高楼玻璃幕墙清洗机器人

高楼玻璃幕墙清洗机器人

关键词：玻璃幕墙清洗 机器人

简介：

此机器人主要应用于高楼玻璃幕墙的自动化清洗，代替“蜘蛛人”的清洗方式。此机器人采用真空吸盘的吸附方式，具有能耗低、安全可靠、效率高等优点。整体由上下两层组成，两层交替移动，完成机器人的攀爬；机器人后面装有清洗装置，完成清洗任务；机器人可实现自动清洗和人工清洗两种清洗方式，并可自动切换。本机器人能够将“蜘蛛人”从高危险、高强度的工作环境中解脱出来，具有有很大市场前景和实用价值。

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详细介绍：

此高楼玻璃幕墙清洗机器人采用真空吸盘吸附的方式吸附在玻璃幕墙表面，主要包括吸附装置、攀爬装置、清洗装置、污水回收净化循环利用装置、电气控制五大部分。 吸附装置是本高楼玻璃幕墙清洗机器人能够完成所有清洗任务的前提，由真空泵、真空吸盘、电磁阀及通气管路等组成。真空泵可以减小整个管路及吸盘组的真空度,使真空吸盘产生负压，吸附在玻璃墙面，进而使得机器人吸附于玻璃幕墙上；两位二通电磁阀一端与大气相连，另一端连接于管路之中，平常为关闭状态，使整组吸盘可以产生负压吸附在玻璃壁面上，若机器人要运动，则需要接通电磁阀，让此组管路与大气相连，使吸盘组不能产生负压，进而此组吸盘脱离壁面。通过电磁阀可以完成对吸盘组的控制，使得清洗机器人可以在玻璃墙面上自由的运动。 　　攀爬装置使得高楼玻璃幕墙清洗机器人能够在竖直墙面上自由移动，可分为上下两层，其移动方式为：当上层吸附时下层脱离墙面，并且相对于墙面运动；反之，当下层吸附时上层脱离墙面并相对于墙面移动，类似于两足动物在地面上的行走。在整个移动过程中，上下两层相互切换吸附、移动，实现高楼玻璃幕墙清洗机器人的运动。主要机构包括上下层吸盘两组支架、两组齿轮齿条机构、中心转盘、移动电机、旋转电机等。由上层移动电机驱动上层齿轮在上层齿条上移动，完成上层机体的运动，同样，下层移动电机驱动下层齿轮在下层齿条上移动，就完成下层机体的运动。中心转盘上带有齿盘，通过旋转电机上的齿轮，能够实现两组吸盘之间360度自由转动，从而实现机器人在竖直幕墙上全方位自由移动。 　　清洗装置主要用来除去幕墙上的污垢，由清洗刷、驱动电机、刮板、高压水泵、雾化喷头、水箱等组成。驱动电机通过同步带轮带动清洗刷高速旋转，同时高压水泵把清洗液从雾化喷头向清洗刷与幕墙切线方向喷出，通过刷子与玻璃间的相当摩擦，完成对玻璃幕墙上污垢的清洗。 　　考虑到机器人不能携带过大水箱使得机器人过于笨重、防止污水流到干净墙面及节约水资源；特设计污水回收净化循环利用装置，包括污水收集器、污水净化器、污水净化动力泵、回流管路、杂质收集瓶。污水收集器中污水由污水净化动力泵压入污水净化器，通过污水净化器，污水中的杂质沉淀，回收到杂质收集瓶中，经过净化的清洗液回流到水箱，从而实现对污水的收集污水的收集和再次利用； 电气控制部分是机器人的指挥中心，包括主控芯片Mc9s12xs128高功能芯片、电机驱动模块、摄像头数据采集模块、显示模块、电源电压检测装置、报警装置、无线通讯模块等。主控芯片通过程序控制各个模块之间的协调顺利完成机器人对玻璃幕墙的清洗，主要包括控制电磁阀的动作、移动电机的动作、通过无线模块实现机器人自动清洗和人工控制清洗两种控制方式的转换。

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

一、设计发明目的： 随着社会的发展，一座座高楼拔地而起，现今绝大多数高楼的玻璃清洗都是由人工完成，人称“蜘蛛人”，这种方式清洗不仅由于清洗难度大，并且由于危险和清洗费用高。高楼的墙壁和玻璃不能得到及时清洗，使许多楼房陈旧、影响市容。因此制造出一个清洗机器人能够随时随地的清洗高楼上的灰尘和污渍， 显得非常重要。 二、设计基本思路： 此高楼玻璃幕墙清洗机器人采用真空吸盘吸附的方式吸附在玻璃幕墙表面，主要包括吸附装置、攀爬装置、清洗装置、污水回收净化循环利用装置、电气控制五大部分，通过各部分之间的相互协调工作，能够实现机器人自由全方位移动。 三、创新点： 1、采用真空吸盘吸附方式吸附在墙面上，与螺旋桨负压相比，大大降低了机器人吸附所需功率，能耗可降低5-10倍，使机器人对自身携带的电源要求大大降低，并延长了机器人的工作时间。 2、能够通过无线模块实现自主清洗和人工控制清洗两种方式的自由切换，大大提高机器人的灵活性。通过上下两层移动机构和中心旋转机构，机器人能够实现全方位移动，到达玻璃墙面的各个地方。与绳索牵引相比，提高了机器人的自主性。 3、自带清洗液，并带有污水回收净化装置，不需频繁更换清洗液，大大提高了清洗效率，节能环保、清洗成本低。 四、关键技术及指标： 1、最大清洗能力为100平方米/小时； 2、每次清洗宽度：400-600mm； 3、清洁度：完成所有尘土和95%难处理污垢的清洗； 4、使用寿命：10000小时。

