一種建筑外立面清洗機器人系統(tǒng)及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種洗車器，尤其涉及一種建筑外立面清洗機器人系統(tǒng)及其使用方法。
【背景技術】
[0002]隨著建筑技術飛速發(fā)展。越來越高的建筑物表面的清洗維護工作，成為后期保養(yǎng)的重要問題。首先，建筑物高度的不斷上升，使清洗工作更難進行；其次，現(xiàn)代城市中大量的玻璃幕墻運用于高層建筑外墻，玻璃外墻的塵垢不但影響采光和美觀，其與雨水化合能產生腐蝕玻璃墻體的物質，然而其光滑的外表面也使得清洗工作更難展開；再次，傳統(tǒng)的人工清洗措施不但費時費力，而且存在很高的安全隱患，也與現(xiàn)代化城市的發(fā)展面貌不符，而且隨著中國老齡化程度的提高及社會對勞動力的需求越來越大，勞動力缺乏的情況愈發(fā)嚴重，提高勞動力利用率、增強社會自動化生產成為了當前中國社會發(fā)展的重要內容。因此，建筑外立面清洗的自動化勢在必行。
[0003]現(xiàn)有技術及其缺點:
[0004]1、現(xiàn)今壁面清洗機器人相關技術:
[0005]1.1國外研宄現(xiàn)狀
[0006](I) 1978年，化工機械技術服務株式會社制作了一種叫Walker的壁面移動機器人。該機器人采用了單吸盤結構。用真空泵產生負壓，行走機構采用上下兩個行走滾子和左右兩條行走皮帶的驅動。滾子和皮帶自然組成一個真空腔體。轉向通過左右滾輪和皮帶的速度差來實現(xiàn)。Walker既有吸附功能又有行走功能。但它有一個嚴重的缺點，即:壁面上有裂縫時，真空難以維持。
[0007](2)關西電力株式會社研制的真空吸附履帶式結構壁面移動機器人。
[0008]利用均布于履帶和車體底部的吸盤，該機器人可以實現(xiàn)直線運動和轉向運動，但越障和面面轉換能力差。
[0009](3) 1986年美國國際機器人公司研制了用于清洗摩天大樓的爬壁機器人"Skyffasher"，該機器人的移動由兩組L型框架相對滑動，交替吸附來實現(xiàn)，每組框架有三只腳掌，每只腳掌上有兩只真空吸盤，吸盤相對于壁面可以作直線運動，該機器人允許橫向移動，并可跨越一定高度的障礙。但越障能力有限，而且清洗對建筑物的高度有限制。
[0010](4)德國的Fraunhofer研宄所研制了一種名為SIRIUSc的壁面清洗機器人，該種機器人作業(yè)時在機器人上方的建筑物頂部有一個隨動小車，該小車除了起一個安全作用夕卜，還是機器人側移的定位裝置，機器人只能做上下運動，左右運動靠隨動小車牽引實現(xiàn)。爬行機構是基于兩對線形的模塊上的，每個模塊裝有幾個真空吸盤，每對模塊由一個伺服電機驅動。但是越障能力依然有限，且結構復雜。
[0011]1.2國內研宄現(xiàn)狀
[0012](I)北京航空航天大學自1996年起向后研制開發(fā)了“靈巧型擦窗機器人”、“吊籃式擦窗機器人”、“藍天潔寶”等一系列幕墻清洗機器人樣機，這三種均為全氣動清洗機器人，采用十字框架構型，為自主步行移動機器人。所有運動件均由氣缸驅動，主體由X、Y兩個無桿氣缸構成，驅動件與結構件一體化的設計使機器人結構緊湊。可伸縮的腿部安裝有真空吸盤，隨著腿部的交替吸附和主氣缸的運動，機器人可以實現(xiàn)在玻璃幕墻上的縱向和橫向自主運動和越障。其中CLEANBOT與SKYCLEANER在兩個主氣缸之間配備有腰關節(jié)，當機器人發(fā)生偏斜時，可以通過糾偏運動使其回到正常狀態(tài)。SKYCLEANER吸盤與腿部采用微動鉸鏈連接，機器人可克服玻璃面上2度折角變化?！办`巧型擦窗機器人”類似于佐藤多秀研制的雙車體機器人，但重量相對要小的多，僅有20kg，尺寸為0.4mX0.8mX0.2m(寬X長X高)?！暗趸@式擦窗機器人”則模擬人手擦窗的方式進行作業(yè)?！八{天潔寶”屬于被動式清洗機器人，結構簡單，工作效率高，這幾種壁面清洗機器人都具有很高的實用價值。
