CN107811586A - 一种用于幕墙清洗作业的攀壁机 - Google Patents

Abstract

一种适于攀壁作业的攀壁机。该攀壁机上设置有多个存在横向倾斜角度的螺旋桨，多个螺旋桨中存在着不同的横向倾斜方向，通过调节不同倾斜方向的螺旋桨的转速差，可以产生横向推力，从而可以精确控制攀壁机的横向位置。

Description

一种用于幕墙清洗作业的攀壁机

技术领域

本发明涉及机械电子设备。

背景技术

公知的墙壁作业，如幕墙清洗等，尚无成熟的自动化设备以替代人工进行半空作业。而当前公知的墙壁作业设备，需要将人工吊挂在半空以完成作业，这不仅增大了作业成本，而且导致人身安全问题。

为了实现采用自动化设备代替人工实现高空墙壁作业的目的，曾有技术人员在研制攀壁机方面作了大量努力。目前相关的公知技术包括：采用卷扬机（即固定在高处的电机拖动设备）通过线缆对攀壁机进行拖动，实现攀壁机的上下移动，即纵向位置控制；采用螺旋桨产生的风力，使攀壁机稳定地依附在墙壁上；在攀壁机上设置轮子，以实现攀壁机顺利地上下移动。

然而，除了精确的纵向位置控制，精确的横向位置控制，也是攀壁机所必不可少的一项功能。例如，攀壁机作业时通常会遇到横风等外部干扰，在这些干扰的作用下需要保持横向位置的稳定；当完成某一特定区域的作业，需要平移到两侧相邻的区域时，便需要精确的横向位置移动。因此，对于攀壁机的实用化而言，精确的横向位置控制，是需要解决的一个重要的技术问题。

为了实现横向位置控制，首先需要解决的是横向动力问题。通过平移卷扬机带动攀壁机水平移动，难以实现精确移动，这是由于卷扬机与攀壁机间的牵引绳较长，牵引绳自身的晃动会造成攀壁机水平位置的晃动。另外一种做法是在攀壁机上设置旋转面与墙面垂直的螺旋桨，利用该螺旋桨的横向推力，实现攀壁机的横向移动，然而实际应用中，由于该螺旋桨离墙面较远，因此以攀壁机与墙面的接触点为支点，该螺旋桨所产生的推力具有较大的力矩，容易造成攀壁机的横向倾翻，而且造成攀壁机结构过于复杂，因此并不实用。

发明内容

为了为攀壁机的横向移动提供可靠的横向动力，本发明提供了一种螺旋桨旋转面带有倾斜角度的攀壁机，从而可以使攀壁机能够轻易地进行横向位置调整。

本发明提供的攀壁机，主要包括：

攀壁机本体；

安装在所述攀壁机本体上的螺旋桨驱动系统；

安装在所述螺旋桨驱动系统上的螺旋桨；

拖动装置以及连接拖动装置与攀壁机本体的牵引连接结构。

可选地，攀壁机本体主要包括上下两块连接板及固定在上下两块连接板之间的支撑杆。

为了降低重量，可选地，连接板和支撑杆可以采用碳纤维材料制成。可选地，连接板也可以采用铝板。

连接拖动装置与攀壁机本体的牵引连接结构可以是牵引绳，也可以是牵引绳和其他连接结构（如挂钩）的组合。

可选地，拖动装置可以是以电动机作为动力源的电动机拖动装置。

可选地，螺旋桨驱动系统可以是盘形外转子式无刷直流电动机系统，也可以是发动机。螺旋桨驱动系统是电动机时，可以在电动机上设置散热装置。散热装置可以是铝质散热片，散热片通过导热硅胶与电动机的底部或周围外壳相粘合，散热片伸展到四周区域，并通过螺旋桨产生的风来提高散热效果。

电动机拖动装置主要包括电动机驱动系统。在实际工作中，攀壁机本体与电动机拖动装置相连接，电动机拖动装置利用牵引绳对攀壁机本体进行拖动。电动机拖动装置的驱动电机系统可以固定在墙体高处的固定位置处，通过牵引绳与攀壁机本体相连接。

