玻璃清洗机器人的设计论文

玻璃清洗机器的设计

The design of glass curtain wall cleaning

machine

摘 要：本文介绍了一种多吸盘组交替吸附工作、本体框架式移动并附带高效清洗装置的壁面清洁机器人系统，具体阐述了各组成部分的结构和工作原理，并通过实验对爬壁清洗机器人在玻璃壁面上的行走适应情况以及壁面清洗效果进行了探究。该爬壁清洗机器人具有体积小、重量轻、控制方便、清洗效果好等优点，有较强的市场推广价值。

【Abstract】:In this paper, a more alternate adsorption suction cup group work, ontology frame type mobile with efficient cleaning device of wall cleaning robot system, elaborates on the structure and working principle of each component, and through the experiment of climbing on the glass wall cleaning robot walking to adapt to the situation and to explore the effect of cleaning. The climbing wall cleaning robot has small volume, light weight, easy to control, cleaning effect is good wait for an advantage, have stronger marketing value 关键词：真空吸附;爬壁机器人;清洗

Key words: vacuum adsorption; Climbing robot; cleaning

引言：目前玻璃幕墙作为高楼外防护结构的现象越来越普遍，为了保证玻璃外观的整洁美丽，就需要定期对玻璃表面进行清洗，而大部分玻璃幕墙采用人工清洗作业。这种清洗方法是靠升降平台或吊绳悬挂由人进行玻璃幕墙的清洗，作业方式简单易行，但效率低且成本高，更重要的是高空环境条件恶劣易引发安全事故。随着控制和机电技术的发展，壁面清洗机器人应运而生。利用壁面清洗机器人作业将大大降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高劳动生产率，具有相当的社会、经济意义和广阔的应用前景。玻璃幕墙爬壁清洗机器人的研制成功，将会实现清洗作业的自动化，给清洗业带来一次新的革命。 1、机体总体方案设计

为实现高空自动清洗作业，机器人首先必须具有在壁面上吸附和移动功能，此外还应该有相应的清洗作业功能、控制功能、污水回收功能以及高压气体、水等的供应功能。所以壁面清洗机器人系统应包括机器人本体、控制系统、清洗系统、供应保障系统四大部分。 1）机器人本体主要包括吸附和移动两大部分吸附部分，通过空压机产生高压气体，由真空发生器产生真空负压，使机器人本体安全可靠地吸附在工作壁面上。移动部分，通过两个双作用气缸的伸缩分别实现横向与纵向的移动。

2）控制系统的主要任务是通过单片机控制机器人在壁面上的作业。它主要由电源、单片机、继电器构成。控制系统设计遵循可靠、小型、轻量、便于维护的原则，直接安装在机器人本体上。 3 ）清洗系统的主要任务是清洗壁面，同时还要做到废水的回收。主要实现过程是喷淋壁面、滚刷清洗、雨刷收集污水，然后污水通过回水管道回收，从而达到清洗壁面和废水回收的目

的。

4）供应保障系统主要实现气、水等的供应。主要由空压机、水泵等组成。它们由专门的管路送至机器人本体，保证机器人正常作业。在总结和借鉴国内外各种壁面移动机构和清洗装置的基础上，我们设计了一种 多吸盘组交替吸附工作、本体框架式移动并附带高效清洗装置的壁面清洁机器人系统，并制作了实物。

爬壁清洗机器人整体设计参数：机器人总长为 8 0 0 m m ，总宽为700mm，总高为 230mm。总重量为 18KG， 行程 175mm。

2 爬壁清洗机器人基本结构及工作原理 2.1 爬壁清洗机器人行走部分基本结 结构及工作原理

机器人采用两个伸缩气缸呈十字形交叉型，分别固定到中间连接板，行走时进行上下和左右移动，该机器人利用四个吸盘组产生的吸力紧贴玻璃。机器人的尾部连接清洗装置，清洗装置由滚刷和雨刷组成，滚刷由一个电机驱动进行清洗工作。雨刷安装在清洗装置底部的四周，使清洗装置贴住玻璃时密闭不漏水，同时也有一定的清洗作用。 爬壁清洗机器人行走工作原理

图 1 爬壁清洗机器人行走部分

结构简图（不含清洗装置）1.吸盘组2 2.吸盘连接板3.起升气缸组 4.吸盘组5.气缸连接板 6.起升气缸组7.滑块及导轨 8.伸缩气缸b9.L形气缸固定座 10.吸盘组311.中间连接板 12.起升气缸组13.吸盘组14.双作用气缸

