CN113147941B - 一种可灵活转向的爬墙机及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可灵活转向的爬墙机及使用方法，爬墙机包括外框支架组件、移动吸附组件和螺旋桨组件，螺旋桨组件安装在外框支架组件上，移动吸附组件位于螺旋桨组件的下方，移动吸附组件可以实现爬墙机的自由转向以及移动，移动吸附组件和螺旋桨组件结合使用，可以实现爬墙机在垂直墙面上的紧密贴合；本发明解决了目前爬墙机转向困难、运行不灵活等问题，满足了爬墙机发展的需求。

Description

一种可灵活转向的爬墙机及使用方法

技术领域

本发明涉及一种可灵活转向的爬墙机及使用方法，属于爬墙机领域。

背景技术

随着社会地不断发展，高层建筑越来越多，玻璃幕墙的清洗，桥梁高楼的检修维护等，人工作业越发受限，开发出适应各种复杂环境的爬墙结构越发重要。爬墙机器可以替代人工完成较多且复杂的工作，比如高空玻璃幕墙、太阳能光伏板的清洁等等。

目前大多数爬墙机器结构采用履带爬行的方式，由于机器外壳形状的缘故，履带式爬墙机器在转向运行时会存在一定的死角。而机械臂式的爬墙结构存在体积大，转向困难等问题。因此，需要一种可以灵活转向的爬墙机器结构，来高效便捷地完成各种工作。

发明内容

本发明提供一种可灵活转向的爬墙机及使用方法，能够在垂直墙面或者光滑平面稳定爬行，同时灵活改变移动方向。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可灵活转向的爬墙机，包括外框支架组件、移动吸附组件和螺旋桨组件，外框支架组件包括呈方形状的外框，外框的中心布设中心圆，外框表面四个角位置分别设置连接杆，连接杆的一端固定在外框表面其中一个角处，另一端与中心圆圆周壁连接，且四根连接杆的另一端同时指向中心圆圆心；

在外框的底部固定圆形滑槽，圆形滑槽的中心与中心圆的圆心同轴设置；

移动吸附组件包括两个双直流电机、直流电机以及丝杆，丝杆的一端与直流电机的电机轴固定连接，此端部的直流电机固定一个双直流电机，丝杆的另一端固定一个双直流电机，两个双直流电机对称安装，且每个双直流电机的齿轮与匹配的圆形滑槽啮合，在丝杆上套设吸附仓，在吸附仓的底部安装吸盘；

前述的螺旋桨组件包括电机仓和若干螺旋桨叶片，在中心圆的底部安装电机仓，若干螺旋桨叶片与电机仓连接；

外框底部四个角位置分别安装万向滑轮；

作为本发明的进一步优选，前述的外框为正方形状，外框的边长为两个螺旋桨叶片长度与浆毂的直径之和；

作为本发明的进一步优选，前述的螺旋桨叶片选用六个，为六叶式推进螺旋桨；

作为本发明的进一步优选，圆形滑槽的直径小于呈正方形状外框的边长；

作为本发明的进一步优选，中心圆的尺寸与电机仓的尺寸相同；

一种基于上述任意所述可灵活转向的爬墙机的使用方法，将爬墙机放置于墙面，启动后，螺旋桨叶片旋转产生垂直于墙面向爬墙机顶部冲出的气流，形成作用于爬墙机的推进力，此时位于爬墙机底部的吸盘产生吸力，将爬墙机紧紧贴合在墙面上；

螺旋桨叶片持续旋转，当爬墙机需要移动时，启动直流电机，此时丝杆旋转带动吸附仓相对墙面发生移动，吸附仓移动至丝杆的端部时停止移动，接着再反向转动丝杆，此时吸盘启动吸附作用，吸附仓吸附固定在墙面，丝杆带动外框实现爬墙机移动，如此反复上述过程，可以实现爬墙机的移动运行；

当爬墙机需要改变方向时，停止吸附仓的吸附工作，启动双直流电机进行同步同向移动，丝杆在圆形滑槽上进行顺时针或者逆时针的旋转，当爬墙机达到预想转向位置时，停止双直流电机。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的爬墙机通过螺旋桨组件、移动吸附组件共同协作，使得爬墙机可以较好的贴合在垂直墙面或者光滑表面；

2、本发明通过双直流电机驱动丝杆在圆形滑槽上的转向，实现爬墙机的灵活转向，同时保证爬墙机在转向过程中不会出现卡顿、停滞问题；

3、本发明可以同时实现爬墙机的灵活转向以及自由移动运行。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的优选实施例整体结构的俯视图；

图2是本发明提供的优选实施例整体结构的侧视图；

图3是本发明提供的优选实施例关于推进力的分解示意图；

图4是本发明提供的优选实施例关于齿轮与圆形滑槽的剖面图。

图中：11为外框，12为圆形滑槽，13为万向滑轮，21为双直流电机，22为齿轮，31为直流电机，32为丝杆，33为吸附仓，34为吸盘，41为螺旋桨叶片，42为电机仓。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本申请的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

