CN112078683A - 融合式抗横风系统、设备及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种融合式抗横风系统、设备及方法，该系统包括中空机架，安装于机架的控制器和风力传感器，风力传感器用于检测吹向机架的风力大小和方向；安装于机架内且电连接于控制器的至少一个动力模块，控制器根据风力传感器检测的风力大小和方向，控制动力模块运行以通过动力模块提供一个与风力方向相反的力；定位模块用于检测机架的偏移量和偏移方向；设置于机架的底面的至少一个纠偏模块，控制器能够根据定位模块检测的机架的偏移量和偏移方向，控制纠偏模块的运行以驱动机架沿着与偏移方向相反的方向移动，该系统能够在抗横风的同时对已产生的偏移进行修正，以使得系统能够平稳的运行。

Description

融合式抗横风系统、设备及其方法

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，尤其涉及一种融合式抗横风系统、设备及其方法。

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。小部分设备会配备独立的抗横风装置，但应对强风、横风、乱流等复杂的环境因素，单单依靠负压装置和反作用力装置是远远不够的，而独立抗横风装置对已产生的偏移难以修正，影响设备正常运行，因此则需要即可主动对抗横风，又可对产生的偏移进行修正的抗横风系统，以保证设备能以更高的精度稳定运行。

在现有类似设备中，往往依靠吊索和设备自重上下运行，但设备自身缺乏横向精准移动的能力。为对抗横风，往往以增加设备自重、增大设备功率等方法，此类方法虽能降低横风对设备造成的影响，但在复杂的作业环境中产生误差不可避免，这将会让作业质量明显下降甚至无法完成作业。

针对以上问题，需要一种即可主动抗横风，又能对偏移误差实时校准的复合型抗横风系统。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种融合式抗横风系统、设备及其方法，能够在抗横风的同时对已产生的偏移进行修正。

本发明提供了一种融合式抗横风系统，包括：

中空机架，

安装于所述机架的控制器；

风力传感器，所述风力传感器设置于所述机架的一侧，用于检测吹向所述机架的风力大小和方向，定义所述机架的长度方向为横向，所述风力传感器的旋转轴与横向平行；

安装于所述机架内且电连接于所述控制器的至少一个动力模块，所述控制器能够根据所述风力传感器检测的风力大小和方向，控制动力模块作动以提供一个与风力方向相反的力；

电连接于所述控制器的定位模块，所述定位模块设置于所述机架，所述定位模块用于检测所述机架的偏移量和偏移方向；以及

设置于所述机架的底面的至少一个纠偏模块，所述控制器能够根据定位模块检测的所述机架的偏移量和偏移方向，控制所述纠偏模块作动以驱动所述机架沿着与偏移方向相反的方向移动。

如此设置，当出现横风时，能够通过风力传感器对横风的风力大小和方向进行检测，通过控制器判断是否需要运行动力模块进行抗横风，以避免由于横风带来设备无法稳定的运行。同时，当横风推动设备偏移时，通过定位模块能够获取机架的偏移方向和偏移量，进而能够通过纠偏模块对机架进行修正。因此，通过动力模块的抗横风结合纠偏模块的修正协同作业使得本系统能够更加精准的应对外界环境的干扰，维持自身平稳的运行。

在本发明的一个实施例中，每一所述动力模块包括电连接于所述控制器的舵机，设置于所述舵机的第一驱动电机，所述舵机能够驱动第一驱动电机倾转，以及安装于所述第一驱动电机且能够相对于驱动电机旋转的螺旋桨。

在本发明的一个实施例中，每一所述纠偏模块包括安装于所述机架底面上的底座，设置于所述底座的第二驱动电机和安装于所述第二驱动电机的驱动轴上的福来轮，所述福来轮能够沿着横向移动。

在本发明的一个实施例中，所述动力模块还包括一端可枢转的连接于舵机的舵臂，一端可枢转的连接于所述第一驱动电机的连接拉杆，所述舵臂的另一端和连接拉杆的另一端可转动连接，所述舵机能够驱动舵臂转动以通过带动连接拉杆转动以驱动第一驱动电机倾转。

