CN220572152U - 一种矢量推力辅助伸远装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及伸远设备技术领域，本实用新型公开了一种矢量推力辅助伸远装置，该装置包括一杆体单元、一作业单元，所述作业单元设置于杆体单元末端，用于作业区域进行操作；矢量推力单元，至少一个所述矢量推力单元活动连接于杆体单元上，所述矢量推力单元设置有大小可控的推力驱动机构，能够对杆体单元在空中的姿态进行控制，以及对杆体单元的重量进行支撑，所述枢转单元设置于矢量推力单元和杆体单元之间，以使矢量推力单元能够相对杆体单元进行装配角度变化；一控制单元，所述控制单元至少连接控制枢转单元及推力驱动结构。本实用新型提供一种矢量推力辅助伸远装置，能够辅助承载杆体重量，使得杆体能够轻松进行伸远作业。

Description

一种矢量推力辅助伸远装置

技术领域

本实用新型涉及伸远设备技术领域，特别是涉及一种矢量推力辅助伸远装置。

背景技术

商用建筑、高端住宅的门厅立面玻璃、立柱、底商的外立面，城市临街商业建筑，别墅，小高层住宅的外窗，机场、火车站、体育场馆等公共设施的外立面，加油站的罩棚、广告牌，工业厂房的外立面，工业设施包括大型液气储罐、大型化工露天设备，还有船舶外立面等，需要经常性清洗。

上述作业场景的高度通常在20米以内，常规作业杆长度不够，如果使用蜘蛛人吊绳进行清洗操作，效率低下且成本高；如果采用云梯等机械举高装置，再搭配人工进行高空作业，这会面临设备购置成本贵，沉重的设备在不同作业场所转运也麻烦。这两种解决方案，成本高，使得上述这些场所的清洗难以实施。

此外城市市政设施，例如灯杆、照明灯具、路标指示牌、隧道内壁、顶棚，地铁车站外立面及地下车站的墙面及顶棚等；在农业、市政绿化等应用场合，高空修剪枝条、果实摘取等；在光伏发电场合，大尺度光伏面板的清洗等同样需要低成本的伸远清洗解决方案。

目前，上述所有应用场景，国内外都只有一个办法，就是通过套接延长杆，实现包括举高、或者在地面方向的伸远。这种简单的套接延长作业杆的方法，面临杆子重心远离操作手，杆体外侧端相对操作手一端构成力矩极大的基本力学模型，导致即使外侧端只有微小的重量，或者微小的作业外力，经过长杆力矩放大，在操作手一端的力矩也远远超出操作人员身体力量的极限。通俗地讲，就是长杆子举不起来，用不上劲。实际上，真正可以作业的杆体伸远距离，通常在7米以内，如果过长会导致杆体外侧端严重变形甚至折断，且无法进行有效操作，因此这种长度远远满足不了上述作业场景的需要。

实用新型内容

本实用新型提供了一种矢量推力辅助伸远装置，可以有效解决上述问题。

本实用新型是这样实现的：

一种矢量推力辅助伸远装置，该装置包括：

一杆体单元；

一作业单元，所述作业单元设置于杆体单元末端，用于作业区域进行操作；

矢量推力单元，至少一个所述矢量推力单元活动连接于杆体单元上，所述矢量推力单元设置有方向、大小可控的推力驱动机构，所述推力驱动机构产生的推力，能够对杆体单元在空中的姿态进行控制，以及对杆体单元的重量进行支撑；

一枢转单元，所述枢转单元设置于矢量推力单元和杆体单元之间，以使矢量推力单元能够相对杆体单元进行装配角度变化；

一控制单元，所述控制单元至少包括通讯模块、电源模块、数据处理模块，所述控制单元至少连接控制枢转单元及推力驱动结构。

在上述技术方案的基础上，为了方便作业及对设备的部件进行灵活控制操作，该装置还包括一遥控单元，所述遥控单元设置于杆体单元远离作业单元一端，所述遥控单元用于供使用者对驱动部件进行操作控制。