针对目前现有技术中，爬墙机存在体积大，转向困难的问题，本申请旨在提供一种可以灵活转向的爬墙机，图1所示是本申请提供的优选实施例的俯视图，图2是其侧视图，总的来说，包括外框支架组件、移动吸附组件和螺旋桨组件，移动吸附组件可以实现爬墙机的自由转向以及移动，移动吸附组件和螺旋桨组件结合使用，可以实现爬墙机在垂直墙面上的紧密贴合。

现在从结构上具体阐述一下每个部分，外框支架组件包括呈方形状的外框11，外框的中心布设中心圆，外框表面四个角位置分别设置连接杆，连接杆的一端固定在外框表面其中一个角处，另一端与中心圆圆周壁连接，且四根连接杆的另一端同时指向中心圆圆心，从图中可以看出，爬墙机的外框除了其顶部的中心圆以及四根连接杆，其余部分为镂空，可以实现爬墙机整体重量的减轻，镂空面积使所述螺旋桨叶片41被俯视时能够全部可见，同时使得所述螺旋桨叶片产生的气流能够更好地相对爬墙机器顶部向上流动，形成较大的推进力；在优选实施例中，外框设计为正方形状，使其具有很好的平衡性以及稳定性，为了进一步保证平衡性，约束外框的边长为两个螺旋桨叶片长度与浆毂的直径之和。

在外框的底部固定圆形滑槽12，圆形滑槽的中心与中心圆的圆心同轴设置；

移动吸附组件包括两个双直流电机21、直流电机31以及丝杆32，丝杆的一端与直流电机的电机轴固定连接，此端部的直流电机固定一个双直流电机，丝杆的另一端固定一个双直流电机，两个双直流电机具有相同的功率，对称安装后，每个双直流电机的齿轮与匹配的圆形滑槽啮合，当丝杆两端的双直流电机同步同向转动时，以实现丝杆在圆形滑槽上顺时针或者逆时针的转向；在丝杆上套设吸附仓，在吸附仓的底部安装吸盘；当丝杆进行顺时针或者逆时针转动时，吸附仓可以在丝杆上来回移动；外框底部四个角位置分别安装万向滑轮13，能够很好的实现爬墙机在各个方向上的移动；螺旋桨组件包括电机仓42和若干螺旋桨叶片，在中心圆的底部安装电机仓，若干螺旋桨叶片与电机仓连接；中心圆的尺寸与电机仓的尺寸相同；在优选实施例中，螺旋桨选用六叶式推进螺旋桨，这是基于螺旋桨的推进力，爬墙机能够成功爬墙，螺旋桨叶片产生的推进力至关重要，螺旋桨推进力计算公式为：

推力F＝Cn*通道面积*空气密度*流速^2(偏差修正值Cn＝0.8)

推进力与螺旋桨叶片的长度以及螺旋桨叶片的数目在一定范围内成正比关系，但是同时还需要考虑所承载的电机功率、转速以及电机的重量；当螺旋桨叶片过少时无法产生合适的推进力使摩擦力达到最大，当螺旋桨叶片过多时，对电机功率的需求会增大，因此权衡以后，本申请选用六叶式推进螺旋桨，单个螺旋桨叶片占据浆毂六分之一的角度，即60°，这样可以适当降低所需电机转速及功率要求，减小电机对机器爬墙的影响。

为了更好的阐述推进力的问题，图3所示，本申请给出了一个具体示意图，图中螺旋桨对机器自身产生推进力定义为F_推进力，该F_推进力使爬墙机与墙面产生向上的最大静摩擦力

f_摩擦，最大静摩擦力f_摩擦与所述爬墙机的重力G二力平衡，使得爬墙机器能够稳定在墙面上不掉落；当吸盘产生F_吸力时，因摩擦力已经是最大静摩擦力f_摩擦，因此爬墙机器依旧可以稳定在墙面上，此外水平方向上的F_推进力和F_吸力与来自墙面的支撑力相平衡。

针对上方所述的爬墙机结构，申请人还提供了其使用方法，使用方法从整体上来说，有以下几个作用，第一，螺旋桨叶片与吸附仓配合来实现爬墙机在爬墙时不掉落；第二，丝杆与吸附仓配合来实现爬墙机的自用移动；第三，双直流电机与丝杆配合实现爬墙机的自由转向。

关于第一点，当爬墙机放置于墙面上时，尤其是针对垂直面墙壁，电机仓内的电机启动带动螺旋桨叶片旋转，产生垂直于墙面向爬墙机顶部冲出的气流，形成作用于爬墙机的推进力，此时位于爬墙机底部的吸盘产生吸力，将爬墙机紧紧贴合在墙面上；

