一種方形旋流吸附裝置以及基于該裝置的攀爬機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種方形旋流吸附裝置以及基于該裝置的攀爬機(jī)器人，方形旋流吸附裝置包括方形殼體、電機(jī)以及扇葉，扇葉設(shè)置在方形殼體內(nèi)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)扇葉旋轉(zhuǎn)；方形殼體包括蓋板和方形圍板，方形圍板一端與蓋板固定連接，其另一端設(shè)有開口，扇葉設(shè)置在方形圍板內(nèi)?；谠撗b置的攀爬機(jī)器人包括支撐底板以及驅(qū)動(dòng)裝置，方形旋流吸附裝置以及驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在支撐底板上，驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置有若干驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)支撐底板移動(dòng)，方形旋流吸附裝置的蓋板固定在支撐底板上。本發(fā)明吸附裝置采用方形殼體，增大了吸附面積，同時(shí)也增大了吸附裝置的吸附力，使得攀爬機(jī)器人能夠獲得更大的負(fù)載能力。
【專利說明】
一種方形旋流吸附裝置以及基于該裝置的攀爬機(jī)器人
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種方形旋流吸附裝置以及基于該裝置的攀爬機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]攀爬機(jī)器人一般均設(shè)置有吸附器，有的吸附器是采用真空原理吸附，有的吸附器是采用旋流原理吸附。無論采用哪種原理的吸附器，其吸附的作用截面都是采用圓形截面，沒有見過采用方形截面的產(chǎn)品和相關(guān)的文獻(xiàn)介紹。
[0003]另一方面，采用旋流吸附器的攀爬機(jī)器人的越障能力受到旋流器的殼體底部與吸附面的間距大小限制，間距增大，吸附器會(huì)發(fā)生吸附力下降和能耗增加等問題，嚴(yán)重影響了其適用范圍。因此，現(xiàn)有技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)和提尚。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種方形旋流吸附裝置以及基于該裝置的攀爬機(jī)器人，把吸附器的吸附截面由圓形改進(jìn)成方形，同時(shí)對(duì)旋流器的殼體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，極大地提高攀爬機(jī)器人的越障高度，提高其越障能力。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，提供一種方形旋流吸附裝置，包括方形殼體、電機(jī)以及扇葉，扇葉設(shè)置在方形殼體內(nèi)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)扇葉旋轉(zhuǎn);方形殼體包括蓋板和方形圍板，方形圍板一端與蓋板固定連接，其另一端設(shè)有開口，扇葉設(shè)置在方形圍板內(nèi)，電機(jī)設(shè)置在方形殼體的頂部并通過設(shè)置在蓋板上的電機(jī)孔驅(qū)動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007]進(jìn)一步地，在蓋板的四個(gè)角上分別設(shè)置有若干疏導(dǎo)氣孔，每個(gè)疏導(dǎo)氣孔的一端與外界相連通，其另一端分別與方形圍板的四個(gè)直角落區(qū)域相連通。
[0008]進(jìn)一步地，在方形圍板的四個(gè)直角上設(shè)置有臺(tái)階面，使得方形圍板與蓋板之間形成有疏導(dǎo)縫隙流道，疏導(dǎo)縫隙流道使得方形圍板的四個(gè)直角落區(qū)域與外界相連通。
[0009]進(jìn)一步地，在方形圍板的四個(gè)直角處設(shè)置有倒角或圓弧角。
