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专利名称：用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机及施工方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202211038713.8

专利申请（专利权）人：中震科建(广东)防灾减灾研究院有限公司,黄山学院
权利人地址：广东省韶关市武江区莞韶城一期黄沙坪创新园第6栋

专利发明（设计）人：王翔鹰,赵常华,李倩倩,王自法

专利摘要：本发明公开了用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机及施工方法，包括内置第一电源、控制盒、第二电源、支撑组件、固定件、摄像头本体、固定杆、连接球头、缓冲垫、支撑抓脚、辅助支撑脚、废瓦盒、放置架、叶轮杆、旋翼电机、机体旋翼、顶台、连接柱、固定螺栓、安装台、机械臂本体和液压夹取爪，第一电源、控制盒及第二电源依次固定安装在支撑组件中的方形框架上，本发明利用支撑抓脚和缓冲垫对无人机进行支撑，防止无人机从屋顶滑落，使摄像头本体将屋顶情况反馈到工作人员的操作端中，并利用机械臂本体和液压夹取爪完成瓦片更换过程，无需人工爬上屋顶进行更换，减轻工作人员的劳动强度，同时避免工人从屋顶跌落，消除人工换瓦的安全隐患。

主权利要求：
1.用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机，包括第一电源（101）、控制盒（102）、第二电源（103）、支撑组件（2）、固定件（3）、摄像头本体（4）、固定杆（5）、连接球头（6）、缓冲垫（7）、支撑抓脚（8）、辅助支撑脚（81）、废瓦盒（9）、放置架（10）、叶轮杆（11）、旋翼电机（12）、机体旋翼（13）、顶台（14）、连接柱（15）、固定螺栓（16）、安装台（17）、机械臂本体（18）、液压夹取爪（19）及控制系统，其特征在于：所述第一电源（101）、控制盒（102）及第二电源（103）依次固定安装在支撑组件（2）中的方形框架（201）上，且所述支撑组件（2）由方形框架（201）、连接架（202）、支撑杆（203）、伸缩杆（204）、T型管（205）、第一安装杆（206）、滑移导轨（207）和第二安装杆（208）组成，方形框架（201）上对称设置有固定件（3），且固定件（3）的一侧对称设置有摄像头本体（4），所述方形框架（201）的四角均设置有第一安装杆（206），且第一安装杆（206）之间设置有滑移导轨（207），方形框架（201）的底部设置有连接架（202），且连接架（202）的底部设置有支撑杆（203），支撑杆（203）的顶部分别设置有废瓦盒（9）和放置架（10），所述支撑杆（203）上对称设置有固定杆（5），且固定杆（5）的底端设置有连接球头（6），连接球头（6）配合连接在缓冲垫（7）顶部对称开设的球形槽中，支撑杆（203）的两端滑动连接有伸缩杆（204），且伸缩杆（204）的一端套接有T型管（205），且T型管（205）的底端套接有支撑抓脚（8），所述滑移导轨（207）上滑动连接有顶台（14），且顶台（14）底部开设的凹槽中套接有连接柱（15），连接柱（15）顶部开设的螺纹孔中配合连接有固定螺栓（16），且顶台（14）与固定螺栓（16）的连接处开设有通孔，所述连接柱（15）的底部设置有安装台（17），且滑移导轨（207）与安装台（17）的内壁相互贴合，安装台（17）的底部开设的凹槽中嵌入安装有旋转电机，且旋转电机的输出端固定连接有机械臂本体（18），机械臂本体（18）的手臂部设置有第二摄像头（181），机械臂本体（18）的底端设置有液压夹取爪（19）。
2.根据权利要求1所述的用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机，其特征在于：所述
第一安装杆（206）上开设的螺纹孔中配合连接有叶轮杆（11），且叶轮杆（11）的一端设置有旋翼电机（12），旋翼电机（12）的输出端设置有机体旋翼（13）。
3.根据权利要求2所述的用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机，其特征在于：所述
