清理干凈，清潔能力強，集塵效果好，可全面清潔整個墻面。

附圖說明

圖1為本發明實施例一可變姿飛行的清潔機器人的結構示意圖。

圖2為本發明實施例一可變姿飛行的清潔機器人的前端結構示意圖。

圖3為本發明實施例一可變姿飛行的清潔機器人的后端結構示意圖。。

圖4為本發明實施例一的上中心體的結構示意圖。

圖5為本發明實施例一的下中心體的結構示意圖。

圖6為本發明實施例一的清潔單元的結構示意圖。

圖7為本發明實施例一的清潔單元的輪廓結構示意圖。

具體實施方式

本發明的優選實施例詳述如下：

實施例一：

在本實施例中，參見圖1～7，一種可變姿飛行的清潔機器人，包括飛行單元、起降裝置4和清潔單元，飛行單元采用涵道式變姿飛行裝置，主要由具有短筒式結構的涵道外殼8和涵道風扇3組成飛行動力系統，沿著在涵道外殼8的內腔中心軸向設置固定間接的上中心體1和下中心體5，上中心體1還通過支撐架9與涵道外殼8固定相連，涵道風扇3的轉軸也沿著在涵道外殼8的內腔中心軸向設置，涵道風扇3以上中心體1的中心軸為轉軸進行轉動，電機7安裝在上中心體1內，并與涵道風扇3的轉軸相連接，通過主控裝置控制電機7，來驅動涵道風扇3進行轉動，下中心體5主要通過固定片2來與涵道外殼8固定連接，在固定片2的尾部活動連接安裝能調整擺動角度的導向片6，在下中心體5內還安裝舵機，通過主控裝置控制舵機，來驅動導向片6進行轉動，從而操縱導向片的偏轉，通過調整導向片6的擺動角度來控制整體機器人的俯仰、橫滾和偏航變姿動作，使機器人實現垂直飛行、水平飛行和懸停，在下中心體5內安裝傳感器、壓電陀螺儀和加速計，通過各傳感器實時監測到飛行機器人的飛行姿態，所測飛行數據提供給主控裝置，用于飛行機器人的飛行控制，起降裝置4安裝在涵道外殼8的底端，沿著涵道外殼8的筒形外側壁面上，還對稱安裝至少兩套清潔單元，每套清潔單元皆由清潔裝置外殼11、除塵滾刷12、滾刷電機13、吸塵風扇14、風扇支架15、風扇電機16、除塵室10以及過濾網17組成，清潔裝置外殼11固定安裝在涵道外殼8上，在涵道外殼8內部形成管道式的除塵室10，在清潔裝置外殼11內固定安裝滾刷電機13，除塵滾刷12安裝在滾刷軸上，并設置于除塵室10的前端，形成灰塵收集部，通過主控裝置控制滾刷電機13，滾刷電機13通過驅動滾刷軸來控制除塵滾刷12對清潔部位進行清掃，吸塵風扇14也安裝在清潔裝置外殼11內，并位于除塵室10的后半段區域內，吸塵風扇14通過風扇支架15在清潔裝置外殼11內進行定位安裝，風扇支架15的一端固定連接在清潔裝置外殼11上，風扇電機16設置在清潔裝置外殼11內，通過主控裝置控制風扇電機16與滾刷電機13同時轉動，驅動吸塵風扇14將除塵滾刷12清掃的灰塵吸入除塵室10，并輸送到除塵室10的尾部，過濾網17設置在除塵室10的末端，從吸塵風扇14的出風側輸出的夾雜著灰塵的空氣到達過濾網17時，經濾塵網17將灰塵擋在除塵室10內，并使干凈的空氣經過濾塵網17排到外界。

在本實施例中，參見圖1～3、圖6和圖7，清潔單元包括兩套，分別安裝在涵道外殼8上，在涵道外殼8表面上對稱設置。

在本實施例中，參見圖6，過濾網17能夠進行獨立更換。

在本實施例中，參見圖1～3和圖5，下中心體5通過8片固定片2來與涵道外殼8固定連接，8片固定片2形成井字形結構設置，組成4組由兩片相鄰且平行的固定片2組成的固定連接體，以下中心體5作為井字形結構的中央部分，即每片固定片2的兩端皆分別連接下中心體5和涵道外殼8，在每片固定片2的尾部分別獨立安裝能調整擺動角度的導向片6，并由不同的舵機來驅動每個導向片6的偏轉角度。

在本實施例中，參見圖1～3和圖5，在相互平行的同一組的兩片固定片2的尾部活動連接安裝兩片平行設置的導向片6，形成由兩片平行設置的導向片6組成的一個活動導向翼片組合體，在同一個活動導向翼片組合體中，采用兩端帶有鉸鏈連接部的連接桿，作為牽引拉桿或推力支撐桿，將相互平行的兩片導向片6活動連接在一起，使相互平行的兩片導向片6及其連接桿與下中心體5一起構成雙搖桿式的四連桿機構，采用一個舵機驅動其中任意一片導向片6，即可同時牽引另一片導向片6，使兩片導向片6進行相同偏轉角度的擺動，從而改變涵道外殼8的內腔風場的邊界形態。

