CN111232077A - 一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，所述吸附装置包括主框架、动力电机、动力输入轴、对转发生机构、正桨动力输出轴、反桨动力输出轴、正桨、反桨和支架组成，对转发生装置将从动力输入轴传递的单向转动力矩转换为正反双向转动力矩，正桨动力输出轴为空心轴结构，上端与对转发生机构连接，反桨动力输出轴为实心轴结构，反桨动力输出轴上端穿过正桨动力输出轴与对转发生机构连接，实现正反桨的严格相同转动速度和相反转动方向，不仅保证了正桨产生的正向旋转力矩与反桨产生的反向旋转力矩相互抵消，而且由于正桨和反桨采用相反螺旋系数的螺旋桨，从而使流体运动的方向一致，起到流体加速增强效果，提高了负压吸附效率。

Description

一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置

技术领域

本发明涉及一种负压吸附装置，特别是涉及一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置。

背景技术

爬壁机器人可以在垂直墙壁上攀爬并完成作业的自动化机器人，负压吸附方式是爬壁机器人在垂直墙壁上攀爬并完成作业的一种常用的吸附方式，负压吸附时，推进器等负压发生器对吸盘抽吸流体，吸盘内外流体产生压差，流体对吸盘压迫实现对机器人的施压吸附，申请号为CN201920267178.0专利公开的一种负压吸附吸盘，包括动力源和吸盘机构实现流体抽吸和推进作用，利用伯努利效应实现负压吸附，但是其吸附装置为单动力源推进电机吸附作业，单动力源推进电机的方案，其作业时会因流体发生机构的旋转力矩作用产生自旋效应。当爬壁机器人采用奇数个负压吸附装置时，机体也会因负压吸附机构的自旋而发生自旋运动，影响机器人自身姿态稳定和控制。申请号为CN201110373831.X的专利公开的一种复合吸附船体清刷机器人，爬壁机器人在进行吸附装置布局时，使用偶数个吸附装置且吸附装置中动力源的旋转方向控制，但是，当采用偶数个负压吸附装置进行自旋力矩抵消时，需要对称的负压吸附装置动力驱动特性一致，该种方案不仅造成成本增加，而且基本空间有效利用率降低，还会给控制带来困难。针对上述现有技术存在的不足，本发明提出一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附机构，主要解决当前负压机构由于单驱动源中电机造成的效率低、自旋问题，实现负压吸附装置的旋转力矩自平衡、高效吸附。

发明内容

针对当前负压吸附机构，由于偶数个吸附装置成本高，单驱动源中电机造成的效率低和自旋问题的技术问题，本发明提供一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，实现负压吸附装置的旋转力矩自平衡、高效吸附。

一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，所述吸附装置包括主框架、动力电机、动力输入轴、对转发生机构、正桨动力输出轴、反桨动力输出轴、正桨、反桨和支架，所述主框架由空心筒和吸盘组成，所述空心筒为圆筒结构，对转发生机构设置在空心筒内部，所述动力电机通过动力输入轴与对转发生机构连接，所述对转发生机构将从动力输入轴传递的单向转动力矩转换为正反双向转动力矩，所述正桨动力输出轴为空心轴结构，上端与对转发生机构连接，下端与正浆的轴心连接固定，所述反桨动力输出轴为实心轴结构，正桨动力输出轴的内孔直径大于所述反桨动力输出轴的直径，所述反桨动力输出轴上端穿过正桨动力输出轴与对转发生机构连接，下端与反桨轴心连接固定，且所述反桨动力输出轴的长度大于所述正桨动力输出轴的长度，所述支架为十字交叉的长杆结构与所述对转发生机构的上端连接且支架的端面与所述空心筒内壁面固定。

进一步地，所述吸盘为圆盘结构，内圈为空心结构，空心结构的孔径与所述空心筒的外径一致，吸盘的内壁与所述空心筒下端外壁面粘接固定。

进一步地，动力电机的电机转轴通过联轴器或直接与所述动力输入轴连接，动力电机固定于吸盘的上壁面处。

进一步地，所述负压吸附装置可在液体中使用，当在液体中使用时，所述动力电机作水密处理。

进一步地，所述负压吸附装置可在带有杂质的液体中使用，当在带有杂质的液体中使用时，所述动力电机作水密处理，所述对转发生机构作水密处理或液体接触面过滤处理。

进一步地，所述对转发生机构由壳体及设置在壳体内的第一动力伞齿、第二动力伞齿、第三动力伞齿、第一轴承、第二轴承和第三轴承组成，第一动力伞齿设置于壳体内部中央靠右部位，所述第一动力伞齿通过第一轴承与壳体壁面固定且可在第一轴承中自由转动，所述第二动力伞齿和第三动力伞齿对向设置，且分别设置于壳体内部中央的靠上和靠下部分，第二动力伞齿和第三动力伞齿分别通过第二轴承和第三轴承设置于壳体壁面上，并且分别在第二轴承和第三轴承中自由转动，所述第二动力伞齿的右壁面齿轮与第一动力伞齿的上壁面齿轮啮合，所述第三动力伞齿的右壁面齿轮与第一动力伞齿的下壁面齿轮啮合。