[0010]本發(fā)明還公開了一種使用如上述的方形旋流吸附裝置的攀爬機(jī)器人，包括支撐底板以及驅(qū)動(dòng)裝置，方形旋流吸附裝置以及驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在支撐底板上，驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置有若干驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)支撐底板移動(dòng)，方形旋流吸附裝置的蓋板固定在支撐底板上。
[0011]進(jìn)一步地，在方形圍板開口處的四周邊緣均設(shè)置有軟性裙邊，軟性裙邊分別設(shè)置在方形圍板的外周緣、或/和內(nèi)周緣。
[0012]進(jìn)一步地，軟性裙邊包括若干小的裙邊。
[0013]進(jìn)一步地，軟性裙邊的底部與若干驅(qū)動(dòng)輪所在平面之間設(shè)有間隙。
[0014]進(jìn)一步地，驅(qū)動(dòng)輪為四個(gè)，分別設(shè)置在支撐底板的兩側(cè)。
[0015]進(jìn)一步地，攀爬機(jī)器人設(shè)有若干組吸附裝置，每個(gè)吸附裝置的方形殼體分別設(shè)置在支撐底板的底面上，在每個(gè)方形殼體內(nèi)分別設(shè)置有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的扇葉。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的方形旋流吸附裝置以及基于該裝置的攀爬機(jī)器人，吸附裝置采用方形殼體，不僅增大了吸附面積，同時(shí)也增大了吸附裝置的吸附力，使得攀爬機(jī)器人能夠獲得更大的負(fù)載能力。
[0017]
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的立體示意圖；
圖2a為現(xiàn)有技術(shù)的帶圓形殼體的攀爬機(jī)器人示意圖；
圖2b為本發(fā)明的帶方形殼體的攀爬機(jī)器人示意圖；
圖3為方形殼體內(nèi)扇葉旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)空氣流動(dòng)現(xiàn)象分布示意圖；
圖4a為在方形殼體上增加疏導(dǎo)流道的一個(gè)實(shí)施例；
圖4b為在方形殼體上增加疏導(dǎo)流道的另一個(gè)實(shí)施例；
圖5為在方形殼體四個(gè)直角處增加倒角的實(shí)施例；
圖6為攀機(jī)器人吸附裝置的工作原理示意圖；圖7為圖6中吸附裝置與軟性裙邊的工作原理示意圖；
圖8a為圖6的軟性裙邊剪成若干小裙邊的示意圖；
圖Sb為在圖6的方形圍板的底面上增加內(nèi)外兩層軟性裙邊的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0020]請(qǐng)參照?qǐng)D1所示，本發(fā)明方形旋流吸附裝置以及基于該裝置的攀爬機(jī)器人的較佳實(shí)施例，包括支撐底板1、方形旋流吸附裝置2以及驅(qū)動(dòng)裝置3。方形旋流吸附裝置2以及驅(qū)動(dòng)裝置3設(shè)置在支撐底板I上。
[0021]驅(qū)動(dòng)裝置3設(shè)置有若干驅(qū)動(dòng)輪4，驅(qū)動(dòng)輪4帶動(dòng)支撐底板I移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)輪4為四個(gè)，分別設(shè)置在支撐底板I的兩側(cè)。
[0022]方形旋流吸附裝置2包括方形殼體21、電機(jī)22以及扇葉23。方形殼體21設(shè)置在支撐底板I的底面上。方形殼體21包括蓋板24和方形圍板25，蓋板24固定在支撐底板上，方形圍板25—端與蓋板24固定連接，其另一端設(shè)有開口，扇葉23設(shè)置在方形圍板25內(nèi)，電機(jī)22設(shè)置在方形殼體21的頂部并通過設(shè)置在蓋板24上的電機(jī)孔驅(qū)動(dòng)扇葉23轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0023]本實(shí)施例利用方形殼體21取代現(xiàn)有技術(shù)的圓形殼體，可以產(chǎn)生更大的負(fù)壓，從而使得方形旋流吸附裝置2得到更大的吸附力。