[0013](2)上海大學特種機器人技術應用研宄室向后開發(fā)研制了多層框架、多真空吸盤式爬壁機器人系列。該機器人由三層框架組成，內外框分別可以相對于中間框架作直線運動，中間框架帶著外框架可作相對于內框架的回轉運動，內外框架上各裝備有四個真空吸盤，通過內外吸盤的交替吸附使機器人在壁面上自由運動，最大10工作移動速度7.0m/min,自重50kg,負載能力55kg,越障高度60mm,采用無線射頻遙控操作。
[0014](3)北京清華大學機器人與自動化實驗室研制的大型油罐自動檢測系統(tǒng)，以磁吸附爬壁機器人為載體。本體左右側各有前后兩個帶輪，分別與裝有永磁體塊的履帶嚙合，構成運動部件.機器人采用后驅動方式，也即以兩個后輪為主驅動輪，它們分別由一臺直流伺服電機通過諧波減速器驅動.在本體正對壁面一側，裝有渦流檢測組件，該組件通過直流小電機和同步帶機構帶動渦流探頭在垂直于機器人運動路線的方向上往復移動，換向動作靠繼電器和行程開關實現(xiàn)。該機器人能自動糾正運動路徑的偏差、自動識別本體所處的位置(主要是判斷本體是否運動至罐頂或罐底)具備了一定的智能。
[0015](4)浙江工業(yè)大學的機電學院也在爬壁機器人的研制方面取得了一定的成果，目前他們正在研制一種基于氣動柔性驅動器的小型多吸盤爬壁機器人。該多吸盤真空吸附式爬壁機器人能夠在地面及平整的壁面上直線爬行與彎曲爬行，主要由吸附機構，驅動機構和提升裝置組成。吸附機構由5個吸盤及5個真空發(fā)生器組成，時刻保持三個以上的吸盤吸附。機器人尺寸為150mmX 10mmX 90mm，重500go
[0016](5)香港城市大學也對爬壁機器人進行了積極的探索研宄，他們開發(fā)出一種十字形框架結構的全氣動壁面爬行機器人，該機器人系統(tǒng)由移動的爬壁機器人、供應小車、空壓機、控制計算機等組成。機器人本體長1220mm,寬1340mm，高370mm,重30kg。機器人本體主要有兩個垂直正交的氣缸組成，靠著兩個氣缸的伸縮實現(xiàn)機器人本體的前后左右移動。為了防止方向上的累積誤差，該機器人還有一個由擺動氣缸組成的腰關節(jié)，以實現(xiàn)對方向誤差的校正，機器人的越障功能是靠安裝在機器人水平和垂直氣缸端部的四個垂直于壁面的氣缸來實現(xiàn)的，它的伸縮可以讓機器人抬起腿部、越過障礙。清洗裝置位于水平氣缸的兩端，靠水平氣缸的伸縮實現(xiàn)左右擦洗。機器人的四條腿上有16個吸盤，靠這些吸盤機器人可以吸附在壁面上。它的視覺系統(tǒng)由一個CCD攝像機和兩個激光二極管組成，通過視覺系統(tǒng)機器人可以測量本身相對于窗框架的方位；視覺系統(tǒng)也可以判定工作表面的臟污狀況、以及是否需要擦洗；還可以確定污點的位置，引導機器人去擦洗。該機器人采用十字形框架結構，真空吸附，氣壓驅動。從整體上看結構簡單適用、活動靈活、能自主識別判斷，是一款不錯的設計。但存在的缺點是因為清洗裝置安裝的位置和水平氣缸自身活動的范圍所限，機器人運動過的路徑上擦洗比較困難，存有盲區(qū)，另外整體剛性也有些差。
[0017]2、現(xiàn)今壁面清洗機器人運用于市場的障礙
[0018]I)越障結構方面的障礙:北京理工大學設計的履帶吸盤式壁面清潔機器人專利，申請?zhí)枮镃N201210114808.3 ;其主要是依靠裝有吸盤的履帶行進，履帶吸盤與真空泵聯(lián)接，經過抽氣形成局部真空以產生負壓；吸盤采用自帶氣閥式結構，通過杠桿作用放氣；機器人底盤中部設有轉向吸盤，通過電機控制滾珠絲杠的運轉，能夠使機器人車體圍繞轉向吸盤軸線旋轉以實現(xiàn)轉向；機器人車體前端設有超聲探測與反饋裝置，保證機器人在行進中能適時測障與避障；具備幾個顯著的缺點和局限性:
[0019]A、該設備只適于小范圍平整的玻璃面，只適用于家居市場，對于多樣化設計的多障礙高層建筑則不適用；
[0020]B、自身重量大，帶載能力差。意外遇到凹凸面容易脫離工作面，在成危險事故；
[0021]而藍天潔寶屬于被動式清洗機器人，結構簡單，工作效率高，具有一定的實用價值。但是清潔高度受到一定限制，性價不夠理想。
[0022]總結可以得出，足式的爬壁機器人結構比較