进一步地，所述第二动力伞齿和第三动力伞齿的齿数和模数需相同。

进一步地，所述正桨动力输出轴上端与第三动力伞齿轴心连接固定，反桨动力输出轴上端与所述第二动力伞齿轴心连接固定。

进一步地，其特征在于，在所述反桨动力输出轴的上下两端各设置一个或多个滚珠轴承。

进一步地，所述正桨为正螺旋系数的螺旋桨，所述反桨为反螺旋系数的螺旋桨。

有益效果：本发明的对转发生机构，实现正反桨的严格相同转动速度和相反转动方向，不仅保证了正桨产生的正向旋转力矩与反桨产生的反向旋转力矩相互抵消，而且由于正桨和反桨采用相反螺旋系数的螺旋桨，从而使流体运动的方向一致，起到流体加速增强效果，提高了负压吸附效率。另外，本发明使用单动力源即实现了正反桨推动，因避免吸附装置自旋效应发生，不仅节省了吸附成本，而且可大大缩小负压装置的体积，有利于吸附机器人的微型化和大载荷性能。

附图说明

图1为本发明正反桨负压吸附装置的立体结构示意图；

图2为本发明正反桨负压吸附装置的主视结构示意图；

图3为本发明正反桨负压吸附装置的左视结构示意图；

图4为本发明正反桨负压吸附装置的俯视结构示意图；

图5为本发明对转发生机构的局部主视结构示意图。

图中：1、主框架，2、动力电机，3、动力输入轴，4、对转发生机构，5、正桨动力输出轴，6、反桨动力输出轴，7、正桨，8、反桨，9、支架，41、壳体，42、第一动力伞齿，43、第二动力伞齿，44、第三动力伞齿，45、第一轴承，46、第二轴承，47第三轴承，11、空心筒，12、吸盘。

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，即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。

参见附图1-5所示，一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，包括：主框架1、动力电机2、动力输入轴3、对转发生机构4、正桨动力输出轴5、反桨动力输出轴6、正桨7、反桨8、支架9。

主框架1包括：空心筒11和吸盘12。

空心筒11为圆筒结构，内部中空用以放置所述对转发生机构4等组件。

吸盘12为圆盘结构，内圈为空心结构，空心结构的孔径与空心筒11的外径一致，吸盘12的内壁与所述空心筒11下端外壁面粘接固定。

动力电机2为吸附装置的动力源，电机转轴通过联轴器或直连所述动力输入轴3，动力电机2通过支撑架固定于吸盘12的上壁面处，当负压吸附装置在水下等液体中使用时，需要对动力电机2作水密处理。

动力输入轴3设置于所述动力电机2和对转发生机构4之间，用以动力传输。

对转发生机构4用以将从动力轴3传递的单向转动力矩转换为正反双向转动力矩，具体包括的结构为：壳体41、第一动力伞齿42、第二动力伞齿43、第三动力伞齿44、第一轴承45、第二轴承46、第三轴承47，所述壳体41为方体结构，内部中空设置有上述动力伞齿和轴承等结构，第一动力伞齿42设置于壳体41内部中央靠右部位，第一动力伞齿42通过第一轴承45与壳体41壁面固定并且可在第一轴承45中自由转动，第二动力伞齿43和第三动力伞齿44对向设置于壳体41内部中央的靠上和靠下部分，且第二动力伞齿43和第三动力伞齿44分别通过第二轴承46和第三轴承47设置于壳体41壁面上，并分别在第二轴承46、第三轴承47中自由转动，所述第二动力伞齿43的右壁面齿轮与第一动力伞齿42的上壁面齿轮啮合，所述第三动力伞齿44的右壁面齿轮与第一动力伞齿42的下壁面齿轮啮合。效果为：当第一动力伞齿42转动时，同时带动第二动力伞齿43和第三动力伞齿44转动，且第二动力伞齿43和第三动力伞齿的转动方向相反。