實(shí)驗(yàn)表明，與現(xiàn)有技術(shù)的圓形殼體(如圖2a所示)現(xiàn)比，本實(shí)施例采用方形殼體21的方形旋流吸附裝置2(如圖2b)能夠產(chǎn)生更大的吸附力，根據(jù)目前的測(cè)試數(shù)據(jù)來看，增幅率達(dá)到18%。也就是說，在扇葉23的轉(zhuǎn)速相同的情況下，使用方形旋流吸附裝置2的攀爬機(jī)器人能夠獲得更大的負(fù)載能力。我們僅僅通過改變殼體形狀就能夠達(dá)到提升機(jī)器人的負(fù)載能力的突出效果。接下來，我們從流體力學(xué)的角度來說明為什么能達(dá)到這樣的有益效果。如圖3所示，扇葉23雖然無法直接驅(qū)動(dòng)方形殼體21的四個(gè)角的空間里的空氣，但是，空氣的粘性作用仍然可以把旋轉(zhuǎn)的剪切力傳遞到四個(gè)角的空間，從而四個(gè)角的空間里的空氣具有一定的旋轉(zhuǎn)速度的分量。具有旋轉(zhuǎn)速度分量的部分區(qū)域在離心力的作用下形成負(fù)壓。四個(gè)角的空間的負(fù)壓不僅能夠產(chǎn)生額外的吸附力，而且還會(huì)使中心部分的負(fù)壓分布整體向負(fù)壓方向移動(dòng)，從而能夠提升整體的吸附力。
[0024]我們?cè)趯?shí)驗(yàn)研究過程中還發(fā)現(xiàn)，在方形殼體21的四個(gè)直角的小區(qū)域會(huì)形成微弱的正壓。這是因?yàn)樵谧羁拷苯堑男^(qū)域會(huì)出現(xiàn)漩渦。漩渦導(dǎo)致空氣滯留現(xiàn)象，因此產(chǎn)生了微弱正壓。很顯然，微弱正壓區(qū)域的存在會(huì)產(chǎn)生排斥力，這對(duì)攀爬機(jī)器人而言是不利的。為此，我們采用疏導(dǎo)滯留空氣的思路來對(duì)方形殼體21的吸附器做進(jìn)一步的改良設(shè)計(jì)。我們?cè)O(shè)置疏導(dǎo)流道來連通正壓區(qū)域和外界大氣，那么，滯留的空氣就會(huì)通過疏導(dǎo)流道排出，從而消除正壓區(qū)域。具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以多種多樣。在此例舉兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。第一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(圖4a):在蓋板24的四個(gè)角上分別設(shè)置有若干疏導(dǎo)氣孔26，每個(gè)疏導(dǎo)氣孔26—端與外界相連通，其另一端分別與方形圍板25的四個(gè)直角落區(qū)域相連通。第二種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(圖4b):在方形圍板25的四個(gè)直角上設(shè)置有臺(tái)階面，使得方形圍板25與蓋板24之間形成有疏導(dǎo)縫隙流道27，疏導(dǎo)縫隙流道27使得方形圍板25的四個(gè)直角落區(qū)域與外界相連通。
[0025]除了設(shè)置疏導(dǎo)流道的方法外，我們也可以采用更直接的方式來消除直角處的小區(qū)域的正壓區(qū)域。如圖5所示，在方形圍板25的四個(gè)直角處設(shè)置有倒角或圓弧角。消除小區(qū)域的空間，也就徹底消除了該區(qū)域的漩渦和空氣滯留問題。本實(shí)施例是設(shè)置了倒角28。
[0026]當(dāng)我們?cè)谠O(shè)計(jì)攀爬機(jī)器人的時(shí)候，我們希望盡可能的減小機(jī)器人的尺寸。機(jī)器人的尺寸越小，機(jī)器人就能夠通過更窄的路徑，同時(shí)，機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性也更好。吸附裝置的大小也在一定程度上決定了機(jī)器人的尺寸。接下來，我們從機(jī)器人的小型化設(shè)計(jì)的角度來闡述本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)。首先，機(jī)器人如果安裝了現(xiàn)有技術(shù)的圓形吸附機(jī)構(gòu)的話，那么，當(dāng)攀爬機(jī)器人在墻面B上行走時(shí)，吸附裝置所占的路徑寬度為圓形的直徑，如圖2a。如果采用本發(fā)明的方形殼體21的吸附機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的話，在占用相同路徑寬度的情況下，本發(fā)明所能提供的吸附力大于現(xiàn)有技術(shù)。換句話說，在保證相同吸附力的情況下，本發(fā)明的機(jī)器人的吸附機(jī)構(gòu)可以制作得比現(xiàn)有技術(shù)的圓形殼體吸附機(jī)構(gòu)小，因此，能通過的路徑寬度也就變小，機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性變得更好。