机器人的行走部分中气缸 a 和气缸 b由中间连接板连接，使其构成一个整体，完成十字交叉行走，吸盘组2和吸盘组3一起动作，吸盘组1和吸盘组4一起动作，分别连接在两个气缸的两边，每组吸盘由三个吸盘组成，每组吸盘均带有双作用气缸，在机器人行走时使吸盘组抬起或落下，以达到紧贴玻璃或越障的功能。机器人向上运动时，吸盘组 2，3 吸附，吸盘组1，4 在起升气缸作用下抬起，并触碰到行程开关，使气缸a 收缩，从而带动中部连接板及气缸b 向上运动；当气缸a活塞杆触碰到行程开关时，吸盘组1，4的起升气缸伸出，同时触碰到行程开关，开始延时，两吸盘组吸附后紧贴在玻璃上，延时结束后自动关闭吸盘2，3的供气管，同时使吸盘2，3的起升气缸抬起，并触碰到行程开关，气缸a 伸出，带动中部

连接板及气缸b 向上运动。此过程为机器人向上运动的一个周期，向其余三个方向的行走原理同向上行走一样。

2.2 爬壁清洗机器人清洗部分基本结 构及工作原理

带清洗部分的机器人结构简图如右：

1.清洗部分与中间连接板的连接杆2.清洗部分连接板3.起升气缸 4.清洗密封装置 5.电机爬壁清洗机器人清洗部分工作原理：机器人清洗玻璃时，滚刷由电机带动旋转以达到清洗玻璃的目的。清洗装置内连有喷水管和污水回收管，水泵启动，喷嘴向壁面喷水，清洗电机带动滚刷开始清洗壁面。当前方遇到障碍物时，水泵停止供水，清洗装置在双作用气缸的作用下抬起，以达到越障的功能。清洗密封装置由角铝制作成构架，四周贴装修用塑料板，密封装置四周安装雨刷。双作用气缸有两个作用，第一，遇障时抬起清洗装置，第二，清洗时使清洗装置贴住玻璃并提供一定的预紧力，使雨刷紧贴玻璃壁面，防止清洗装置漏水。 2.3 机器人控制模块和检测模块

考虑到城市的玻璃墙面比较高，机器人采用无线遥控。有两种控制模式，第一种是手动模式，在该模式下，机器人每移动一步都需要遥控器发出指令。第二种模式是自动模式，在该模式下，操作者可以预先设定机器人的运动轨迹，机器人可以在预先设定的轨迹上自动清洗。同时，在上述任何一种模式下，为了防止意外，遥控器随时可以控制机器人紧急停车。为了帮助操作人员更好地确定玻璃墙面的清洁程度，机器人的头部和尾部分别安装了一个摄像头，画面可以通过无线模块传输到地面的显示器上显示出来。 3 实验结论及前景分析

根据爬壁清洗机器人的设计思路，我们首先运用了软件建立了机器人的三维模型，并进行了运动仿真分析，分析结果与理论计算结果存在一定差异。最后在实验室按照1:1进行了机器人的制作。完成制作后，对爬壁清洗机器人进行了实验调试，对机器人在玻璃壁面上的行走适应情况和壁面清洗效果进行了探究与验证。实验中分别对行进速度、吸附力冗余量、单位时间内清洗有效面积以及越障高度等进行了测量与计算。实验结果表明，该爬壁清洗机器人在竖直玻璃壁面上行走稳定，吸附力仍有较大冗余，清洗效果好，并具备一定的越障能力，对壁面具有较强的适应能力。相信随着人们对高空清洗研究的深入和机器人高空作业技术的不断发展，爬壁清洗机器人作为高空人工清洗作业的替代，必将具有广阔的市场前景和巨大的实用价值。 参考文献：

[1]Simocode-DP 电机保护和控制设备手册

[2]GB3836.3-2000.爆炸性气体环境用设备.增安型电动机

[3]典型图与组态图均来自上海化学工业区内正在施工建设的项目

[4] 王巍，曹彤. 一种轻型玻璃幕墙清洗机器人模型的研究[B]. 液压与气动.2006；01：17-19 [5] 胡启宝. 多吸盘式玻璃幕墙清洗机器人本体设计. 上海交通大学硕士论文. 2007

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