CN110733061A - 一种基于空气动力学的主动式抗横风系统、设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于空气动力学的主动式抗横风系统及其抗横风方法。该抗横风系统包括中空机架、至少一个反作用力模块、多个舵机、风力传感器、控制器。中空机架的主视面上具有主视面板，其左、右两个侧面为空且分别设置有呈棱台形状的安装架。安装架上与主视面板位于机架同一侧的侧面板为扰流板。安装架上相对主视面板呈上、下位关系的两个侧面板为进气挡板。控制器根据风力传感器检测到的风力大小和方向控制舵机的运行。本发明采用多块可活动的进气挡板，通过改变设备反作用力装置的进气方向，通过多块扰流板改变横风的方向增加反作用力，从而让设备具备在横风状态下调整姿态的能力。

Description

一种基于空气动力学的主动式抗横风系统、设备及方法

技术领域

本发明涉及高空作业技术领域中的一种抗横风系统，尤其涉及一种基于空气动力学的主动式抗横风系统、设备及方法。

背景技术

现如今，随着社会智能化和应用领域的不断拓展，越来越多的高空作业被机器人等设备取代，例如建筑物外墙清洗、外墙涂刷、大型设备外立面清洗、船体外壳除锈维护等。为满足机器人等设备在以上场景中能够稳定运行，抗横风系统则不可或缺。

经调查显示，建筑物或大型设备体积越大、高度越高，其表面越容易出现强风、横风、乱流等复杂的环境因素，并且大部分设备在清洗、涂刷、除锈等复杂作业中都会产生反作用力。因此为满足作业要求，设备一般都具备负压装置或反作用力装置以保证设备正常运行。但应对强风、横风、乱流等复杂的环境因素，单单以来负压装置和反作用力装置是远远不够的，因此则需要单独的抗横风装置，以保证设备在正常运行中不会偏移。

在现有类似的设备中往往采用增加负压装置或增大负压装置功率的办法，以应对横风对设备造成的影响。但是负压装置必须始终与被吸附物保持较小的距离，为此只能时刻以较大的功率运行，这种方式不仅功耗较高，并且在被横风吹离被吸附物的情况下容易造成较大的摆动无法满足作业要求。

针对以上问题，需要一种可主动监测横风变化，并且能够充分利用能源，可在横风影响下维持设备正常工作的抗横风系统。

发明内容

针对现有的技术问题，本发明提供一种基于空气动力学的主动式抗横风系统、设备及方法，得出了一种可主动监测横风变化，可在横风影响下维持设备正常工作的抗横风系统的技术方案。

本发明采用以下技术方案实现：

一种基于空气动力学的主动式抗横风系统，包括中空机架、至少一个反作用力模块、多个舵机、风力传感器、控制器。

中空机架的主视面上具有主视面板，主视面板上开设通孔；机架的左、右两个侧面为空且分别设置有呈棱台形状的安装架，安装架的下底面位于机架相应的侧面上；安装架上与主视面板位于机架同一侧的侧面板定义为扰流板，扰流板与安装架的上底面衔接处设置转动连接件一，使扰流板能绕相应转动连接件一相对相应安装架向外打开；安装架上相对主视面板呈上、下位关系的两个侧面板分别定义为进气挡板，进气挡板与安装架的上底面衔接处设置转动连接件二，使进气挡板能绕相应转动连接件二相对相应安装架向内打开。

反作用力模块透过通孔安装在机架内，其采用风扇通过正转或反转提供反作用力。

舵机安装在机架上，每个转动连接件、每个反作用力模块电性连接一个舵机，舵机用于驱动相应的转动连接件、反作用力模块运行。

风力传感器安装在机架的顶部，用于检测吹向机架的风力大小和方向，定义两个安装架所在的直线方向为横向，风力传感器的旋转轴与所述横向平行，定义常量X代表正向，常量Y代表反向，变量F代表风力大小。机架的俯视面上具有顶板，顶板上设置凸起，凸起上开设通道，风力传感器安装在通道内。