[0027]更進(jìn)一步，為了提高攀爬機(jī)器人的跨越凸起障礙物的能力，本發(fā)明在方形圍板25開口處的四周邊緣均設(shè)置有軟性裙邊5，軟性裙邊分別設(shè)置在方形圍板25的外周緣、或/和內(nèi)周緣。軟性裙邊5由軟性材料制造。軟性裙邊5的底部與若干驅(qū)動(dòng)輪4所在平面之間設(shè)有間隙。軟性裙邊5包括若干小的裙邊51，使得攀爬機(jī)器人通過不同大小的障礙物。
[0028]請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1以及圖6所示，一般地，攀爬機(jī)器人吸附裝置殼體的底部與驅(qū)動(dòng)輪接觸面(也稱為攀爬面)的間距大小決定了攀爬機(jī)器人的越障能力障礙物的大小。間距越大，攀爬機(jī)器人能夠通過的障礙高度就越高，越障能力就越強(qiáng)。直接增加該間距可以改善攀爬機(jī)器人的通過性。但是，這一方法有兩個(gè)缺點(diǎn):I)吸附力隨著間距的增加會(huì)減??；2)功耗隨著間隙的增加會(huì)增大。其原因是，間距的增加導(dǎo)致吸附裝置下方的邊界欠約束的空間增大，如圖6所示。該空間的上部是高速旋轉(zhuǎn)的扇葉23，而該空間的下部是靜止的壁面。因此，該空間的內(nèi)部的空氣會(huì)形成旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，同時(shí)，旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的空氣在垂直墻面B的方向上存在明顯的遞減分布。越接近扇葉23的空氣旋轉(zhuǎn)越劇烈，而越接近墻面B的空氣旋轉(zhuǎn)則會(huì)變?nèi)?。旋轉(zhuǎn)流動(dòng)的空氣分布導(dǎo)致了在垂直墻面B的方向上形成壓力差。在壓力差的驅(qū)動(dòng)下，外周的空氣會(huì)在無約束的邊界處形成循環(huán)流動(dòng)，如圖6所示。循環(huán)流動(dòng)會(huì)嚴(yán)重干擾殼體里的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)，進(jìn)而削弱殼體內(nèi)部的負(fù)壓。根據(jù)以上分析可知，阻止循環(huán)流動(dòng)是保護(hù)方形殼體21內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)流動(dòng)和負(fù)壓的根本所在。我們所采用的方案是:在方形殼體21的外周設(shè)置軟性裙邊5，如圖7所示。軟性裙邊5阻礙了循環(huán)流動(dòng)的形成，所得到的有益效果是:方形殼體21與攀爬面的高度增大了，但是，由于采用軟性裙邊5約束方形旋流吸附裝置2的方形殼體21下方空間的邊界，彌補(bǔ)了高度增大帶來的不利影響，方形旋流吸附裝置2的吸附力并沒有顯著減少。另一方面，由于軟性裙邊5采用軟性材料制造，并不影響攀爬機(jī)器人通過超過軟性裙邊5的底部與若干驅(qū)動(dòng)輪4所在平面之間的間隙高度的障礙物A，從而提高攀爬機(jī)器人的越障能力。進(jìn)一步，我們可以將軟性裙邊5剪斷成小塊裙邊51(圖8a)，同時(shí)采用軟性裙邊5多層疊放的方式(圖Sb)，既保證了凸起的障礙物容易通過，又能有效地起到阻擋氣流的作用。
[0029]在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，方形殼體21外形大小與支撐底板I相同，可以充分利用支撐底板I的有效空間來作為方形旋流吸附裝置2的吸附面，最大限度地增大吸附面。