叶轮杆（11）设置为2?8个。
4.根据权利要求2所述的用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机，其特征在于：所述
机体旋翼（13）设置为2?8个。
5.根据权利要求1所述的用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机，其特征在于：所述
滑移导轨（207）包括第一杆件（2071）及第二杆件（2072），所述第一杆件（2071）及第二杆件（2072）设置为不同尺寸。
6.一种根据权利要求1所述用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机的施工方法，包
括以下步骤：步骤一，情况勘测；步骤二，设备改装；步骤三，屋顶降落；步骤四，操控换瓦；步骤五，脱离处理；其特征在于：
其中上述步骤一中，首先将支撑杆（203）上的废瓦盒（9）和放置架（10）清空，再由旋翼电机（12）带动机体旋翼（13）转动，进而带动空载的无人机起飞，随后由工作人员操控无人机飞到屋顶的上空，利用安装在固定件（3）上的摄像头本体（4）来勘测屋顶瓦片的破碎情况，然后勘测结束后操控无人机降落；
其中上述步骤二中，工作人员根据勘测的瓦片破碎情况，调整机体旋翼（13）和机械臂
本体（18）的数量，并根据需要选择支撑抓脚（8）的类型，随后将需要更换的新瓦片放置在支撑杆（203）上的放置架（10）上；
其中上述步骤三中，由旋翼电机（12）带动机体旋翼（13）转动，进而带动无人机起飞，随后由工作人员操控无人机飞到屋顶的上空，接着将无人机降落到换瓦的位置，同时通过支撑抓脚（8）和缓冲垫（7）对无人机进行支撑，防止无人机滑落；
其中上述步骤四中，工作人员通过安装在固定件（3）上的摄像头本体（4）来观察瓦片所处环境，随后操作机械臂本体（18）和液压夹取爪（19），液压夹取爪（19）自动调整到夹取瓦片的高度，将碎瓦片放置在废瓦盒（9）中，之后继续操作机械臂本体（18）和液压夹取爪（19），将放置架（10）上的新瓦片放置在原先碎瓦的位置上，完成瓦片的更换；
其中上述步骤五中，由旋翼电机（12）带动机体旋翼（13）转动，进而带动无人机起飞脱离屋顶，随后由工作人员操控无人机降落，然后对废瓦盒（9）中的碎瓦片进行收集处理。 说明书 : 用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机及施工方法技术领域[0001] 本发明涉及无人机更换瓦片技术领域，具体为用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机及施工方法。背景技术[0002] 中国传统建筑的屋顶建造有自己独特的方式，一般通过瓦片层层堆叠的形式进行覆盖，瓦有很多种，按照瓦的材质分，瓦分青瓦、琉璃瓦，竹瓦、金瓦等，其中青瓦是指不上釉的青灰色的瓦,它是瓦件中最为普遍的一种瓦,在清代北方官式建筑中也称为布瓦(片瓦)，青瓦是用泥土烧制成的,具体制作时先用泥土加入清水做成泥浆,然后再制成圆形的陶坯,再把坯筒剖成两部分,入窑烧制,这就制成了青瓦。青瓦分为板瓦和筒瓦，其中板瓦也称作酝瓦,早期西周时代的板瓦尺度相对来说较大,一般规定长56厘米,宽28厘米。而到了清代,板瓦逐渐缩小到长约20厘米,宽约18厘米，但是瓦片的更换需要人工爬上屋顶进行手工更换，增大了工作人员的劳动强度，且在换瓦的过程中工作人员存在跌落风险，存在一定的安全隐患，因此设计用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机及施工方法是很有必要的。发明内容[0003] 本发明的目的在于提供用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机及施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。[0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机，包括第一电源、控制盒、第二电源、支撑组件、固定件、摄像头本体、固定杆、连接球头、缓冲垫、支撑抓脚、辅助支撑脚、废瓦盒、放置架、叶轮杆、旋翼电机、机体旋翼、顶台、连接柱、固定螺栓、安装台、机械臂本体、液压夹取爪及控制系统，所述第一电源、控制盒及第二电源依次固定安装在支撑组件中的方形框架上，且所述支撑组件由方形框架、连接架、支撑杆、伸缩杆、T型管、第一安装杆、滑移导轨和第二安装杆组成，方形框架上对称设置有固定件，且固定件的一侧对称设置有摄像头本体。