在本发明的一个实施例中，每一所述纠偏模块还包括设置于第二驱动电机和所述福来轮之间的减速器，所述减速器设置于所述第二驱动电机的驱动轴。

在本发明的一个实施例中，所述机架包括多个支撑轮，多个所述支撑轮分别间隔地设置于所述机架的底面。

本发明还提供了一种安装有融合式抗横风系统的设备，包括如上述所述的融合式抗横风系统。

本发明还提供了一种融合式抗横风方法，其应用于上述所述的融合式抗横风系统，所述融合式抗横风方法包括步骤：

当出现横风时，通过风力传感器检测风力大小和方向，以及通过定位模块检测机架的偏移方向和偏移量，其中，定义变量F为风力大小，变量P为偏移量；

藉由变量P和预设偏移值之间以及变量F和风力预设值之间的比较结果，通过控制器控制动力模块和/或者纠偏模块作动，以保持融合式抗横风系统处于稳定运行状态。

在本发明的一个实施例中，在步骤藉由变量P和预设偏移值之间以及变量F和风力预设值之间的比较结果，通过控制器控制动力模块和/或者纠偏模块作动，以保持融合式抗横风系统处于稳定运行状态中，还包括步骤：

当变量F小于等于风力预设值时，若变量P小于或者等于偏移预设值，纠偏模块处于关闭状态，动力模块处于非倾转状态；若变量P大于偏移预设值，动力模块处于倾转状态，提供一个与偏移方向相反的力以协助纠偏，且纠偏模块处于工作状态以带动所述机架沿着偏移方向相反的方向移动；或者

当变量F大于风力预设值时，若变量P小于偏移预设值，纠偏模块处于关闭状态，动力模块处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且等于风力大小的力；若变量P大于偏移预设值，动力模块处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且大于风力大小的力以协助纠偏，且纠偏模块处于工作状态以带动所述机架沿着偏移方向相反的方向移动。

在本发明的一个实施例中，在步骤当变量F大于风力预设值时，若变量P小于偏移预设值，纠偏模块处于关闭状态，动力模块处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且等于风力大小的力；若变量P大于偏移预设值，动力模块处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且大于风力大小的力以协助纠偏，且纠偏模块处于工作状态以带动所述机架沿着偏移方向相反的方向移动中，还包括步骤：

当变量F大于风力预设值且小于对抗极限值时，动力模块处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且等于风力大小的力；

当变量F大于或者等于动力模块对抗极限值时，动力模块维持提供一个与风力方向相反且风力大小等于对抗极限值的力。

附图说明

图1为本发明的实施例中融合式抗横风系统的结构示意图。

图2为本发明的融合式抗横风系统的爆炸示意图。

图3为本发明的风力传感器的示意图。

图4为本发明的定位模块在机架上的示意图。

图5为本发明的上述实施例中动力模块的爆炸示意图。

图6为本发明的上述实施例中纠偏模块的爆炸示意图。

10、机架；11、动力模块；111、舵机；112、第一驱动电机；113、螺旋桨；114、舵臂；115、连接拉杆；12、风力传感器；121、旋转轴；13、控制器；14、纠偏模块；141、底座；142、第二驱动电机；143、福来轮；144、减速器；145、橡胶轮；15、定位模块；16、支撑轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“装设于”另一个组件，它可以直接装设在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个组件，它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图6所示，为本发明提供的一种融合式抗横风系统，该融合式抗横风系统可以运用在建筑外墙清洗、外墙涂刷、大型设备外立面清洗、船体外壳除锈维护等作业面上，拥有该融合式抗横风系统的设备能够在上述场合中具有主动抗横风又能针对偏移误差进行实时校准的特点，能够在复杂的环境中抵抗外界环境的干扰和维持自身平稳的运行。

如图1至图4所示，该融合式抗横风系统包括中空机架10、风力传感器12、控制器13、动力模块11、定位模块15和纠偏模块14，其中，控制器13安装于机架10的一侧；风力传感器12设置于机架10的一侧，且和控制器13所在的机架10的一侧为同一侧，风力传感器12用于检测吹向机架10的风力大小和方向，定义机架10的长度方向为横向，风力传感器12的旋转轴121与横向平行；安装于机架10内且电连接于控制器13的至少一个动力模块11，控制器13能够根据风力传感器12检测的风力大小和方向，控制动力模块11运行以通过动力模块11提供一个与风力方向相反的力；定位模块15安装于机架10的另一侧，定位模块15用于感测机架10的偏移量和偏移方向；以及设置于机架10的底面的至少一个纠偏模块14，控制器13能够根据定位模块15检测的机架10的偏移量和偏移方向，控制纠偏模块14的运行以驱动机架10沿着与偏移方向相反的方向移动。