进一步的，所述第二动力伞齿43和第三动力伞齿44的齿数和模数需相同。

进一步的，当负压吸附装置在水中浑浊等带有杂质的液体中使用时，需要对对转发生机构4作水密处理或液体接触面过滤处理。

正桨动力输出轴5为空心轴结构，上端与第三动力伞齿44轴心连接固定，下端与正桨7的轴心连接固定。

进一步的，正桨动力输出轴5的内孔径大于所述反桨动力输出轴7。

反桨动力输出轴6为实心轴结构，上端固定于所述第二动力伞齿43轴心，下端与反桨8轴心连接固定。

进一步的，所述正桨动力输出轴5整体穿过所述反桨动力输出轴6，且反桨动力输出轴6的长度长于所述正桨动力输出轴5的长度。

进一步的，为保证正桨动力输出轴5在所述反桨动力输出轴中低摩擦系数转动，在所述反桨动力输出轴的上下两端各设置N个滚珠轴承，N≥1。

正桨7为正螺旋系数的螺旋桨，设置于正桨动力输出轴5的下端。

反桨8为反螺旋系数的螺旋桨，设置于反桨动力输出轴6的下端。

支架9为十字交叉的长杆结构，设置于所述壳体41的上端，且支架9的端面与所述空心筒11内壁面上端，起到对整个吸附装置的支撑效果。

本发明的工作原理或步骤如下：

当所述动力电机2转动时，动力经动力输入轴3进入对转发生机构4中的第二动力伞齿42中，由于第一动力伞齿42与第二动力伞齿43和第三动力伞齿44的啮合作用，会带动第三动力伞齿44正向转动、带动第二动力伞齿43反向转动。与第三动力伞齿44相连接的正桨动力输出轴5正向转动，进而带动所述正桨7正向旋转，从而实现推动流体正向旋转推进。与第二动力伞齿43相连接的反桨动力输出轴6反向转动，进而带动所述反桨8反向旋转，由于所述反桨7的螺旋桨为反螺旋系数，最终实现流体的正向旋转推进。由于所述正桨7和反桨8同时正向推动流体运动，正桨7和反桨8形成了同向流体推进，实现高效流体推进效果；由于第二动力伞齿43和第三动力伞齿44的旋转速度严格相同、方向相反，所述正桨7和反桨8的旋转方向相反，故产生的旋转力矩相反，从而实现抵消。

当吸盘12距离壁面有一定距离时，正桨7和反桨8由于对流体的吸力作用，流体从吸盘12与壁面间流入，由空心筒11上端流出，此时吸盘下表面的流体速度变快，而吸盘12上表面的流体速度较慢或为静止装置，由于流体速度加快时，物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加。即流体的流速越大、压强越小；流体的流速越小、压强越大，所述吸盘12的上下表面形成压强差，实现负压吸附效果。

进一步的，本套机构还可放置在空气或其它流体中，实现负压吸附功能。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，其特征在于：所述吸附装置包括主框架、动力电机、动力输入轴、对转发生机构、正桨动力输出轴、反桨动力输出轴、正桨、反桨和支架，所述主框架由空心筒和吸盘组成，所述空心筒为圆筒结构，对转发生机构设置在空心筒内部，所述动力电机通过动力输入轴与对转发生机构连接，所述对转发生机构将从动力输入轴传递的单向转动力矩转换为正反双向转动力矩，所述正桨动力输出轴为空心轴结构，上端与对转发生机构连接，下端与正浆的轴心连接固定，所述反桨动力输出轴为实心轴结构，正桨动力输出轴的内孔直径大于所述反桨动力输出轴的直径，所述反桨动力输出轴上端穿过正桨动力输出轴与对转发生机构连接，下端与反桨轴心连接固定，且所述反桨动力输出轴的长度大于所述正桨动力输出轴的长度，所述支架为十字交叉的长杆结构与所述对转发生机构的上端连接且支架的端面与所述空心筒内壁面固定。

2.根据权利要求1所述的一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，其特征在于，所述吸盘为圆盘结构，内圈为空心结构，空心结构的孔径与所述空心筒的外径一致，吸盘的内壁与所述空心筒下端外壁面粘接固定。

3.根据权利要求1所述的一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，其特征在于，动力电机的电机转轴通过联轴器或直接与所述动力输入轴连接，动力电机固定于吸盘的上壁面处。

4.根据权利要求3所述的一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，其特征在于，所述负压吸附装置可在液体中使用，当在液体中使用时，所述动力电机作水密处理。

5.根据权利要求4所述的一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，其特征在于，所述负压吸附装置可在带有杂质的液体中使用，当在带有杂质的液体中使用时，所述动力电机作水密处理，所述对转发生机构作水密处理或液体接触面过滤处理。

6.根据权利要求1所述的一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，其特征在于，所述对转发生机构由壳体及设置在壳体内的第一动力伞齿、第二动力伞齿、第三动力伞齿、第一轴承、第二轴承和第三轴承组成，第一动力伞齿设置于壳体内部中央靠右部位，所述第一动力伞齿通过第一轴承与壳体壁面固定且可在第一轴承中自由转动，所述第二动力伞齿和第三动力伞齿对向设置，且分别设置于壳体内部中央的靠上和靠下部分，第二动力伞齿和第三动力伞齿分别通过第二轴承和第三轴承设置于壳体壁面上，并且分别在第二轴承和第三轴承中自由转动，所述第二动力伞齿的右壁面齿轮与第一动力伞齿的上壁面齿轮啮合，所述第三动力伞齿的右壁面齿轮与第一动力伞齿的下壁面齿轮啮合。

7.根据权利要求6所述的一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，其特征在于，所述第二动力伞齿和第三动力伞齿的齿数和模数需相同。

8.根据权利要求6所述的一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，其特征在于，所述正桨动力输出轴上端与第三动力伞齿轴心连接固定，反桨动力输出轴上端与所述第二动力伞齿轴心连接固定。

9.根据权利要求1-8之一所述的一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，其特征在于，在所述反桨动力输出轴的上下两端各设置一个或多个滚珠轴承。

10.根据权利要求1-8之一所述的一种基于伯努利原理的正反桨负压吸附装置，其特征在于，所述正桨为正螺旋系数的螺旋桨，所述反桨为反螺旋系数的螺旋桨。

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