[0005] 优选的，所述方形框架的四角均设置有第一安装杆，且第一安装杆之间设置有滑移导轨，方形框架的底部设置有连接架，且连接架的底部设置有支撑杆，支撑杆的顶部分别设置有废瓦盒和放置架。[0006] 优选的，所述支撑杆上对称设置有固定杆，且固定杆的底端设置有连接球头，连接球头配合连接在缓冲垫顶部对称开设的球形槽中，支撑杆的两端滑动连接有伸缩杆，且伸缩杆的一端套接有T型管，且T型管的底端套接有支撑抓脚。[0007] 优选的，所述第一安装杆上开设的螺纹孔中配合连接有叶轮杆，且叶轮杆的一端设置有旋翼电机，旋翼电机的输出端设置有机体旋翼。[0008] 优选的，所述叶轮杆可选择地设置为2?8个。[0009] 优选的，所述机体旋翼可选择地设置为2?8个。[0010] 优选的，所述滑移导轨上滑动连接有顶台，且顶台底部开设的凹槽中套接有连接柱，连接柱顶部开设的螺纹孔中配合连接有固定螺栓，且顶台与固定螺栓的连接处开设有通孔。[0011] 优选的，所述连接柱的底部设置有安装台，且滑移导轨与安装台的内壁相互贴合，安装台的底部开设的凹槽中嵌入安装有旋转电机，且旋转电机的输出端固定连接有机械臂本体，机械臂本体的手臂部设置有第二摄像头，机械臂本体的底端设置有液压夹取爪。[0012] 优选的，所述滑移导轨包括第一杆件及第二杆件，所述第一杆件及第二杆件设置为不同尺寸。[0013] 用于更换传统建筑屋顶瓦片的施工方法，包括以下步骤：步骤一，情况勘测；步骤二，设备改装；步骤三，屋顶降落；步骤四，操控换瓦；步骤五，脱离处理；[0014] 其中上述步骤一中，首先将支撑杆上的废瓦盒和放置架清空，再由旋翼电机带动机体旋翼转动，进而带动空载的无人机起飞，随后有工作人员操控无人机飞到屋顶的上空，利用安装在固定件上的摄像头本体来勘测屋顶瓦片的破碎情况，然后勘测结束后操控无人机降落；[0015] 其中上述步骤二中，工作人员根据勘测的瓦片破碎情况，调整机体旋翼和机械臂本体的数量，并根据需要选择支撑抓脚的类型，随后将需要更换的新瓦片放置在支撑杆上的放置架上；[0016] 其中上述步骤三中，由旋翼电机带动机体旋翼转动，进而带动无人机起飞，随后由工作人员操控无人机飞到屋顶的上空，接着将无人机降落到换瓦的位置，同时通过支撑抓脚和缓冲垫对无人机进行支撑，防止无人机滑落；[0017] 其中上述步骤四中，工作人员通过安装在固定件上的摄像头本体来观察瓦片所处环境，随后操作机械臂本体和液压夹取爪，液压夹取爪自动调整到夹取瓦片的高度，将碎瓦片放置在废瓦盒中，之后继续操作机械臂本体和液压夹取爪将放置架上的新瓦片放置在原先碎瓦的位置上，完成瓦片的更换；[0018] 其中上述步骤五中，由旋翼电机带动机体旋翼转动，进而带动无人机起飞脱离屋顶，随后由工作人员操控无人机降落，然后对废瓦盒中的碎瓦片进行收集处理。[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：该用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机及施工方法，利用设置的支撑抓脚和缓冲垫对无人机的机体进行支撑，防止无人机从屋顶滑落，同时通过设置的摄像头本体将屋顶情况反馈到工作人员的操作端中，之后利用机械臂本体和液压夹取爪的相互配合将屋顶上的碎瓦放置在废瓦盒中，并将放置架上的新瓦片换上，完成瓦片更换的过程，无需人工爬上屋顶进行更换，减轻了工作人员的劳动强度，同时避免工人从屋顶跌落，消除了安全隐患。