在上述技术方案的基础上，所述矢量推力单元包括至少两个成组设置的推力驱动机构，所述推力驱动机构包括：

一横梁，所述横梁连接于杆体单元上，并与枢转单元传动连接能够进行枢转活动；

驱动件，至少一个驱动件设置于横梁上，所述驱动件设有输出方向朝下的螺旋叶片，螺旋叶片在高速旋转后能够为矢量推力单元提供一个向上的推力，该推力至少能够克服矢量推力单元及杆体单元的部分重量。

在上述技术方案的基础上，为了提升矢量推力单元的作业高效性及稳定性，所述横梁与杆体单元垂直设置。

在上述技术方案的基础上，为了提升产品的安全性，避免螺旋叶片作业时高速旋转状态下发生不必要的额外接触，所述驱动件的螺旋叶片外周设置有防护架，所述防护架与横梁连接固定。

在上述技术方案的基础上，为了使得在闲置状态下矢量推力单元能够放置稳定，所述防护架底部设有支撑结构。

在上述技术方案的基础上，为了增加矢量推力输出方向的精准可控，所述枢转单元包括一转轴，所述转轴连接于杆体单元上，所述转轴的轴向一端传动连接有枢转驱动件，所述转轴的径向一端连接横梁，所述枢转驱动件能够驱动转轴带动横梁进行转动。

在上述技术方案的基础上，为了防止横梁过度旋转，导致结构之间发生干涉现象，所述枢转单元还设有用于限制转轴转动行程的限位结构。

在上述技术方案的基础上，为了精准实时检测矢量推力单元的工作情况，所述矢量推力单元还设有姿态传感器，用于检测杆体单元和/或矢量推力单元的活动状态。

在上述技术方案的基础上，所述驱动件采用电动的螺旋桨或涵道风扇。

在上述技术方案的基础上，为了灵活适配不同作业场景中的高度需求，所述杆体单元具有长度可调的杆体结构。

相较于现有技术，本实用新型至少包括以下优点：

1.本实用新型通过在杆体单元上设置矢量推力单元，矢量推力单元产生的推力能够至少克服杆体单元的部分重量，这使得在一些需要较长杆体才能进行作业的场景中，杆体末端的重量能够得到分担，从而有助于避免出现使用者举不动或杆体因自重发生折断的现象出现，使得杆体能够高质量轻松进行伸远作业。

2.本实用新型通过设置在矢量推力单元与杆体单元之间设置枢转单元，能够进行主动性控制矢量推力单元的推力方向，通过合理使用，能够为作业单元在工作时提供额外驱动力，帮助使用者更加轻松高效进行作业。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为一实施例中矢量推力辅助伸远装置的结构示意图；

图2为图1中矢量推力单元的结构示意图；

图3为图1中枢转单元的结构示意图；

图4为第一螺旋桨输出推力和第二螺旋桨输出推力相等时的总推力分布结构示意图；

图5为第一螺旋桨输出推力小于第二螺旋桨输出推力时的总推力分布结构示意图；

图6为图5中第一螺旋桨和第二螺旋桨提供的反作用力的受力分析示意图；

图7为一实施例中枢转单元控制横梁转动过程中矢量推力单元产生的风力及推力的分布结构示意图；

图8为第一螺旋桨和第二螺旋桨装配角度示意图；

图9为另一实施例中设置两个矢量推力单元的伸远装置结构示意图。图中标注：100、杆体单元；200、矢量推力单元；300、枢转单元；400、控制单元；500、遥控单元；600、作业单元；201、横梁；202、螺旋桨电机；203、螺旋桨叶片；204、第一固定件；205、防护架；206、螺旋桨电调；207、支杆；208、支柱；209、第二固定件；301、第三固定件；302、第四固定件；303、转轴；304、枢转电机；305、姿态传感器；306、限位爪；a1、第一螺旋桨；a2、第二螺旋桨。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。