控制器根据风力传感器检测到的风力大小和方向，控制舵机的运行。

其中，在初始状态，所述控制器控制进气挡板与相应安装架的上底面垂直，控制扰流板闭合在相应的安装架上，启动反作用力模块。

当出现横风时，所述控制器根据常量X判断机架受左侧至右侧的横风，升起机架左侧的扰流板，保持机架左侧的进气挡板相对相应安装架向内打开，保持机架右侧的扰流板关闭，保持机架右侧的进气挡板相对相应安装架关闭，所述控制器还根据变量F以呈正比的方式控制机架左侧的扰流板的升起量和机架右侧的进气挡板的闭合量。

或者，所述控制器根据常量Y判断机架受右侧至左侧的横风，升起机架右侧的扰流板，保持机架右侧的进气挡板相对相应安装架向内打开，保持机架左侧的扰流板关闭，保持机架左侧的进气挡板相对相应安装架关闭，所述控制器还根据变量F以呈正比的方式控制机架右侧的扰流板的升起量和机架左侧的进气挡板的闭合量。

当出现横风时，且当所述控制器判断变量F大于一个预定推力时，所述控制器根据常量X关闭机架右侧的进气挡板或者根据常量Y关闭机架左侧的进气挡板，同时增大反作用力模块的功率。

作为上述方案的进一步改进，转动连接件采用折页或者销轴提供转动式连接。

本发明中还提到一种安装有抗横风系统的设备，抗横风系统为上述任意任意一种所述的基于空气动力学的主动式抗横风系统，所述设备收入在所述抗横风系统的机架内。设备的外壳作为机架本身。

本发明中还公开了一种基于空气动力学的主动式抗横风方法，其应用上述任意一种所述的基于空气动力学的主动式抗横风系统中，所述抗横风方法包括以下步骤：

在初始状态，控制进气挡板与相应安装架的上底面垂直，控制扰流板闭合在相应的安装架上，启动反作用力模块；

当出现横风时，所述控制器根据常量X判断机架受左侧至右侧的横风，升起机架左侧的扰流板，保持机架左侧的进气挡板相对相应安装架向内打开，保持机架右侧的扰流板关闭，保持机架右侧的进气挡板相对相应安装架关闭，所述控制器还根据变量F以呈正比的方式控制机架左侧的扰流板的升起量和机架右侧的进气挡板的闭合量。当变量F大于一个预定推力时，根据常量X关闭机架右侧的进气挡板或者根据常量Y关闭机架左侧的进气挡板，同时增大反作用力模块的功率。

或者，所述控制器根据常量Y判断机架受右侧至左侧的横风，升起机架右侧的扰流板，保持机架右侧的进气挡板相对相应安装架向内打开，保持机架左侧的扰流板关闭，保持机架左侧的进气挡板相对相应安装架关闭，所述控制器还根据变量F以呈正比的方式控制机架右侧的扰流板的升起量和机架左侧的进气挡板的闭合量。

本发明的优点是采用了多块可活动的进气挡板，通过改变设备反作用力装置的进气方向，通过多块扰流板改变横风的方向增加反作用力，从而让设备具备在横风状态下调整姿态的能力。通过风力传感器实时获得横风的风力大小的数据，控制扰流板和进气挡板以及反作用装置的功率，让设备在复杂的横风环境下始终保持平稳的工作状态。大大增加了设备的稳定性和安全性，并且也减少了不必要的功耗，更加节约能源。两侧的扰流板可将横风的部分力量转化为反作用力，进气挡板可将部分横风吸入反作用力装置以减少横风的影响，若采取多个扰流板和进气挡板可更好的应对不同角度的横风干扰。并且若设备底部也设有进气挡板，在没有横风的状态下，也能让反作用力装置更高效的工作。让此类设备具备了在复杂的环境中稳定工作的能力。