附图说明[0020] 图1为本发明用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机之立体结构示意图；[0021] 图2为图1中A处的放大示意图；[0022] 图3为图1中B处的放大示意图；[0023] 图4为本发明用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机之爆炸示意图；[0024] 图5为图4中C处的放大示意图；[0025] 图6为图4中D处的放大示意图；[0026] 图7为图4中E处的放大示意图；[0027] 图8为本发明用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机之固定螺栓的立体结构示意图；[0028] 图9为本发明用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机之施工方法的示意图；[0029] 图中：101、第一电源；102、控制盒；103、第二电源；2、支撑组件；3、固定件；4、摄像头本体；5、固定杆；6、连接球头；7、缓冲垫；8、支撑抓脚；81、辅助支撑脚；9、废瓦盒；10、放置架；11、叶轮杆；12、旋翼电机；13、机体旋翼；14、顶台；15、连接柱；16、固定螺栓；17、安装台；18、机械臂本体；181、第二摄像头；19、液压夹取爪；201、方形框架；202、连接架；203、支撑杆；204、伸缩杆；205、T型管；206、第一安装杆；207、滑移导轨；208、第二安装杆；2071、第一杆件；2072、第二杆件。具体实施方式[0030] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0031] 请参阅图1?6，本发明提供的一种实施例：用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机，包括第一电源101、控制盒102、第二电源103、支撑组件2、固定件3、摄像头本体4、固定杆5、连接球头6、缓冲垫7、支撑抓脚8、辅助支撑脚81、废瓦盒9、放置架10、叶轮杆11、旋翼电机12、机体旋翼13、顶台14、连接柱15、固定螺栓16、安装台17、机械臂本体18、液压夹取爪19及控制系统，第一电源101、控制盒102及第二电源103依次固定安装在支撑组件2中的方形框架201上，且支撑组件2由方形框架201、连接架202、支撑杆203、伸缩杆204、T型管205、第一安装杆206、滑移导轨207和第二安装杆208组成，所述辅助支撑脚81固定设置于第二安装杆208下侧，所述辅助支撑脚81设置为仿瓦片形状，其外形弧度与瓦片外形弧度相同，帮助提高整体辅助支撑脚81与上层瓦片表面的接触面积,使用时，可以较好的贴合瓦片，方形框架201上对称设置有固定件3，且固定件3的一侧对称设置有摄像头本体4，方形框架201的四角均设置有第一安装杆206，且第一安装杆206之间设置有滑移导轨207，方形框架201的底部设置有连接架202，且连接架202的底部设置有支撑杆203，支撑杆203的顶部分别设置有废瓦盒9和放置架10，支撑杆203上对称设置有固定杆5，且固定杆5的底端设置有连接球头6，连接球头6配合连接在缓冲垫7顶部对称开设的球形槽中，当该用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机在瓦片上进行作业的时，连接球头6可对7与5之间的角度进行微调，从而确保机身在飞行时保持稳定，及在屋顶时的整体平衡，支撑杆203的两端滑动连接有伸缩杆204，且伸缩杆204的一端套接有T型管205，且T型管205的底端套接有支撑抓脚8，支撑抓脚8用于站立在筒瓦或者上层板瓦上来，可以通过收缩自动改变其夹脚的扩张大。词视Σ煌笮〉奈荻ネ咂窗镏С，其夹取部位的前端通过橡胶材质提高摩擦力并减小其硬度对瓦片的损害来确保站立的稳定性，第一安装杆206上开设的螺纹孔中配合连接有叶轮杆11，且叶轮杆11的一端设置有旋翼电机12，旋翼电机12的输出端设置有机体旋翼13，滑移导轨207上滑动连接有顶台14，且顶台14底部开设的凹槽中套接有连接柱15，连接柱15顶部开设的螺纹孔中配合连接有固定螺栓16，且顶台14与固定螺栓16的连接处开设有通孔，连接柱15的底部设置有安装台17，且滑移导轨207与安装台17的内壁相互贴合，安装台17的底部开设的凹槽中嵌入安装有旋转电机，且旋转电机的输出端固定连接有机械臂本体18，机械臂本体18的手臂部设置有第二摄像头181，第二摄像头181用于对该用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机，在进行作业时近距离精细化的实时影像传输；弥补进行作业时摄像头本体4的盲区，机械臂本体18的底端设置有液压夹取爪19，液压夹取爪19的夹取部位赋有橡胶材质来保护瓦片，控制系统内置自动校正机器平衡系统，可以保持该用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机的整体平衡。