具体地，当出现横风时，能够通过风力传感器12对横风的风力大小和方向进行检测，通过控制器13判断是否需要运行倾转动力模块11进行抗横风，以避免由于横风造成设备无法稳定的运行。同时，当设备产生偏移时，通过定位模块15能够获取机架10的偏移方向和偏移量，进而能够通过纠偏模块14对机架10进行修正。因此，通过动力模块11的主动抗横风以及纠偏模块14的纠偏协同作业使得本系统能够更加精准的应对外界环境的干扰，维持自身平稳的运行。值得一说的是，横风的风力方向是指沿着横向的风，从机架10的一侧吹向另一侧，或者从机架10的另一侧吹向一侧。例如，从机架10的左侧吹向右侧或者从机架10的右侧吹向左侧。

如图5所示，每一动力模块11包括电连接于控制器13且安装于机架10内的舵机111，舵机111的第一驱动电机112，舵机111能够驱动第一驱动电机112倾转，以及安装于第一驱动电机112且能够相对于驱动电机旋转的螺旋桨113。

具体地，当需要动力模块11运行时，控制器13根据风力风向传感器所得出的风力大小和方向通过控制舵机111带动第一驱动电机112倾转，进而通过第一驱动电机112带动螺旋桨113旋转对应的角度，使得动力模块11产生与横风的风力方向相反且大于或者相等风力大小的风力。优选地，第一驱动电机112为无刷电机。

进一步地，动力模块11还包括一端可枢转的连接于舵机111的舵臂114，一端可枢转的连接于第一驱动电机112的连接拉杆115，舵臂114的另一端和连接拉杆115的另一端可转动连接，舵机111能够驱动舵臂114转动以通过带动连接拉杆115转动以驱动第一驱动电机112倾转，进而通过第一驱动电机112带动螺旋桨113旋转对应的角度，从而能够使得动力模块11产生与风力方向相反且大于或者相等风力大小的风力，以抵抗横风。

值得一说的是，相关领域的技术应当理解，当本系统运行时，动力模块11处于运行状态，当没有横风时，动力模块11的第一驱动电机112不发生倾转，处于非倾转状态，此时不会产生一个与横风的风力方向相反且大于或者相等风力大小的风力，仅仅提供一个作用力作用于系统以保持系统距离作业面的距离稳定。而当产生横风时，动力模块11的第一驱动电机112发生倾转，处于倾转状态，此时，动力模块11通过倾转的螺旋桨113会沿着横向，产生一个与风力方向相反且大于或者相等风力大小的力。

如图6所示，每一纠偏模块14包括安装于机架10底面上的底座141，设置于底座141的第二驱动电机142和安装于第二驱动电机142的驱动轴上的福来轮143，第二驱动电机142电连接于控制器13。

具体地，当通过定位模块15检测到机架10的偏移大于偏移预设值时，纠偏模块14产生动作，控制器13控制第二驱动电机142推动福来轮143沿着风力方向相反的方向或者沿着偏移方向相反的方向移动，以修正机架10的偏移至预设值范围内，值得一说的是，在纠偏模块14工作的过程中，动力模块11处于倾转状态，以使得能够提供一个与偏移方向相反的力，以抵抗横风，来协助纠偏模块14的移动。相应的，当定位模块15检测到机架10的偏移小于或者等于偏移预设值时，此时纠偏模块处于关闭状态，在关闭状态下，纠偏模块不工作，即第二驱动电机142不工作也不会带动福来轮143沿着横向移动。

进一步地，福来轮143的安装方向与系统的运行方向垂直，通常，系统的运行方向垂直于横向，以使得福来轮143的移动方向平行于偏移方向。当设备运行时，橡胶轮145可在福来轮143上自由旋转，在任何情况下，至少有一个橡胶轮145会接触到工作面，并且不会给系统造成额外的阻力。当需要进行横向调整时，通过第二驱动电机142带动福来轮143进行横向旋转，因橡胶轮145仅能纵向旋转，福来轮143将会使机架10产生横向位移，并且此时机架10仍可以沿着系统运行方向运行，且横向位移不会使机架10转向。

如图6所示，在本发明的其他实施例中，每一纠偏模块14还包括设置于第二驱动电机142和福来轮143之间的减速器144，减速器144设置于第二驱动电机142的驱动轴。通过第二驱动电机142驱动减速器144带动福来轮143旋转，以使得福来轮143沿着横向移动。

如图1和图2所示，机架10包括多个支撑轮16，多个支撑轮16分别间隔地设置于机架10的底面，已能够支撑机架10。具体地，在本发明的实施例中，支撑轮16可以实施为四个，分别设置于机架10的底面的四个转角位置。