附图说明

图1为本发明实施例1的抗横风系统的结构示意图。

图2为图1中抗横风系统的主视图。

图3为图1中抗横风系统的爆炸图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1、2、3，本实施例提供了一种基于空气动力学的主动式抗横风系统，该抗横风系统包括中空机架1、至少一个反作用力模块2、多个舵机6、风力传感器5、控制器。

中空机架1主视面上具有主视面板11，主视面板11上开设通孔110，中空机架1可容纳所需抗横风的设备。机架1的左、右两个侧面为空且分别设置有呈棱台形状的安装架12，安装架12的下底面位于机架1相应的侧面上。安装架12上与主视面板11位于机架1同一侧的侧面板定义为扰流板3，扰流板3与安装架12的上底面衔接处设置转动连接件一13，使扰流板3能绕相应转动连接件一13相对相应安装架12向外打开。安装架12上相对主视面板11呈上、下位关系的两个侧面板分别定义为进气挡板4，进气挡板4与安装架12的上底面衔接处设置转动连接件二14，使进气挡板4能绕相应转动连接件二相对相应安装架12向内打开。转动连接件一13和转动连接件二14可采用折页或者销轴提供转动式连接。

反作用力模块2透过通孔110安装在机架1内，当机架1内安装需要抗横风的设备后，反作用力模块2可安装在设备上。反作用力模块2采用风扇通过正转或反转提供反作用力，使得设备在遇到强烈横风时维持自身的稳定运行。反作用力模块2至少设有一个。当所需抗横风设备体型较大时，反作用力模块2设置多个，可增强抗横风的效果。本实施例在设备上添加扰流板3以将横风的力量转化，通过改变反作用力模块2不同方向的进气道开合状态，作为对抗横风的主要方式，节约了能耗。

舵机6安装在机架1上，每个转动连接件、每个反作用力模块2电性连接一个舵机6，舵机6用于驱动相应的转动连接件、反作用力模块2运行。

风力传感器5安装在机架1上用于检测吹向机架1的风力大小和方向，定义两个安装架12所在的直线方向为横向，风力传感器5的旋转轴与横向平行，定义常量X代表正向，常量Y代表反向，变量F代表风力大小。机架1的俯视面上具有顶板15，顶板15上设置凸起151，凸起151上开设通道152，风力传感器5安装在通道152内并实时检测横风大小和方向。

控制器根据风力传感器5检测到的风力大小和方向，控制舵机6的运行。现有技术中的控制器有很多种，如采用控制开关、PC控制器等，在本实施例中可采用PC控制器。

其中，在初始状态，控制器控制进气挡板4与相应安装架12的上底面垂直，控制扰流板3闭合在相应的安装架12上，启动反作用力模块2。反作用力模块2在气动后产生推力抵消设备搭载的其他任务模块的作用力，同时设备内部形成负压，设备两侧的空气被均匀吸入，保持设备平稳运行。

当出现横风时，控制器根据常量X判断机架1受左侧至右侧的横风，升起机架1左侧的扰流板3，保持机架1左侧的进气挡板4相对相应安装架12向内打开，保持机架1右侧的扰流板3关闭，保持机架1右侧的进气挡板4相对相应安装架12关闭，控制器还根据变量F以呈正比的方式控制机架1左侧的扰流板3的升起量和机架1右侧的进气挡板4的闭合量，以使得一部分横风的方向改变，使得设备产生更多的反作用力，防止被横风吹起。

或者，控制器根据常量Y判断机架1受右侧至左侧的横风，升起机架1右侧的扰流板3，保持机架1右侧的进气挡板4相对相应安装架12向内打开，保持机架1左侧的扰流板3关闭，升起机架1左侧的进气挡板4，控制器还根据变量F以呈正比的方式控制机架1右侧的扰流板3的升起量和机架1左侧的进气挡板4的闭合量。本实施例通过风向风力传感器5采集的数据对扰流板3和近气挡板4的角度控制以及反作用力模块2的功率调整，此系统能最大程度的利用设备自身的动力完成抗横风的效果，并且相比传统被动抗横风的方式，此系统可在复杂横风状态下灵敏调控，保持设备稳定运行。