在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一元件，它可以直接在另一元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一元件，它可以是直接连接到一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1：

参见图1，本实施例公开一种矢量推力辅助伸远装置，该装置包括一杆体单元100、一作业单元600、一矢量推力单元200、一枢转单元300和一控制单元400。

具体的，杆体单元100由一根长度为10米的碳纤维管构成，其一端用于使用者抓握操作，另一端用于连接作业单元600对作业区域进行操作，本实施例中，作业单元600采用可拆卸的毛刷，用于对建筑外墙等场景进行清洁处理。

所述矢量推力单元200活动连接于杆体单元100上，所述矢量推力单元200设置有2个大小可控的推力驱动机构，所述推力驱动机构产生的推力能够克服矢量推力单元200自身重量以及杆体单元100的部分重量。

具体的，结合图2所示，所述矢量推力单元200包括两个成组设置的推力驱动机构，每个推力驱动机构均包括一横梁201和一驱动件。该横梁201用于连接两个间隔设置的驱动件，起连接承载作用。该驱动件采用电动的螺旋桨，该螺旋桨的螺旋叶片输出方向朝下设置，该螺旋桨在高速旋转后为矢量推力单元200提供一个向上的推力，该推力能够至少克服矢量推力单元200及杆体单元100的部分重量。

进一步的，所述横梁201固定连接于杆体单元100上，并与枢转单元300传动连接能够进行枢转活动，其枢转活动使得驱动件在杆体单元100的轴向平面上摆动，也就是说，其枢转活动能够使得驱动件进行纵向(杆体单元100的俯仰角方向)摆动。

本实施例中，如图2所示，所述驱动件由螺旋桨电机202、螺旋桨叶片203、防护架205、螺旋桨电调206组成。其中，2个螺旋桨电机202通过第一固定件204固设于横梁201左右两端，第一固定件204为锁紧套件结构。2个螺旋桨电调206固设于横梁201靠近第一固定件204处，与螺旋桨电机202的电源线连接，对螺旋桨电机202的驱动速度进行控制。

每个螺旋桨电机202的输出端上设置有两个中心对称的螺旋桨叶片203，所述螺旋桨电机202能够驱动螺旋桨叶片203定向高速旋转，使得螺旋桨叶片203在转动过程中，产生向下的吹风而形成一反向朝上的推力，该推力即矢量推力(支撑力)，用于克服矢量推力单元200自身重量及杆体单元100的部分重量。

进一步的，为了提升产品的安全性，避免螺旋叶片作业时高速旋转状态下发生不必要的额外接触，螺旋桨叶片203外周设置有防护架205，所述防护架205通过支杆207及第二固定件209与横梁201的末端连接固定，支杆207使得防护架205的结构能够始终保持固定不动。为了使得在闲置状态下矢量推力单元200能够放置稳定，所述防护架205底部设有支撑结构，该支撑结构具体为设置在支杆207底部的支柱208，所述支柱208竖直设置，在闲置状态下或矢量推力单元200拆解后，能够利用支柱208底端抵接在地面上起支撑效果，从而使得整个矢量推力单元200能够稳定放置在地面上。

为了提升矢量推力单元200的作业高效性及稳定性，所述横梁201与杆体单元100垂直设置，也就是说，横梁201在装配后呈水平状态，与单体单元100共同构成一个作业平面，而两个驱动件对称设置在横梁201左右两端，横梁201能够将两个驱动件进行连接构成一个整体，且横梁201在横向的布局延伸，能够将两个驱动件的作业区域进行向外延伸设置分隔，提升该作业平面的平衡可控性。

