一种狭小空间灭火机器人用的风力灭火装置的制作方法

本发明智能装备技术领域，尤其涉及灭火机器人的风力灭火装置。

背景技术：

随着科学技术的发展和实际需求的提高，未来在狭小空间内灭火越来越依靠灭火机器人。传统的灭火机器人笨重、复杂、尺寸巨大，无法胜任在丛林、建筑物内等复杂狭小空间的灭火任务。因此，开发一种结构简单、重量轻、尺寸小、易于控制的灭火机器人迫在眉睫。

当下，灭火机器人主要有一下几种，即储水式、储泡沫式、储二氧化碳式、风力式。储水式、储泡沫式、储二氧化碳式是当前灭火机器人最常用的灭火方式，它是依靠自身携带的水、泡沫或二氧化碳实现灭火，但其缺点显而易见，即灭火工质用完后机器人必须返航、无法继续工作。

而风力式灭火机器人以其原理简单、续航长的特点成为研究重点和研究热点，并将在不远的未来进入工程应用。但目前的风力式灭火机器人由于要保证灭火风力较大的需求必须安装大尺寸、大推力的灭火风扇，进而要求底盘尺寸较大、较沉。因此，如何在保证足够风力的情况下实现底盘的进一步减小、减轻成为重要的研究领域之一。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有存在的不足，本发明提供了一种狭小空间灭火机器人用的风力灭火装置，通过布置在安装臂两侧的两个电机-螺旋桨动力组的方式，实现了灭火装置自身力与力矩的大幅度缩小，进而实现了底盘的缩小，减小了底盘的尺寸和重量。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种狭小空间灭火机器人用的风力灭火装置，包括舵机、可转动的安装臂、螺旋驱动组件；舵机的动力输出端与安装臂连接，安装臂的一端为可转动端，另一端则至少安装有一组螺旋驱动组件；每组螺旋驱动组件包括两个分设在安装臂两侧的螺旋驱动组件；每一个螺旋驱动组件均包括安装座、电机以及螺旋桨；安装座固定在安装臂，电机的底座固定在安装座上，而电机的动力输出轴则与螺旋桨连接；每组螺旋驱动组件中的两个螺旋桨，在各自电机的动力输出轴提供的驱动下，做转向相反的旋转运动。

优选地，所述螺旋桨的旋转工作平面之间的间距为两个螺旋桨直径之和的2～4倍。

优选地，每组螺旋驱动组件中的两个螺旋驱动组件的电机共用一个电子调速器，并由一个电源供电；所述两个电机的参数符合以下条件：两个电机的转速kv值的比值为0.95～1.05；两个电机驱动的螺旋桨直径的比值为0.85～1.18；两个电机的转速kv值与各自驱动的螺旋桨直径的乘积的比值为0.75～1.33。

优选地，每组螺旋驱动组件中的两个螺旋驱动组件的电机由一个电源供电，并分别由两个电子调速器控制，所述两个电机的参数符合以下条件：两个电机的转速kv值的比值为0.35～2.7；两个电机驱动的螺旋桨直径的比值为0.5～2；两个电机的转速kv值与各自驱动的螺旋桨直径的乘积的比值为0.65～1.55。

优选地，每组螺旋驱动组件中的两个螺旋驱动组件的电机分别由各自电子调速器控制，并分别由各自电源供电，所述两个电机的参数符合以下条件：两个电机的转速kv值与各自电源电压的乘积的比值为0.35～2.7；两个电机驱动的螺旋桨直径的比值为0.35～2.7；电机的转速kv值、各自驱动的螺旋桨直径，以及各自电源电压的三个数值的乘积的比值为0.65～1.55。

优选地，每组螺旋驱动组件中，两个螺旋驱动组件的电机的动力输出轴的轴线同轴设置或者错位安装，且两个螺旋驱动组件的电机的动力输出轴的轴线在安装臂上错位安装时，该两个螺旋驱动组件的电机的动力输出轴的轴线相互平行。

优选地，两个螺旋驱动组件的电机的动力输出轴的轴线在安装臂上错位安装时，所述轴线错位安装的两个电机的参数符合以下条件：两个螺旋驱动组件相对于安装臂的可转动端所产生的扭矩的矢量和，小于舵机最大输出扭矩的5％。