当控制器判断变量F大于一个预定推力时，控制器根据常量X关闭机架1右侧的进气挡板4或者根据常量Y关闭机架1左侧的进气挡板4，同时增大反作用力模块2的功率。

本发明采用了多块可活动的进气挡板，通过改变设备反作用力装置的进气方向，通过多块扰流板改变横风的方向增加反作用力，从而让设备具备在横风状态下调整姿态的能力。通过风力传感器实时获得横风的风力大小的数据，控制扰流板和进气挡板以及反作用装置的功率，让设备在复杂的横风环境下始终保持平稳的工作状态。大大增加了设备的稳定性和安全性，并且也减少了不必要的功耗，更加节约能源。

在其他实施例中，舵机6可由减速电机、蜗杆电机、液压装置、气动装置或齿轮等代替，同样可以起到舵机6起到的效果，用于驱动相应的转动连接件、反作用力模块2运行。

综上所述，通过空气动力学在设备上添加扰流板以将横风的力量转化，通过改变反作用力装置不同方向的进气道开合状态，作为对抗横风的主要方式。并且通过风向风力传感器采集的数据对扰流板和近气挡板的角度控制以及反作用力装置的功率调整，此系统能最大程度的利用设备自身的动力完成抗横风的效果，并且相比传统被动抗横风的方式，此系统可在复杂横风状态下灵敏调控，保持设备稳定运行，不仅没有在设备添加独立的抗横风装置，还使得设备的功耗得到控制，让该类设备采用蓄电池供电成为了可能，也为此类设备在安全性、稳定性上得到保障，为更多的应用场景创造了可能。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于空气动力学的主动式抗横风系统，其特征在于，其包括：

中空机架(1)，其主视面上具有主视面板(11)，主视面板(11)上开设通孔(110)；机架(1)的左、右两个侧面为空且分别设置有呈棱台形状的安装架(12)，安装架(12)的下底面位于机架(1)相应的侧面上；安装架(12)上与主视面板(11)位于机架(1)同一侧的侧面板定义为扰流板(3)，扰流板(3)与安装架(12)的上底面衔接处设置转动连接件一(13)，使扰流板(3)能绕相应转动连接件一(13)相对相应安装架(12)向外打开；安装架(12)上相对主视面板(11)呈上、下位关系的两个侧面板分别定义为进气挡板(4)，进气挡板(4)与安装架(12)的上底面衔接处设置转动连接件二(14)，使进气挡板(4)能绕相应转动连接件二相对相应安装架(12)向内打开；

至少一个反作用力模块(2)，其透过通孔(110)安装在机架(1)内；

多个舵机(6)，其安装在机架(1)上，每个反作用力模块(2)与每个转动连接件一(13)或者每个转动连接件二(14)电性连接于一个舵机(6)，舵机(6)用于驱动相应的转动连接件、反作用力模块(2)运行；

风力传感器(5)，其安装在机架(1)上用于检测吹向机架(1)的风力大小和方向，定义两个安装架(12)所在的直线方向为横向，风力传感器(5)的旋转轴与所述横向平行，定义常量X代表正向，常量Y代表反向，变量F代表风力大小；以及

控制器，其根据风力传感器(5)检测到的风力大小和方向，控制舵机(6)的运行；

其中，在初始状态，所述控制器控制进气挡板(4)与相应安装架(12)的上底面垂直，控制扰流板(3)闭合在相应的安装架(12)上，启动反作用力模块(2)；

当出现横风时，所述控制器根据常量X判断机架(1)受左侧至右侧的横风，升起机架(1)左侧的扰流板(3)，保持机架(1)左侧的进气挡板(4)相对相应安装架(12)向内打开，保持机架(1)右侧的扰流板(3)关闭，保持机架(1)右侧的进气挡板(4)相对相应安装架(12)关闭，所述控制器还根据变量F以呈正比的方式控制机架(1)左侧的扰流板(3)的升起量和机架(1)右侧的进气挡板(4)的闭合量；

