一种带有横向静摩擦力推进装置的攀壁机的制作方法

本发明涉及机械电子设备。

背景技术：

公知的墙壁作业，如高楼擦玻璃等，尚无成熟的自动化设备以替代人工进行半空作业。而当前公知的可用墙壁作业设备，需要将人工吊挂在半空已完成作业，这不仅增大了作业成本，而且导致人身安全问题。为了实现避免将人工吊挂在半空，仅靠自动化设备就能实现墙壁高处作业的目的，相关领域的研究人员作了大量的研究工作，一种公知的思路是，采用带有螺旋桨的攀壁机，该设备通过螺旋桨产生的反向推力稳定地附着在墙壁上，并通过电动机拖动装置实现上下移动，同时设置有必要的作业装置以完成必要的攀壁作业，以代替人工完成墙壁上的高空作业。该方案需要解决的一个关键问题是，如何实现攀壁机的精确横向位置控制。

技术实现要素：

为了实现攀壁机的精确横向位置控制，本发明提供了一种带有横向推进装置的攀壁机。横向推进装置包括驱动系统和对外接触组件。攀壁机利用螺旋桨产生的反向推力，将横向推进装置上的对外接触组件压到墙体表面上，在推进装置的驱动系统的驱动下，对外接触组件横向推动与之接触的墙体表面，并利用墙体表面的反向静摩擦力推动攀壁机本体横向移动。从而实现精确控制攀壁机本体的横向移动。

本发明提供的攀壁机，主要包括攀壁机本体、横向推进装置、螺旋桨、螺旋桨驱动装置、用于拖动攀壁机本体的电动机拖动装置。

优选地，螺旋桨驱动装置是电动机系统。

在实际工作中，攀壁机本体与电动机拖动装置之间通过牵引绳相连接，电动机拖动装置主要包括电动机驱动系统。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。电动机拖动装置的驱动电机系统也可以直接固定在攀壁机本体上，同时将牵引绳的另一端连接在楼顶固定位置处或位于楼顶的电动小车上。

优选地，采用单套电机拖动系统对攀壁机本体进行拖动。采用公知的类似于多旋翼无人机姿态控制的通过调整螺旋桨转速差的方式来调整攀壁机本体的角度，实现攀壁机姿态的动态平衡。

优选地，作业工具（如擦拭器、刮水器等）固定在攀壁机本体的上方。

为了实现攀壁机的精确横向位置控制，本发明提供了一种横向推进装置。横向推进装置包括驱动系统和对外接触组件。驱动系统可以是带有角度传感器（如编码器）的伺服控制电动机。对外接触组件可以是轮子，也可以是带有支撑轮组的履带（优选地，采用皮革、橡胶或尼龙等柔性材质）。驱动系统和对外接触组件之间可以是直接相连，也可以通过传动装置相连。攀壁机利用螺旋桨产生的反向推力，将横向推进装置上的对外接触组件压到墙体表面上，在推进装置的驱动系统的驱动下，对外接触组件横向推动与之接触的墙体表面，并利用墙体表面的反向静摩擦力推动攀壁机本体横向移动。从而实现精确控制攀壁机本体的横向移动。

螺旋桨系统包括螺旋桨和螺旋桨驱动装置。螺旋桨的驱动装置固定在攀壁机本体上。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，为了提高安全性，可以在螺旋桨周围设置防护框架。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。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。所采用的传感器可以是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）。

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。

为了实现特定的作业任务，本发明所提供的攀壁机上可以设置特定的作业工具，作业工具可以是擦拭器和刮水器（用于擦玻璃等），也可以是喷枪（用于喷涂作业），也可以是高压水枪（用于清洗）。当作业工具是喷枪或水枪时，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，用于供应所需液体。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。

当作业工具中包括液体喷射装置时，可以在攀壁机上设置潜水泵，用于控制液体的喷射。

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。

本发明的有益效果是：提出了一种带有横向推进装置的攀壁机，该攀壁机可以稳定地附着在墙壁上且能够在横向推进装置的作用下进行精确的横向移动，并在牵引系统的作用下上下移动。该攀壁机可以代替人工完成墙壁上的高空作业，以避免人身安全风险并降低作业成本。

附图说明

图1是本发明所提供攀壁机的正视图。

图2是本发明所提供攀壁机的侧面剖视图。

图3是本发明所提供攀壁机的局部俯视图。

图1中，1.攀壁机本体，2.支撑杆（包括支撑杆2.1-2.3），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.姿态调整电动关节，6.刚性结构，7.作业工具，8.横向推动装置的驱动电机，9.轮子（横向推动装置的对外接触组件），10.牵引绳，11.电机拖动装置的用于缠绕牵引绳的轱辘，12.电机拖动装置的电动机，墙体（13）。

具体实施方式

如图1所示，攀壁机本体（1）包括四个螺旋桨（3），螺旋桨（3）的旋转平面位于竖直平面内（或者略有倾斜），因此螺旋桨（3）旋转时会产生水平推力。该水平推力将攀壁机本体（1）推向所要攀附的墙体（13）上。

攀壁机（1）的电动机拖动装置包括牵引绳（10）、轱辘（11）以及驱动电机（12）。在驱动电机（12）的驱动作用下，轱辘（11）旋转，带动攀壁机本体（1）上下移动。

刚性结构（6）受到牵引绳（10）的向上的拉力以及攀壁机本体（1）的向下的拉力，因此姿态不易发生变化，可以作为攀壁机本体（1）姿态调整的支撑物。通过调整姿态调整电动关节（5），可以实现攀壁机本体（1）俯仰角度的姿态调整。

通过调整攀壁机本体（1）的俯仰角度，可以使作业工具（7）、轮子（9）分别与墙体接触或分离。即：当攀壁机本体（1）的俯仰姿态设置为前倾时，只有作业工具（7）与所攀附的墙面（13）接触，此时为正常工作状态；而当攀壁机本体（1）的俯仰姿态设置为后仰时，只有轮子（9）与所攀附的墙面（13）接触，此时可以对攀壁机（1）的横向位置进行调整。

驱动电机（9）以及与其共轴相连的轮子（8）共同构成横向推动装置。其中驱动电机（9）是伺服电机，能够根据控制器的指令信号按特定速度转动或转动特定角度。在螺旋桨（3）的反向推力作用下，轮子（9）的外边沿与墙体（13）表面存在一定的压力。在驱动电机（9）的驱动下，轮子（9）的外边沿对墙体（13）表面施加作用力（静摩擦力），在墙体（13）表面反向作用力，即静摩擦力的作用下，攀壁机本体（1）作横向移动，且移动的速度或距离决定于驱动电机（9）的转动速度或角度。