值得一说的是，在本发明中，优选地，当系统工作时，福来轮143能够接触作业面，而当系统不工作时，支撑轮16可以起到辅助支撑作用。

如图4所示，定位模块15能够实时获取机架10的偏移方向和偏移量，控制器通过定位模块15所提供的实时偏移信息，判断偏移量是否大于预设值，当偏移量大于预设值时，能够通过纠偏模块14辅助纠偏以及动力模块11主动纠偏结合进行纠偏，反之则不进行纠偏。在具体应用中，本发明中的定位模块15可以采用GPS、北斗、实时动态载波相位差分或者机器视觉定位。可以根据定位需求选择定位模块15。优选地，在本发明中，定位模块15选用机器视觉定位，以提高定位的准确性。

本发明还提供了一种融合式抗横风方法，其应用于上述的融合式抗横风系统，融合式抗横风方法可以包括步骤：

当出现横风时，通过风力传感器检测风力大小和方向，以及通过定位模块检测机架的偏移方向和偏移量，其中，定义变量F为风力大小，变量P为偏移量；

藉由变量P和预设偏移值之间以及变量F和风力预设值之间的比较结果，通过控制器13控制动力模块11和/或者纠偏模块14作动，以保持融合式抗横风系统处于稳定运行状态。

值得一说的是，所谓风力预设值可以根据本系统实际的运行环境或者作业设备自身的稳定性来设定。当作业环境复杂或者作业设备的稳定性差时，可以将风力预设值设定的较小，以使得当风力大小小于风力预设值时，不会造成对作业设备的平稳运行产生影响。当作业环境良好或者作业设备的稳定性较好时，可以将风力预设值设定的较大，只需要满足当风力大小小于风力预设值时，不会造成对作业设备的平稳运行产生影响即可。

类似的，所谓偏移预设值是指预设一个偏移量，在实际偏移量不大于该预设的偏移值时，无需进行纠偏或者校正。偏移预设值的设定是为了避免在偏移量较小时，不足以影响作业设备的正常工作，无需针对偏移量进行校正。偏移预设值的设定为偏移量提供了一个工作偏移范围，在偏移预设值范围内，纠偏模块14均无需对偏移量进行校正。只有当偏移量大于偏移预设值时，通过纠偏模块14针对偏移量进行校正，以使得偏移量在预设值范围内。

在本发明的一个实施例中，在步骤藉由变量P和预设偏移值之间以及变量F和风力预设值之间的比较结果，通过控制器13控制动力模块11和/或者纠偏模块14作动，以保持融合式抗横风系统处于稳定运行状态中，还包括步骤：

当变量F小于等于风力预设值时，若变量P小于或者等于偏移预设值，纠偏模块14处于关闭状态，动力模块11处于非倾转状态；若变量P大于偏移预设值，动力模块11处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且大于风力大小的力以协助纠偏，且纠偏模块14处于工作状态以带动机架沿着偏移方向相反的方向移动；或者

当变量F大于风力预设值时，若变量P小于偏移预设值，纠偏模块14处于关闭状态，动力模块11处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且等于风力大小的力；若变量P大于偏移预设值，动力模块11处于倾转状态，提供一个与偏移方向相反的力以协助纠偏，且纠偏模块14处于工作状态以带动机架沿着偏移方向相反的方向移动。

在本发明中，优选地，可以将偏移量的优选级设定为大于横风的风力大小的优先级，以使得出现偏移量时，即需要通过动力模块11和纠偏模块14同时工作已进行纠偏校正。所谓动力模块11协助纠偏是指，动力模块11除了满足克服横风的力之外，还能提供额外的力，以协助纠偏模块14移动。

在本发明的一个实施例中，在步骤当变量F大于风力预设值时，若变量P小于偏移预设值，纠偏模块14处于关闭状态，动力模块11处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且等于风力大小的力；若变量P大于偏移预设值，动力模块11处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且大于或者等于风力大小的力，且纠偏模块14处于工作状态以带动机架沿着偏移方向相反的方向移动中，还包括步骤：

当变量F大于风力预设值且小于对抗极限值时，动力模块11处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且等于风力大小的力；

当变量F大于或者等于动力模块11对抗极限值时，动力模块11维持提供一个与风力方向相反且风力大小等于对抗极限值的力。

值得一说的是，所谓对抗极限值是指当动力模块11旋转到最大转速时，能够提供的与横风的方向相反的力。这个可以实际需要设定。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种融合式抗横风系统，其特征在于，包括：