为了减轻重量负担，所述横梁201及防护架205均采用中空管体结构。

所述枢转单元300设置于矢量推力单元200和杆体单元100之间，以使矢量推力单元200能够相对杆体单元100进行装配角度变化。

如图3所示，为了增加矢量推力输出方向的精准可控，所述枢转单元300包括一转轴303，所述转轴303通过第三固定件301固定连接于杆体单元100上。所述转轴303的轴向一端传动连接有枢转驱动件，本实施例中，该枢转驱动件采用枢转电机304，枢转电机304能够直接驱动转轴303旋转，所述转轴303的径向一端通过第四固定件302连接横梁201，装配后，横梁201垂直于杆体单元100，所述枢转电机304能够驱动转轴303带动横梁201进行横向平面上的转动，使得矢量推力方向在单体单元100的俯仰角方向上摆动。

进一步的，为了防止横梁201过度旋转，导致结构之间发生干涉现象，所述枢转单元还设有用于限制转轴303转动行程的限位结构，本实施例中，该限位结构具体为设置于第三固定件301径向一侧的限位爪306。

所述第三固定架一侧设置有姿态传感器305，精准实时检测矢量推力单元200的工作情况，如实时监测横梁201的横向转动、俯仰及航向角的参数信息。该姿态传感器305讯号连接控制单元400。

所述控制单元400包括通讯模块、电源模块、数据处理模块，通讯模块用于接收遥控信号并反馈运行状态；电源模块具体为干性电池或液态蓄电池，用于供电，数据处理模块用于对传感信号及遥控信号进行接收并计算处理，并生成相应运行指令，反馈给相应部件。上述各模块整合在盒体内，并固定安装在杆体单元100上，且上述各模块均系现有技术，该具体结构及结构在运行过程中所依据的工作原理在此不再赘述。

本实施例中，为了防止线缆凌乱，线缆在杆体单元100上的分布路径均设有固定卡子。

为了方便作业及对设备的部件进行灵活控制操作，该装置还包括一遥控单元500，所述遥控单元500设置于杆体单元100远离作业单元600一端，所述遥控单元500用于供使用者对驱动部件进行操作控制，该遥控单元500包括显示屏和按钮，用于人机交互。

位于横梁201两侧的驱动件分别为第一螺旋桨a1和第二螺旋桨a2。

结合图4，工作时，第一螺旋桨a1产生朝下的风力为F1，F1的反作用力为朝上的F1’,第二螺旋桨a2产生朝下的风力为F2，F2的反作用力为朝上的F2’，当F1和F2方向对称大小相当时，F1和F2的合力为竖直朝下的F合，因此，矢量推力单元200得到一个与F合方向相反，竖直朝上的反作用力F合’，此状态下，只产生纵向朝上的辅助推力，该辅助推力能够帮助矢量推力单元200及杆体单元100进行纵向支撑保持纵向姿态稳定或主动性进行纵向(杆体单元100的俯仰角方向)活动，实现杆体单元100在俯仰角上的活动控制。

结合图5，工作时，当第二螺旋桨a2产生的风力F2大于第一螺旋桨a1产生的风力F1，也就是说，F2的反作用力F2’大于F1的反作用力F1’，F1和F2的合力为在水平方向上向一侧偏移的F合(图中F合方向为朝向右下方)，因此，矢量推力单元200得到一个与F合方向相反，倾斜朝上的反作用力F合’(图中F合’方向为朝向左上方)，这种状态下，不仅产生纵向朝上辅助推力，还因为横梁201与杆体单元11的连接点(本实施例中该连接点位于横梁201中间位置)的限制，而生成一个水平偏转力，结合图6所示，第二螺旋桨a2产生的反作用力F2’在横纵方向上分别分解为F2’x和F2’y，第一螺旋桨a1产生的反作用力F1’在横纵方向上分别分解为F1’x和F1’y，此状态下，F2’x大于F1’x，且两者的差值为构成上述水平偏转力。因此，该F合对应的反作用力F合’不仅能够帮助杆体单元100获得举高/放下的控制能力，同时使得杆体单元100获得杆身指向控制能力，也就是说，能够对杆体单元100同步进行俯仰角及航向角的活动控制。这种结构在具体实施过程中，通过第一螺旋桨a1和第二螺旋桨a2的驱动力大小、以及枢转单元300的主动控制，两者协同作用，能够对杆体单元100同步进行俯仰角和航向角活动进行主动控制，并通过操作人员的把持配合，轻松应对杆体单元100在横滚角方向(杆体单元100的轴向旋转方向)上的活动控制。从而确保杆体单元100在伸远举高时，作业平面具备与横向侧风对抗的能力，不会被横风吹覆倾倒，保证了举高作业的安全。