在本實施例中，參見圖1～7，具有變姿飛行能力的室內墻壁清潔機器人為對稱平面結構，涵道式變姿飛行裝置的總體結構主要包括涵道風扇3、上中心體1、下中心體5、固定片2、導向片6和起降裝置4各部分。電機7直接與涵道風扇3相連，通過涵道內的涵道風扇3的旋轉為飛行機器人提供升力，固定片2為飛行機器人提供平衡旋翼扭矩的反扭矩，通過對導向片6的控制，操縱機器人的飛行姿態，變姿到水平飛行狀態后，旋翼能夠為飛行機器人的飛行提供前進的動力。如圖4所示，涵道式變姿飛行機器人的上中心體1也為圓柱形，其內安裝電機7，是涵道式變姿飛行機器人的動力部分。上中心體1通過支撐架9與涵道外殼8相連，涵道風扇3的旋轉通過安裝在上中心體1內的電機7帶動。在下中心體5內安裝傳感器、壓電陀螺儀和加速計，通過這些傳感器和儀表能實時監測到飛行機器人的飛行姿態，所測的飛行數據能用于飛行機器人的飛行控制。下中心體5主要通過固定片2來與涵道外殼8相連接，共有8片，分成4組安裝，固定片2尾部安裝導向片6，導向片6分為4組，每組導向片6由一個舵機驅動，舵機安裝在下中心體5內。舵機驅動其中的一個導向片6，帶動另外一個導向片6轉動，從而操縱導向片6的偏轉。飛行機器人的俯仰、橫滾和偏航等就是通過導向片6的偏轉來控制，從而實現面面轉換的能力。

在本實施例中，參見圖1～3、圖6和圖7，飛行機器人包括2組清潔裝置，分別安裝在機身前后兩側，用于擦除灰塵的除塵滾刷12與用于吸塵的吸塵風扇14結合工作，吸塵風扇14與除塵滾刷12同時轉動，擦除壁面上附著的灰塵?；覊m脫離墻面后，由吸塵風扇14吸走，進去除塵室10內，再經過濾網17將灰塵擋在除塵室10內，干凈的空氣再經過過濾網17排到外界。本實施例在清潔機構設計時充分考慮機器人的質量分布，采用對稱結構，使機器人能靈活的飛行并移動。

本發明在工作時，由電機7帶動涵道風扇3產生升力，當發動機飛到天花板的高度時，通過控制涵道風扇3轉速的變化改變涵道風扇3運轉所產生的拉力或推力，使飛行機器人依附于墻體表面，舵機驅動導向片6轉動，使飛行機器人依附于墻面水平運動從而進行清潔工作；當飛行機器人進行面面轉換時，只需控制導向片6，使飛行機器人另一側上安裝的清潔裝置依附于需要過渡的墻面完成清潔工作；清潔天花板時，飛行機器人通過涵道風扇3和導向片6的控制俯仰旋轉至水平狀態，完成天花板的清潔。

本發明具有可變姿飛行能力的清潔機器人，利用無刷電機帶動涵道風扇3轉動將機器人殼體內部的空氣抽出，并通過導向片6的偏轉來控制機器人的俯仰、橫滾和偏航等，使機器人可實現垂直飛行、水平飛行和懸停，從而達到面面轉換的能力。本實施例飛行機器人通過完成在不同壁面之間轉換，能夠清潔粉刷墻壁和天花板的灰塵，并且可以穩定懸停在壁面上并在墻壁上靈活移動和轉彎，以適應不同的工作環境和要求。

實施例二：

本實施例與實施例一基本相同，特別之處在于：

在本實施例中，清潔單元包括3套，分別安裝在涵道外殼8上，在涵道外殼8表面上對稱設置，任意相鄰的兩套清潔單元的在涵道外殼8外表面上的距離相等，及以。本實施例飛行機器人以上中心體1或下中心體5的軸線為對稱軸，在垂直于對稱軸的平面上，以彼此為120度的角度進行設置，方便本實施例飛行機器人通過完成在不同壁面之間轉換時，切換和選擇使用清潔單元進行靈活的墻壁清潔工作。

實施例三：

本實施例與前述實施例基本相同，特別之處在于：

在本實施例中，下中心體5通過4片固定片2來與涵道外殼8固定連接，4片固定片2以下中心體5為中心形成十字形結構設置，即每片固定片2的兩端皆分別連接下中心體5和涵道外殼8，在每片固定片2的尾部分別獨立安裝能調整擺動角度的導向片6，每個導向片6由對應的舵機來驅動偏轉。本實施例采用4片固定片2的控制來調整飛行機器人的飛行姿態，結構和控制方式更為簡單，完全能夠適應大部分墻壁的清潔工作，簡化機械結構，節省制造成本。

上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限于上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合或簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明可變姿飛行的清潔機器人的技術原理和發明構思，都屬于本發明的保護范圍。