中空机架；

安装于所述机架的控制器；

风力传感器，所述风力传感器设置于所述机架的一侧，用于检测吹向所述机架的风力大小和方向，定义所述机架的长度方向为横向，所述风力传感器的旋转轴与横向平行；

安装于所述机架内且电连接于所述控制器的至少一个动力模块，所述控制器能够根据所述风力传感器检测的风力大小和方向，控制所述动力模块作动以提供一个与风力方向相反的力；

电连接于所述控制器的定位模块，所述定位模块设置于所述机架，所述定位模块用于检测所述机架的偏移量和偏移方向；以及

设置于所述机架的底面的至少一个纠偏模块，所述控制器能够根据定位模块检测的所述机架的偏移量和偏移方向，控制所述纠偏模块作动以驱动所述机架沿着与偏移方向相反的方向移动。

2.如权利要求1所述的融合式抗横风系统，其特征在于，每一所述动力模块包括电连接于所述控制器的舵机，设置于所述舵机的第一驱动电机，所述舵机能够驱动第一驱动电机倾转，以及安装于所述第一驱动电机且能够相对于驱动电机旋转的螺旋桨。

3.如权利要求2所述的融合式抗横风系统，其特征在于，所述动力模块还包括一端可枢转的连接于所述舵机的舵臂，一端可枢转的连接于所述第一驱动电机的连接拉杆，所述舵臂的另一端和所述连接拉杆的另一端可转动连接，所述舵机能够驱动所述舵臂转动以通过带动所述连接拉杆转动以驱动第一驱动电机倾转。

4.如权利要求1所述的融合式抗横风系统，其特征在于，每一所述纠偏模块包括安装于所述机架底面上的底座，设置于所述底座的第二驱动电机和安装于所述第二驱动电机的驱动轴上的福来轮，所述福来轮能够沿着横向移动。

5.如权利要求4所述的融合式抗横风系统，其特征在于，每一所述纠偏模块还包括设置于第二驱动电机和所述福来轮之间的减速器，所述减速器设置于所述第二驱动电机的驱动轴。

6.如权利要求1所述的融合式抗横风系统，其特征在于，所述机架包括多个支撑轮，多个所述支撑轮分别间隔地设置于所述机架的底面。

7.一种安装有融合式抗横风系统的设备，其特征在于，包括如权利要求1至6中任意一项所述的融合式抗横风系统。

8.一种融合式抗横风方法，其应用于权利要求1至6中任一项所述的融合式抗横风系统，其特征在于，所述融合式抗横风方法包括步骤：

当出现横风时，通过风力传感器检测风力大小和方向，以及通过定位模块检测机架的偏移方向和偏移量，其中，定义变量F为风力大小，变量P为偏移量；

藉由变量P和预设偏移值之间以及变量F和风力预设值之间的比较结果，通过控制器控制动力模块和/或者纠偏模块作动，以保持融合式抗横风系统处于稳定运行状态。

9.如权利要求8所述的融合式抗横风方法，其特征在于，在步骤藉由变量P和预设偏移值之间以及变量F和风力预设值之间的比较结果，通过控制器控制动力模块和/或者纠偏模块作动，以保持融合式抗横风系统处于稳定运行状态中，还包括步骤：

当变量F小于等于风力预设值时，若变量P小于或者等于偏移预设值，纠偏模块处于关闭状态，动力模块处于非倾转状态；若变量P大于偏移预设值，动力模块处于倾转状态，提供一个与偏移方向相反的力以协助纠偏，且纠偏模块处于工作状态以带动所述机架沿着偏移方向相反的方向移动；或者

当变量F大于风力预设值时，若变量P小于偏移预设值，纠偏模块处于关闭状态，动力模块处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且等于风力大小的力；若变量P大于偏移预设值，动力模块处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且大于风力大小的力以协助纠偏，且纠偏模块处于工作状态以带动所述机架沿着偏移方向相反的方向移动。

10.如权利要求9所述的融合式抗横风方法，其特征在于，在步骤当变量F大于风力预设值时，若变量P小于偏移预设值，纠偏模块处于关闭状态，动力模块处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且等于风力大小的力；若变量P大于偏移预设值，动力模块处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且大于或者等于风力大小的力，且纠偏模块处于工作状态以带动所述机架沿着偏移方向相反的方向移动中，还包括步骤：

当变量F大于风力预设值且小于对抗极限值时，动力模块处于倾转状态，提供一个与风力方向相反且等于风力大小的力；

当变量F大于或者等于动力模块对抗极限值时，动力模块维持提供一个与风力方向相反且风力大小等于对抗极限值的力。

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