进一步的，结合图7，当枢转单元300主动性对横梁201进行角度调整时，横梁201会带动整个矢量推力单元200进行纵向摆动，这个摆动变化会对螺旋桨产生的风力F风的方向造成影响，从而得到的F推方向也能够进行主动调整。这种结构可以根据操作人员意图实现对杆体单元100的举高、放下，并且额外提供杆体单元100远端的作业力。

因此，通过对两个螺旋桨的转速同步调整、对两个螺旋桨的转速差速调整以及利用枢转单元300对横梁201及矢量推力单元200角度的主动调整，均能得到不同效果的推力变化，可以独立进行或协同进行操作控制，以得到不同的预期效果。

如图8所示，通过实验测试，第一螺旋桨a1和第二螺旋桨a2的两个叶片旋转平面之间的夹角在120度-170度较佳。

在具体实施过程中，如果矢量推力在杆体径向的推力输出(如图4所示)，如果与地面垂直，就可以与操作人员共同负担杆体的重量，并且独立承担作业单元600的重量。根据操作人员的控制指令，增加或者减少径向推力，就可以举高或者放下杆身。矢量推力负载了一部分或大部分杆体重量，不仅解除了杆体重心远离操作人员形成的力矩放大效应，使得加长到二三十米的长杆可以由操作人员轻易地举离地面，同时在作业过程中一直输出，负载杆体重量，极大地降低了操作人员的劳动强度。

矢量推力位于杆身径向的输出平面，绕杆身径向轴线方向旋转时，与重力方向有夹角，则产生与重力方向垂直的水平分量，这个分量朝向作业面时，可以实现伸远作业时的期望作业力，例如压向墙面的下压力，这个分量朝向左右两侧时，能够用于抵抗横向风，使得作业平面保持稳定。

矢量推力单元200配合加杆体单元100的伸远操作，解决了传统杆体加长伸远后，举不起，使不上劲的问题，使得低成本覆盖低空作业成为可能。

实施例2：

在实施例1的基础上，当杆体单元100的长度超过15米时，单个矢量推力单元200可能无法匹配杆体重量支撑，因此，如图9所示，通过设置两组矢量推力单元200进行适配，使其满足作业需求。

在其他实施例中，所述驱动件还可采用电动的涵道风扇。

在其他实施例中，所述作业单元600可采用锯子、电动剪刀、电动锯片、刮水器等工具结构。

在其他实施例中，为了灵活适配不同作业场景中的高度需求，所述杆体单元100具有长度可调的杆体结构。具体的，所述杆体单元100可采用多根杆体相互插接的结构或使用伸缩杆体结构。

在其他实施例中，所述作业单元600上还可设置摄像模块，用于对作业区域的具体情景进行实时观测或摄像记录。

在其他实施例中，遥控单元500还可采用可拆卸式的结构，能够将其从杆体单元100上拆卸下来，然后利用穿戴结构将其佩戴固定操作人员的手臂上，甚至可以设置智能传感***，用于识别操作人员的作业操作意图，例如举高、放下、旋转方向等，也可以通过实体摇柄，由操作人员手动控制输出作业操作指令，遥控装置将控制指令以无线或者信号线传输至目标驱动部件上进行运行。