优选地，所述安装座上固定有整流器。

优选地，所述整流器的型面通过一抛物线绕电机轴线旋转而成；抛物线在二维坐标系中的方程为y²＝-2px；其中：二维坐标系以抛物线的顶点为原点建立，二维坐标系的y轴与电机动力输出轴的轴线平行，并由安装臂指向电机；p的取值为0.25～0.3d，d为螺旋桨旋转时，叶梢轨迹圆至安装座的距离。

有益效果：相对于现有技术，本发明提供的狭小空间灭火机器人用的风力灭火装置，实现了在较大风力的情况下尽可能减小底盘尺寸和底盘重量的目标，可以促进底盘进一步减小、减轻，促进风力式灭火机器人穿梭在丛林、建筑物等狭小空间内，实现灭火。本发明通过对转螺旋桨提供稳定的风力实现灭火，同时反扭力矩基本抵消且力较小，满足较小尺底盘的灭火机器人使用。

附图说明

图1是本发明所述狭小空间灭火机器人用的风力灭火装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的错位安装时的风力灭火装置的结构示意图

图3为本发明所述风力灭火装置的整流器结构示意图。

其中，安装座1、安装臂2、舵机3、电机4、螺旋桨5、整流器6。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1-3所示，本发明所述的一种狭小空间灭火机器人用的风力灭火装置，包括舵机3、可转动的安装臂2、螺旋驱动组件；舵机的动力输出端与安装臂连接，安装臂的一端为可转动端，另一端则至少安装有一组螺旋驱动组件；每组螺旋驱动组件包括两个分设在安装臂两侧的螺旋驱动组件；每一个螺旋驱动组件均包括安装座1、电机4以及螺旋桨5；安装座固定在安装臂，电机的底座固定在安装座上，而电机的动力输出轴则与螺旋桨连接；每组螺旋驱动组件中的两个螺旋桨，在各自电机的动力输出轴提供的驱动下，做转向相反的旋转运动。

优选地，所述螺旋桨的旋转工作平面之间的间距为两个螺旋桨直径之和的2～4倍。

优选地，每组螺旋驱动组件中的两个螺旋驱动组件的电机共用一个电子调速器，并由一个电源供电；所述两个电机的参数符合以下条件：两个电机的转速kv值的比值为0.95～1.05；两个电机驱动的螺旋桨直径的比值为0.85～1.18；两个电机的转速kv值与各自驱动的螺旋桨直径的乘积的比值为0.75～1.33。

优选地，每组螺旋驱动组件中的两个螺旋驱动组件的电机由一个电源供电，并分别由两个电子调速器控制，所述两个电机的参数符合以下条件：两个电机的转速kv值的比值为0.35～2.7；两个电机驱动的螺旋桨直径的比值为0.5～2；两个电机的转速kv值与各自驱动的螺旋桨直径的乘积的比值为0.65～1.55。

优选地，每组螺旋驱动组件中的两个螺旋驱动组件的电机分别由各自电子调速器控制，并分别由各自电源供电，所述两个电机的参数符合以下条件：两个电机的转速kv值与各自电源电压的乘积的比值为0.35～2.7；两个电机驱动的螺旋桨直径的比值为0.35～2.7；电机的转速kv值、各自驱动的螺旋桨直径，以及各自电源电压的三个数值的乘积的比值为0.65～1.55。

优选地，每组螺旋驱动组件中，两个螺旋驱动组件的电机的动力输出轴的轴线同轴设置或者错位安装，且两个螺旋驱动组件的电机的动力输出轴的轴线在安装臂上错位安装时，该两个螺旋驱动组件的电机的动力输出轴的轴线相互平行。

优选地，两个螺旋驱动组件的电机的动力输出轴的轴线在安装臂上错位安装时，所述轴线错位安装的两个电机的参数符合以下条件：两个螺旋驱动组件相对于安装臂的可转动端所产生的扭矩的矢量和，小于舵机最大输出扭矩的5％。

优选地，所述安装座上固定有整流器6。

优选地，所述整流器的型面通过一抛物线绕电机轴线旋转而成；抛物线在二维坐标系中的方程为y²＝-2px；其中：二维坐标系以抛物线的顶点为原点建立，二维坐标系的y轴与电机动力输出轴的轴线平行，并由安装臂指向电机；p的取值为0.25～0.3d，d为螺旋桨旋转时，叶梢轨迹圆至安装座的距离。