或者，所述控制器根据常量Y判断机架(1)受右侧至左侧的横风，升起机架(1)右侧的扰流板(3)，保持机架(1)右侧的进气挡板(4)相对相应安装架(12)向内打开，保持机架(1)左侧的扰流板(3)关闭，保持机架(1)左侧的进气挡板(4)相对相应安装架(12)关闭，所述控制器还根据变量F以呈正比的方式控制机架(1)右侧的扰流板(3)的升起量和机架(1)左侧的进气挡板(4)的闭合量。

2.如权利要求1所述的基于空气动力学的主动式抗横风系统，其特征在于，当出现横风时，且当所述控制器判断变量F大于一个预定推力时，所述控制器根据常量X关闭机架(1)右侧的进气挡板(4)或者根据常量Y关闭机架(1)左侧的进气挡板(4)，同时增大反作用力模块(2)的功率。

3.如权利要求1所述的基于空气动力学的主动式抗横风系统，其特征在于，反作用力模块(2)采用风扇通过正转或反转提供反作用力。

4.如权利要求1所述的基于空气动力学的主动式抗横风系统，其特征在于，风力传感器(5)安装在机架(1)的顶部。

5.如权利要求4所述的基于空气动力学的主动式抗横风系统，其特征在于，机架(1)的俯视面上具有顶板(15)，顶板(15)上设置凸起(151)，凸起(151)上开设通道(152)，风力传感器(5)安装在通道(152)内。

6.如权利要求1所述的基于空气动力学的主动式抗横风系统，其特征在于，转动连接件采用折页或者销轴提供转动式连接。

7.一种安装有抗横风系统的设备，其特征在于，所述抗横风系统为如权利要求1至6中任意一项所述的基于空气动力学的主动式抗横风系统，所述设备收入在所述抗横风系统的机架(1)内。

8.如权利要求7所述的安装有抗横风系统的设备，其特征在于，所述设备的外壳作为机架(1)本身。

9.一种基于空气动力学的主动式抗横风方法，其应用于如权利要求1至6中任意一项所述的基于空气动力学的主动式抗横风系统中，其特征在于，所述抗横风方法包括以下步骤：

在初始状态，控制进气挡板(4)与相应安装架(12)的上底面垂直，控制扰流板(3)闭合在相应的安装架(12)上，启动反作用力模块(2)；

当出现横风时，根据常量X判断机架(1)受左侧至右侧的横风，升起机架(1)左侧的扰流板(3)，保持机架(1)左侧的进气挡板(4)相对相应安装架(12)向内打开，保持机架(1)右侧的扰流板(3)关闭，保持机架(1)右侧的进气挡板(4)相对相应安装架(12)关闭，还根据变量F以呈正比的方式控制机架(1)左侧的扰流板(3)的升起量和机架(1)右侧的进气挡板(4)的闭合量；

或者，根据常量Y判断机架(1)受右侧至左侧的横风，升起机架(1)右侧的扰流板(3)，保持机架(1)右侧的进气挡板(4)相对相应安装架(12)向内打开，保持机架(1)左侧的扰流板(3)关闭，升起机架(1)左侧的进气挡板(4)，还根据变量F以呈正比的方式控制机架(1)右侧的扰流板(3)的升起量和机架(1)左侧的进气挡板(4)的闭合量。

10.如权利要求9所述的基于空气动力学的主动式抗横风方法，其特征在于，所述抗横风方法还包括以下步骤：

当出现横风时，且当变量F大于一个预定推力时，根据常量X关闭机架(1)右侧的进气挡板(4)或者根据常量Y关闭机架(1)左侧的进气挡板(4)，同时增大反作用力模块(2)的功率。

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