[0032] 其中，上述叶轮杆11的数量，可根据实际使用需求，通过安装或拆卸的方式将其设置为2个。[0033] 其中，上述叶轮杆11的数量，可根据实际使用需求，通过安装或拆卸的方式将其设置为4个。[0034] 其中，上述叶轮杆11的数量，可根据实际使用需求，通过安装或拆卸的方式将其设置为8个。[0035] 其中，上述机体旋翼13的数量，当所带瓦片的数量较少时，可选择地设置为2个。[0036] 其中，上述机体旋翼13的数量，当所带瓦片的数量适中时，可选择地设置为4个。[0037] 其中，上述机体旋翼13的数量，当所带瓦片的数量较多时，可选择地设置为8个。[0038] 其中，上述机体旋翼13的外形大小为33×9inch。[0039] 其中，上述用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机机身的机架参数为最大轴距3000～3200mm，外形尺寸2965mm×2965mm×790mm。[0040] 其中，上述用于更换传统建筑屋顶瓦片的维修无人机的控制系统，为控制无人机飞行的计算机，其外形尺寸为480×230×250mm。[0041] 其中，上述伸缩杆204，用于调整机械脚臂的长度，其伸缩行程为100mm。[0042] 其中，上述液压夹取爪19，可夹取的长度为120mm，开合范围为50mm。[0043] 其中，上述废瓦盒9的大小设置为780×390×40mm。[0044] 其中，上述放置架10的大小设置为780×390×40mm。[0045] 其中，上述第一杆件(2071)的长度设置为900mm。[0046] 其中，上述第二杆件(2072)的长度设置为730mm。[0047] 请参阅图7，本发明提供的一种实施例：用于更换传统建筑屋顶瓦片的施工方法，包括以下步骤：步骤一，情况勘测；步骤二，设备改装；步骤三，屋顶降落；步骤四，操控换瓦；步骤五，脱离处理；[0048] 其中上述步骤一中，首先将支撑杆203上的废瓦盒9和放置架10清空，再由旋翼电机12带动机体旋翼13转动，进而带动空载的无人机起飞，随后有工作人员操控无人机飞到屋顶的上空，利用安装在固定件3上的摄像头本体4来勘测屋顶瓦片的破碎情况，然后勘测结束后操控无人机降落；[0049] 其中上述步骤二中，工作人员根据勘测的瓦片破碎情况，调整机体旋翼13和机械臂本体18的数量，并根据需要选择支撑抓脚8的类型，随后将需要更换的新瓦片放置在支撑杆203上的放置架10上；[0050] 其中上述步骤三中，由旋翼电机12带动机体旋翼13转动，进而带动无人机起飞，随后由工作人员操控无人机飞到屋顶的上空，接着将无人机降落到换瓦的位置，同时通过支撑抓脚8和缓冲垫7对无人机进行支撑，防止无人机滑落；[0051] 其中上述步骤四中，工作人员通过安装在固定件3上的摄像头本体4来观察瓦片所处环境，随后操作机械臂本体18和液压夹取爪19，液压夹取爪19自动调整到夹取瓦片的高度，将碎瓦片放置在废瓦盒9中，之后继续操作机械臂本体18和液压夹取爪19，将放置架10上的新瓦片放置在原先碎瓦的位置上，完成瓦片的更换；[0052] 其中上述步骤五中，由旋翼电机12带动机体旋翼13转动，进而带动无人机起飞脱离屋顶，随后由工作人员操控无人机降落，然后对废瓦盒9中的碎瓦片进行收集处理。[0053] 基于上述，本发明的优点在于，该发明使用时，利用设置的支撑抓脚8和缓冲垫7对无人机的机体进行支撑，防止无人机从屋顶滑落，同时通过设置的摄像头本体4将屋顶情况反馈到工作人员的操作端中，之后利用机械臂本体18和液压夹取爪19的相互配合将屋顶上的碎瓦放置在废瓦盒9中，并将放置架10上的新瓦片换上，完成瓦片更换的过程，无需人工爬上屋顶进行更换，减轻了工作人员的劳动强度，同时避免工人从屋顶跌落，消除了安全隐患。[0054] 对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

专利地区：广东

专利申请日期：2022-08-29

专利公开日期：2024-11-05

专利公告号：CN115384762B