电动机拖动装置上设置有电子调速系统和刹车装置以及减速结构。其中电子调速系统可以通过导线或无线电接收相应调速指令信号，并根据接收到的指令信号对拖动装置的运行速度的大小和方向进行实时调整。刹车装置的作用是防止攀壁机本体坠落以及在攀壁机本体固定不动时，可以利用刹车装置卡住攀壁机，并停止电动机拖动装置中的电动机的运转，以节省电能以及进行电机降温。减速结构可以由一系列齿轮构成，其作用是对电机的输出力矩进行放大。

为了使攀壁机能够附着在墙壁上且能够轻松移动，本发明所提供的攀壁机上设置了支撑轮，支撑轮的转轴位于攀壁机上，支撑轮通过其转轴与攀壁机本体相连。同时为了实现攀壁机移动方向的调整，可以为支撑轮设置转向装置，转向装置可以由电动机和转轴构成。

螺旋桨系统包括螺旋桨和螺旋桨驱动系统。螺旋桨的驱动装置安装在攀壁机本体框架上，而螺旋桨则安装在螺旋桨驱动系统。实际工作中，攀壁机的螺旋桨所产生的推力将攀壁机本体推向墙壁，攀壁机通过其支撑轮的边缘抵在墙壁上，从而使攀壁机本体稳定地附着在墙壁上且能够轻松移动。

为了实现攀壁机的小幅侧向移动，应当使螺旋桨旋转平面具备一种特定的倾斜状态，以产生侧向推力。这种特定的倾斜状态具体是：当攀壁机处于正常工作状态，即挂起并攀附在竖直的墙壁平面上时，螺旋桨的旋转平面的法向量（该向量指向螺旋桨所产生的风的速度方向），在具有垂直于墙壁平面的非零分量的同时，还具有同时与水平面及墙壁平面平行的非零分量。后者，即同时与水平面及墙壁平面平行的螺旋桨旋转平面法向量的非零分量，用于产生推动攀壁机侧向移动的侧向推力。

为了实现对上述螺旋桨所产生侧向推力的调整，可以在攀壁机上设置多个螺旋桨系统，并且这些螺旋桨具有不同的倾斜方向（如附图2所示），从而可以通过调节不同螺旋桨的相对转速调节总侧向推力。

此外，还可以设置螺旋桨旋转平面倾角调节装置，通过调节螺旋桨倾角的大小，来调节侧向推力。在这种情况下，螺旋桨驱动系统通过螺旋桨旋转平面倾角调节装置间接安装在攀壁机本体框架上。所属螺旋桨倾角调节装置主要包括驱动电机以及与驱动电机相连的转轴。所述螺旋桨旋转平面倾角调节装置固定在攀壁机本体框架上，螺旋桨及其驱动系统固定在所述螺旋桨倾角调节装置的转轴上。在所述螺旋桨倾角调节装置的驱动作用下，螺旋桨及其驱动系统绕所述螺旋桨倾角调节装置的转轴旋转，从而实现螺旋桨倾角的调节。

为了稳定地控制攀壁机的侧向移动速度，可以在攀壁机上设置能够感应水平方向加速度大小的传感器，以及相应的电子处理器，用于对攀壁机在水平方向上进行加速度反馈控制。此外，还可以设置位置传感器，以进行位置控制。位置传感器可以是卫星定位系统的终端设备，如差分GPS设备等。

为了配合攀壁机的小幅侧向移动，可以设置带有转向装置的支撑轮。当攀壁机沿水平方向移动时，可以将支撑轮的转动平面调整为位于水平面。

为了提高安全性，可以在螺旋桨周围设置防护框架，并在防护框架上设置防护网。防护框架可以采用铝合金，通过焊接组装而成，也可以采用连接件连接而成。防护框架也可以采用碳纤维管组成。

电动机拖动装置通过牵引绳对攀壁机本体进行牵引，攀壁机本体在该牵引作用下实现上下移动。为了使攀壁机本体能够被平稳拖动，可以采用数字处理器及相应的传感器建立运动控制系统，用于控制电机拖动系统的电动机的运行速度及方向，同时控制支撑轮转向装置的驱动电机以及其他驱动电机的运行。所采用的传感器可以包括：固定在攀壁机本体上的加速度计（用于测量重力信号，判断攀壁机本体是否倾斜）、角速度计或编码器（用于测定支撑轮的转动速度）。