科学性、先进性

先进性分析： 　　自20世纪80年代中期以来，玻璃幕墙因其采光性好、实用美观等特点，被现在的建筑物广泛采用，但其存在清洗困难大，清洗过程危险、清洗效率低等问题。 　　目前玻璃幕墙基本全部依靠人工清洗，俗称“清洗蜘蛛人”，曾多次出现事故，危险性太高，擦洗成本高，效率低，也有少量此类机器也在被研发，但大都采用绳索拖曳并带有导轨，行动不灵活，适应能力差，只能在特定的楼层上清洗，使得这类清洗机器人未能推广使用，如日本BISOH公司制造的清洗机器人存在以下缺陷： 　　a、必须在楼顶安装轨道及吊装装置； 　　b、其窗框是特制的，带有垂直方向的导轨； 　　c、大楼设计必须征求业主的同意，否则机器人无法应用。 　　其次哈尔滨工业大学研制的CLR-1型清洗机器人也有以下缺陷： 　　a、采用单吸盘吸附方式； 　　b、负压由高速离心式风机产生； 　　c、采用轮式移动机构，不能跨越窗框等障碍。

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

尽管国内外已有研究，但目前还没有比较实用的自动清洗方案，清洗作业的自动化远未得到实现。机器人的制造成本、壁面适应性、越障能力等关键问题制约了清洗机器人的发展。 此机器人采用真空吸盘吸附方式吸附在墙面上，大大降低能量损耗，并真空吸盘上装有真空安全阀，能够保证机器人在玻璃幕墙上的可靠吸附；机器人可全方位移动，同时还能跨越一定高度的障碍，适应性强；能够将污水回收净化再利用、节能环保、清洗成本低。可以实现自动清洗和人工清洗两种清洗方式。自动清洗时，通过传感器采集幕墙信息，反馈给主控芯片，用主控芯片控制各个模块之间协调运转，完成清洗。人工控制通过无线传输实现清洗过程，机器人通过无线传输模块将摄像头采集的高楼幕墙信息反馈到地面显示器上，操作者操作手中的遥控器控制机器人各大模块相互协调运转，实现对机器人的动作控制。 据统计，每年高楼玻璃幕墙的数量在快速增加，此机器可以解决幕墙清洗困难这一问题，保护环境，营造良好的生存空间，具有广阔的市场前景。

同类课题研究水平概述

1 、日本BISOH公司的壁面移动机器人 　　日本BISOH公司曾经为宫崎市的国际会议中心制造了一台擦窗机器人，这个中心大楼高45层，在楼顶安装有轨道吊装装置，每一个窗户的窗框都是特制的带有垂直方向的轨道。这款清洗机器人能够使用的前提是大楼设计和施工时须征求业主的同意，否则该机器人也无法应用。 2 、IPA 的清洗机器人 　　德国马格堡的弗劳恩霍费尔自动控制与操作研究所(IPA)按照模块化的设计方法设计了一系列高楼玻璃幕墙清洗机器人，此系列高楼外玻璃幕墙清洗机器人采用楼顶提升机构，协调机器人移动，从下往上清洗并能通过该机器人的两个长条型框架式移动模块实现越障和姿态调整。 3 、SkyBot公司研制的清洗机器人 　　以色列的SkyBot公司也在研制清洗机器人，图3为该公司研制的清洗机器人，该机器人采用真空吸附双缆绳悬挂喷雾润湿清洗机构，与本体一体化设计。 4、北航的多足式清洗机器人 　 北京航空航天大学机器人研究所研制了WashmanCleanbot-I和蓝天洁士-I型等系列真空吸附足式擦窗机器人，适合于不同玻璃幕墙清洗，其主要技术特征是采用全气动驱动方式的框架式移动机构，并采用多足多吸盘吸附，因此对玻璃壁面的凹凸有一定的适应能力，清洗效果也较好，智能化程度高，但移动速度慢、清洗效率低、结构复杂且造价高。 5、哈尔滨工业大学研制的机器人 　 哈尔滨工业大学机器人研究所对于壁面移动机器人和地面移动机器人从20世纪90年代初开始做了大量的研究和开发工作，并制成了CLR-1和CLR-2两台样机。其技术特征是采用轮式移动机构、单吸盘吸附方式移动、速度较快,但不能跨越窗框等障碍、消耗能量大，只能单方向移动。