关于第二点，螺旋桨叶片持续旋转，当爬墙机需要移动时，启动直流电机，此时丝杆旋转带动吸附仓相对墙面发生移动，吸附仓移动至丝杆的端部时停止移动，接着再反向转动丝杆，此时吸盘启动吸附作用，吸附仓吸附固定在墙面，丝杆带动外框实现爬墙机移动，如此反复上述过程，可以实现爬墙机的移动运行；

关于第三点，当爬墙机需要改变方向时，停止吸附仓的吸附工作，启动双直流电机进行同步同向移动，丝杆在圆形滑槽上进行顺时针或者逆时针的旋转，当爬墙机达到预想转向位置时，停止双直流电机。

为了更直观的表达爬墙机的移动以及转向，图4所示，以此图中方向来定义左右上下，左侧和右侧分别有一组直流电机以及双直流电机，两端双直流电机上的锯齿状齿轮与圆形滑槽内的锯齿状轨道完美啮合，所述两个双直流电机的齿轮在电机驱动下能够进行同步同向转动；当整体结构图图示左下方的电机齿轮进行逆时针转动时，左下方的电机齿轮及丝杆相对于圆形滑槽平面有向上方运动的趋势；整体结构图图示右上方的电机齿轮进行逆时针转动时，右上方的电机齿轮及丝杆相对于圆形滑槽平面有向下方运动的趋势；两端电机同步进行转动工作，使得所述丝杆在圆形滑槽平面上进行顺时针旋转。

当整体结构图图示左下方的电机齿轮进行顺时针转动时，左下方的电机齿轮及丝杆相对于圆形滑槽平面有向下方运动的趋势；整体结构图图示右上方的电机齿轮进行顺时针转动时，所述右上方的电机齿轮及丝杆相对于圆形滑槽平面有向上方运动的趋势；两端电机同步进行转动工作，使得所述丝杆在圆形滑槽平面上进行逆时针旋转。

当丝杆两端双直流电机停止工作时，丝杆停止在圆形滑槽平面上的顺时针或者逆时针旋转。

综上可知，本申请提供的爬墙机可以作为爬墙设备的一个部分使用，可以单独使用一个，也可以多组协调运行，解决了目前爬墙机转向困难、运行不灵活等问题，满足了爬墙机发展的需求。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种可灵活转向的爬墙机，其特征在于：包括外框支架组件、移动吸附组件和螺旋桨组件，外框支架组件包括呈方形状的外框，外框的中心布设中心圆，外框表面四个角位置分别设置连接杆，连接杆的一端固定在外框表面其中一个角处，另一端与中心圆圆周壁连接，且四根连接杆的另一端同时指向中心圆圆心；

在外框的底部固定圆形滑槽，圆形滑槽的中心与中心圆的圆心同轴设置；

移动吸附组件包括两个双直流电机、直流电机以及丝杆，丝杆的一端与直流电机的电机轴固定连接，此端部的直流电机固定一个双直流电机，丝杆的另一端固定一个双直流电机，两个双直流电机对称安装，且每个双直流电机的齿轮与匹配的圆形滑槽啮合，在丝杆上套设吸附仓，在吸附仓的底部安装吸盘；

前述的螺旋桨组件包括电机仓和若干螺旋桨叶片，在中心圆的底部安装电机仓，若干螺旋桨叶片与电机仓连接；

外框底部四个角位置分别安装万向滑轮。

2.根据权利要求1所述的可灵活转向的爬墙机，其特征在于：前述的外框为正方形状，外框的边长为两个螺旋桨叶片长度与浆毂的直径之和。

3.根据权利要求1所述的可灵活转向的爬墙机，其特征在于：前述的螺旋桨叶片选用六个，为六叶式推进螺旋桨。

4.根据权利要求2所述的可灵活转向的爬墙机，其特征在于：圆形滑槽的直径小于呈正方形状外框的边长。

5.根据权利要求2所述的可灵活转向的爬墙机，其特征在于：中心圆的尺寸与电机仓的尺寸相同。

6.一种基于上述任意权利要求所述可灵活转向的爬墙机的使用方法，其特征在于：将爬墙机放置于墙面，启动后，螺旋桨叶片旋转产生垂直于墙面向爬墙机顶部冲出的气流，形成作用于爬墙机的推进力，此时位于爬墙机底部的吸盘产生吸力，将爬墙机紧紧贴合在墙面上；

螺旋桨叶片持续旋转，当爬墙机需要移动时，启动直流电机，此时丝杆旋转带动吸附仓相对墙面发生移动，吸附仓移动至丝杆的端部时停止移动，接着再反向转动丝杆，此时吸盘启动吸附作用，吸附仓吸附固定在墙面，丝杆带动外框实现爬墙机移动，如此反复上述过程，可以实现爬墙机的移动运行；

当爬墙机需要改变方向时，停止吸附仓的吸附工作，启动双直流电机进行同步同向移动，丝杆在圆形滑槽上进行顺时针或者逆时针的旋转，当爬墙机达到预想转向位置时，停止双直流电机。

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