此外，通过水平移动电动机拖动装置，实现攀壁机本体的水平移动。为此，可以将电动机拖动装置固定在小车上，以便于水平移动。

为了便于操作，可以将电机拖动装置和攀壁机上的动力装置（如螺旋桨驱动装置、支撑轮转向装置）由同一个遥控装置进行遥控。该遥控装置可以是地面站、手持式遥控器等。电机拖动装置和攀壁机上与横向移动相关的动力装置可以由遥控器上的同一个摇杆的不同自由度来控制。

为了实现连续工作，本发明所提供的攀壁机本体上的附属设备的供电方式是：采用长导线从固定位置处取电。为此，在攀壁机上设置电源管理装置。电源管理装置具有输入端和输出端，电能从其输入端输入，经过一定的处理（如交流转直流、降压）后，从输出端输出适合于攀壁机本体上的附属设备的电压。为了使电源管理装置的输出电压稳定，电源管理装置的输入端或输出端可以设置滤波电路。

为了实现幕墙清洗，本发明所提供的攀壁机上设置特定的作业工具，作业工具可以包括擦拭器、刮水器（用于擦玻璃等）以及喷头（用于喷射清水进行清洗）。为了确保喷幅，可以采用多个并行排列的喷头。可以在攀壁机上设置电磁阀门，用于控制液体的喷射。当作业工具包括喷头时，可以在作业工具和地面（或其他固定位置，如楼顶）之间连接液体传输管，用于供应所需清水。当液体传输管较长时，可以设置带有夹子的绳索，将管子中间位置夹住并用绳索向上提拉，以避免管子承受过多的自身重量。当作业工具包括刮水器和喷射清水的喷头时，两者之间的相对安装位置应该确保：在正常工作状态下，喷射清水的喷头位于刮水器的下方且两者尽量靠近。其意义是：刮水器可以防止喷头将水喷到上方已清洁过的幕墙区域且刮水器可以利用喷头喷出的水进行清洁。为了进一步防止喷头将水喷到上方已清洁过的幕墙区域，可以设置与刮水器相固接的挡板。具体见附图3。

可以在攀壁机上挂载液体清洁剂容器，其中的清洁剂可以通过专门的微型泵及与之相连的喷头喷洒到擦拭器上，擦拭器可以是由电动机带动的滚动式柱状结构。

当作业工具含有喷水设备时，可以设置防溅装置和集水装置。其中防溅装置可以是高压风枪，通过高压风来阻挡水的飞溅，防溅装置也可以是挡板；集水装置用于收集污水。集水装置可以是下方带有突出物的海绵块，实际应用时，通过使海绵块与墙体接触，将污水吸收，并使污水沿下方的突出物流到特定的容器内。集水装置也可以是能够与墙体充分接触的刚性机械部件。

攀壁机上可以设置作业工具卡位装置，该装置是专门针对带有突出的框状结构的幕墙的清洁的。利用作业工具卡位装置，可以将清洁工具限定在相邻两条框状结构的幕墙范围内。作业工具卡位装置可以是刮水器两端的突出结构。

当墙体上方带有突出部分时，可以为电动机拖动装置设置折叠式支架，以确保攀壁机附着在墙体上。

为了便于作业过程中的遥控，本发明所提供的攀壁机上可以安装摄像头以及无线图传，从而可以对作业过程进行远程实时监控，并通过远程地面站对攀壁机进行远程遥控。

为了实现灵活作业，本发明所提供的攀壁机本体上可以安装机械臂，并将作业工具（擦拭器、刮水器、喷头）固定在机械臂上。

为了降低重量，机械臂可以采用碳纤维材料制成。机械臂上还可以固定摄像头。

以上描述仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本发明的有益效果是：提出了一种适于攀壁作业的攀壁机，该攀壁机上设置有多个存在横向倾斜角度的螺旋桨，多个螺旋桨中存在着不同的横向倾斜方向，通过调节不同倾斜方向的螺旋桨的转速差，可以产生横向推力，从而可以精确控制攀壁机的横向位置。