在其他实施例中，电源供给可利用电缆及变压元件连接外部市电，为长时间作业提供基础能源保障。

在其他实施例中，第三固定件301还可采用铰接结构，使得横梁201能够与杆体单元100发生相对旋转，该旋转方向位于杆体单元100的径向平面上。还可以增设与第三固定件301相适配的旋转驱动结构，用于主动旋转控制。

在其他实施例中，螺旋桨还可以采用万向连接结构及风向控制***与横梁201连接，使得杆体单元100的可控性更加多样化、高精度化。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种矢量推力辅助伸远装置，其特征在于，该装置包括：

一杆体单元(100)；

一作业单元(600)，所述作业单元(600)设置于杆体单元(100)末端，用于作业区域进行操作；

矢量推力单元(200)，至少一个所述矢量推力单元(200)活动连接于杆体单元(100)上，所述矢量推力单元(200)设置有方向、大小可控的推力驱动机构，所述推力驱动机构产生的推力，能够对杆体单元(100)在空中的姿态进行控制，以及对杆体单元(100)的重量进行支撑；

一枢转单元(300)，所述枢转单元(300)设置于矢量推力单元(200)和杆体单元(100)之间，以使矢量推力单元(200)能够相对杆体单元(100)进行装配角度变化；

一控制单元(400)，所述控制单元(400)至少包括通讯模块、电源模块、数据处理模块，所述控制单元(400)至少连接控制枢转单元(300)及推力驱动结构。

2.根据权利要求1所述的一种矢量推力辅助伸远装置，其特征在于，该装置还包括一遥控单元(500)，所述遥控单元(500)设置于杆体单元(100)远离作业单元(600)一端，所述遥控单元(500)用于供使用者对驱动部件进行操作控制。

3.根据权利要求1所述的一种矢量推力辅助伸远装置，其特征在于，所述矢量推力单元(200)包括至少两个成组设置的推力驱动机构，所述推力驱动机构包括：

一横梁(201)，所述横梁(201)连接于杆体单元(100)上，并与枢转单元(300)传动连接能够进行枢转活动；

驱动件，至少一个驱动件设置于横梁(201)上，所述驱动件设有输出方向朝下的螺旋叶片，螺旋叶片在高速旋转后能够为矢量推力单元(200)提供一个向上的推力，该推力至少能够克服矢量推力单元(200)及杆体单元(100)的部分重量。

4.根据权利要求3所述的一种矢量推力辅助伸远装置，其特征在于，所述横梁(201)与杆体单元(100)垂直设置。

5.根据权利要求3或4所述的一种矢量推力辅助伸远装置，其特征在于，所述驱动件的螺旋叶片外周设置有防护架(205)，所述防护架(205)与横梁(201)连接固定。

6.根据权利要求5所述的一种矢量推力辅助伸远装置，其特征在于，所述防护架(205)底部设有支撑结构。

7.根据权利要求3所述的一种矢量推力辅助伸远装置，其特征在于，所述枢转单元(300)包括一转轴(303)，所述转轴(303)连接于杆体单元(100)上，所述转轴(303)的轴向一端传动连接有枢转驱动件，所述转轴(303)的径向一端连接横梁(201)，所述枢转驱动件能够驱动转轴(303)带动横梁(201)进行转动。

8.根据权利要求7所述的一种矢量推力辅助伸远装置，其特征在于，所述枢转单元(300)还设有用于限制转轴(303)转动行程的限位结构。

9.根据权利要求3所述的一种矢量推力辅助伸远装置，其特征在于，所述矢量推力单元(200)还设有姿态传感器(305)，用于检测杆体单元(100)和/或矢量推力单元(200)的活动状态。

10.根据权利要求3所述的一种矢量推力辅助伸远装置，其特征在于，所述杆体单元(100)具有长度可调的杆体结构。