[0030]作為本發(fā)明的再一實(shí)施例，攀爬機(jī)器人安裝有若干組方形旋流吸附裝置2，每個(gè)方形旋流吸附裝置2的方形殼體21分別設(shè)置在支撐底板I的底面上，這些方形旋流吸附裝置2的總面積與支撐底板I的面積相當(dāng)。在每個(gè)方形殼體21內(nèi)分別設(shè)置有由電機(jī)22驅(qū)動(dòng)的扇葉23ο
[0031]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種方形旋流吸附裝置，其特征在于，包括方形殼體、電機(jī)以及扇葉，所述扇葉設(shè)置在方形殼體內(nèi)，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)扇葉旋轉(zhuǎn);所述方形殼體包括蓋板和方形圍板，所述方形圍板一端與蓋板固定連接，其另一端設(shè)有開口，所述扇葉設(shè)置在方形圍板內(nèi)，所述電機(jī)設(shè)置在方形殼體的頂部并通過設(shè)置在蓋板上的電機(jī)孔驅(qū)動(dòng)扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)。2.如權(quán)利要求1所述的方形旋流吸附裝置，其特征在于，在所述蓋板的四個(gè)角上分別設(shè)置有若干疏導(dǎo)氣孔，每個(gè)所述疏導(dǎo)氣孔的一端與外界相連通，其另一端分別與方形圍板的四個(gè)直角落區(qū)域相連通。3.如權(quán)利要求1所述的方形旋流吸附裝置，其特征在于，在所述方形圍板的四個(gè)直角上設(shè)置有臺(tái)階面，使得方形圍板與蓋板之間形成有疏導(dǎo)縫隙流道，所述疏導(dǎo)縫隙流道使得方形圍板的四個(gè)直角落區(qū)域與外界相連通。4.如權(quán)利要求1所述的方形旋流吸附裝置，其特征在于，在所述方形圍板的四個(gè)直角處設(shè)置有倒角或圓弧角。5.—種使用如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的方形旋流吸附裝置的攀爬機(jī)器人，包括支撐底板以及驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于，所述方形旋流吸附裝置以及驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置在支撐底板上，所述驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置有若干驅(qū)動(dòng)輪，所述驅(qū)動(dòng)輪帶動(dòng)支撐底板移動(dòng)，所述方形旋流吸附裝置的蓋板固定在支撐底板上。6.如權(quán)利要求5所述的基于方形旋流吸附裝置的攀爬機(jī)器人，其特征在于，在所述方形圍板開口處的四周邊緣均設(shè)置有軟性裙邊，所述軟性裙邊分別設(shè)置在方形圍板的外周緣、或/和內(nèi)周緣。7.如權(quán)利要求6所述的基于方形旋流吸附裝置的攀爬機(jī)器人，其特征在于，所述軟性裙邊包括若干小的裙邊。8.如權(quán)利要求6或7所述的基于方形旋流吸附裝置的攀爬機(jī)器人，其特征在于，所述軟性裙邊的底部與若干驅(qū)動(dòng)輪所在平面之間設(shè)有間隙。9.如權(quán)利要求5所述的基于方形旋流吸附裝置的攀爬機(jī)器人，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)輪為四個(gè)，分別設(shè)置在支撐底板的兩側(cè)。10.如權(quán)利要求5所述的基于方形旋流吸附裝置的攀爬機(jī)器人，其特征在于，所述攀爬機(jī)器人設(shè)有若干組方形旋流吸附裝置，每個(gè)所述方形旋流吸附裝置的方形殼體分別設(shè)置在支撐底板的底面上，在每個(gè)所述方形殼體內(nèi)分別設(shè)置有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的扇葉。
【文檔編號(hào)】B62D57/024GK106080825SQ201610570949
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月20日
【發(fā)明人】黎鑫, 周強(qiáng)
【申請(qǐng)人】浙江大學(xué)