附图说明

图1是本发明所提供攀壁机的正视图（视线沿水平方向。图中省略了作业工具及其机械臂）。

图2是本发明所提供攀壁机的俯视图（视线沿垂直方向向下。图中省略了作业工具及其机械臂）。

图3是本发明所提供攀壁机的侧视图（视线沿水平方向）。

图中，1. 攀壁机本体，2.支撑杆（包括支撑杆2.1-2.6），3.螺旋桨（包括螺旋桨3.1-3.4），4.螺旋桨驱动电机（包括驱动电机4.1-4.4），5. 支撑轮（包括支撑轮5.1、5.2），6.支撑轮转向装置（包括转向装置6.1、6.2），7.螺旋桨驱动电机安装座（包括安装座7.1-7.4），8.牵引线轱辘，9. 电动机拖动装置驱动电机，10.牵引线，14.机械臂（包括机械臂14.1、14.2），15.刮水器，16.滚动式擦拭器，17.支撑架，18.墙体。

具体实施方式

如图1所示，攀壁机（1）带有四个螺旋桨（3），螺旋桨（3）旋转时产生的水平推力的垂直于墙壁的分量可以使攀壁机（1）稳定地附着于墙壁（18）上。支撑轮（5）的边缘抵在墙壁上（可对照图3），支撑轮（5）的作用是使攀壁机（1）在附着于墙壁（18）上的同时还可以灵活地移动。攀壁机（1）的电动机拖动装置包括牵引绳（10）、轱辘（8）以及驱动电机（9）。在驱动电机（9）的驱动作用下，轱辘（8）旋转，带动攀壁机本体（1）上下移动。

如图2所示，位于两侧的螺旋桨（3）的旋转平面分别向两侧倾斜，从而可以产生能够推动攀壁机作侧向移动的侧向力。通过调整两侧的螺旋桨的相对转速，可以调节侧向推力的大小与方向。这种可调整的侧向力有两个作用：一是用于对攀壁机（1）的水平位置作调整（当下垂的牵引绳较长时，根据力学原理，只需较小的力即可推动攀壁机（1）作小幅侧向移动）；二是当电动机拖动装置移动时，确保攀壁机（1）能平稳地随之水平移动。

如图3所示，攀壁机本体（1）的上部与下部分别设置带有机械臂(14)的作业工具，即刮水器（15）和擦拭器（16）。通过调整螺旋桨3.1、3.2与螺旋桨3.3、3.4产生的推力的相对大小，可以以支撑轮（5）与墙体的接触点为支撑点调整攀壁机本体（1）的姿态。当攀壁机本体（1）保持竖直状态时，刮水器（15）和擦拭器（16）都离开墙体，只有支撑轮（5）与墙体接触，此时可以完成攀壁机（1）的上下或左右移动。当攀壁机本体（1）的上部向墙体倾斜时，可以使刮水器（15）与墙体接触。当攀壁机本体（1）的下部向墙体倾斜时，可以使擦拭器（16）与墙体接触。

以上对本发明所提供的一种攀壁机系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (9)

1.一种攀壁机，其特征是，包括：

攀壁机本体；

拖动装置以及连接拖动装置与攀壁机本体的牵引连接结构；

安装在所述攀壁机本体上的螺旋桨驱动系统；

安装在所述螺旋桨驱动系统上的螺旋桨；

所述螺旋桨的旋转面具有特定的倾斜角度，即当所述攀壁机以正常工作方式附着于墙体平面上时，所述螺旋桨的旋转面的法向量同时存在着两个非零分量：一个是与墙体平面垂直的非零分量，另一个是同时与水平面以及墙体平面平行的非零分量。

2.根据权利要求1所述攀壁机，其特征是：攀壁机上设置多个螺旋桨系统，并且这些螺旋桨具有不同的倾斜方向。

3.根据权利要求2所述攀壁机，其特征是：所述拖动装置是具有电子调速系统的电动机拖动装置，电子调速系统具备实时调节电机转动速度的大小和方向的功能。

4.根据权利要求3所述攀壁机，其特征是：攀壁机的拖动装置具有刹车装置。

5.根据权利要求4所述攀壁机，其特征是：攀壁机本体上设置有刮水器和喷头。

6.根据权利要求5所述攀壁机，其特征是：攀壁机本体上设置有加速度计。

7.根据权利要求5所述攀壁机，其特征是：攀壁机本体上设置有摄像头。

8.根据权利要求5所述攀壁机，其特征是：攀壁机本体上设置有机械臂。

9.根据权利要求5所述攀壁机，其特征是：攀壁机本体上设置有电磁阀。