图1～3所示的为本发明所涉及的三种实施例。以下将结合各实施例详细地说明本发明的技术方案。

实施例1

如图1所示，本实施例所述的一种狭小空间灭火机器人用的风力灭火装置，包括一组两个电机、电子调速器、安装座、安装臂和驱动安装臂的舵机，两个电机分别设在安装座两侧，螺旋桨与各自电机连接驱动，安装臂则与安装座连接，以及驱动安装臂的舵机。一组两个电机对称安装于安装座上，每个电机驱动一个螺旋桨产生灭火的风力，两个电机及其驱动的螺旋桨转向相反，灭火的风的方向吹向两侧。通过舵机驱动安装臂，改变两个电机的风向，进而实现灭火。

进一步的，若两个电机受同一个电子调速器(esc)控制和同一个电源供电，则两个电机转速相同。此时两个电机的关键参数要尽量相同。具体来说，需要同时满足以下三个条件：(1)两个电机的转速kv值的比值在0.95-1.05，比值越接近于1越好；(2)两个电机驱动的螺旋桨直径的比值在0.85-1.18；(3)两个电机的转速kv值乘以各自驱动的、合适的螺旋桨直径的比值在0.75-1.33之间。通过以上3个条件的同时满足，一般可以实现灭火装置的净推力小于单个电机推力的5％。

进一步的，若两个电机受两个电子调速器(esc)控制和同一个电源供电，则两个电机转速不相同。此时两个电机的关键参数需要同时满足以下3个条件，才能使得灭火装置上的力较小：(1)两个电机的转速kv值的比值在0.35-2.7，比值越接近于1越好；(2)两个电机驱动的螺旋桨直径的比值在0.5-2；(3)两个电机的转速kv值乘以各自驱动的、合适的螺旋桨直径的比值在0.65-1.55之间。通过以上三个条件的同时满足，一般可以实现灭火装置的净推力小于单个电机推力的5％。通过以上三个条件的同时满足，一般可以实现灭火装置的净推力小于单个电机推力的5％。

进一步的，若两个电机受两个电子调速器(esc)控制及各自的电源供电，则两个电机转速不相同、电压也很可能不同。此时两个电机的关键参数需要同时满足以下几个条件，才能使得灭火装置上的力较小：(1)两个电机的转速kv值乘以各自电源电压的比值在0.35-2.7，比值越接近于1越好；(2)两个电机驱动的螺旋桨直径的比值在0.35-3；(3)两个电机的转速kv值乘以各自驱动的、合适的螺旋桨直径再乘以各自电源电压的比值在0.65-1.55之间。通过以上三个条件的同时满足，一般可以实现灭火装置的净推力小于单个电机推力的5％。通过以上三个条件的同时满足，一般可以实现灭火装置的净推力小于单个电机推力的5％。

需要说明的是，上述电机所匹配的、安装的螺旋桨均为合适尺寸的螺旋桨。其选取方案为业内熟知，在此不做赘述。

一般来说，两个螺旋桨旋转工作平面有一定的距离要求，距离过大会导致灭火装置尺寸过大，距离过小将会影响每个电机产生的风力的大小，发明人通过多次试验发现：二者的距离应处于两个螺旋桨直径之和的2-4倍为宜。

作为优选实施例，若因客观条件无法满足相应布置距离的情况下，可以采取以下两种具体的手段来提高灭火装置效率：1.两个电机的轴线错开一定距离安装；或者在2.两个电机中间安装固定于安装座的整流器。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处仅在于，两个电机的轴线采用错位安装，具体的参数如下：(1)两个螺旋驱动组件(电机、螺旋桨)相对于安装臂的可转动端所产生的扭矩的矢量和，小于舵机最大输出扭矩的5％；(2)两个电机的转速等参数选择满足前文所述的参数选择规律。一般来讲，两个电机轴线距离在0.2-0.45倍的两个螺旋桨直径为宜。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处仅在于，两个电机中间安装整流器，则整流器为一抛物线绕电机轴线旋转而成。以抛物线的顶点建立二维坐标系，二维坐标系的y轴与电机动力输出轴的轴线平行，并由安装臂指向电机，其抛物线方程可以用y²＝-2px来表示，其中p的取值为0.25～0.3d，d为螺旋桨旋转时，叶梢轨迹圆至安装座的距离。