機器人清洗的應用進展

1.概述

利用機器人來進行樓宇玻璃幕墻的清洗是一個嶄新的領域，壁面移動機器人的研究和開發(fā)在國際學術界處在實驗室階段，移動機器人分為地面移動機器人和壁面移動機器人兩個大的方面，按行走方式分為足式、輪式和履帶式等。如果按照吸附方式可分為真空吸附、負壓吸附和磁吸附。由于磁吸附壁面移動機器人受使用條件的限制，只適用于工業(yè)上具有導磁材料的場合，因此真空吸附、負壓吸附機器人備受人們的關注。

隨著近年來各個城市進行大規(guī)?；A建設項目的啟動，一些高大、造型風格各異的建筑拔地而起，如何對這些建筑外表實行自動化保潔就成為人們所關注的問題，同時這也成為世界工程技術人員所面臨的挑戰(zhàn)。

對于采用機器人進行樓宇外表面清洗作業(yè)，國內外的大學、研究機構和公司都在研發(fā)，但是由于受到機器人作業(yè)環(huán)境的限制，或多或少存在一些這樣或者那樣的問題。例如日本的BISO公司是一個傳統(tǒng)的制造大樓維護用的吊籃等產品的專業(yè)公司，他們也開發(fā)了這種清洗機器人，也賣岀了幾臺。它除了價格比較昂貴之外，還有在將機器人賣出之前必須與大樓的物業(yè)部門和大樓的建筑單位協(xié)商。只有在這兩家單位同意的情況下，機器人公司才能在建筑商建設樓房時將機器人所用的軌道預埋進建筑的外墻里，否則這種類型的機器人無法使用。歐洲的一些國家也在研究清洗機器人，如德國、英國、意大利等。但是在歐洲由于存在很多的古典建筑，結構更加復雜，要想解決自動化清洗的問題將更加困難。國內的哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所、上海大學、北京航空航天大學機器

人研究所，深圳的一家公司以及北京藍星哈工大機器人技術有限公司等開發(fā)了不同形式的清洗機器人。

對于當今的現代社會，由于建筑風格的千差萬別，必然存在機器人工作條件復雜的問題，但是追求自動化的建筑清洗方式是大勢所趨，這樣不但充分體現了現代文明的發(fā)展，而且最重要的是將工人從危險的極限工作環(huán)境中解放出來，避免了惡性事故的發(fā)生和減少了不必要的勞動糾紛，這是開發(fā)樓宇清洗機器人的前提條件。

采用機器人清洗要以追求清洗表面質量的一致性和提高清洗效率為原則，此外設計機器人系統(tǒng)時，還要考慮清洗結構與機器人本體的相互匹配性以及在實際工作環(huán)境下的可操作性。

2.國外清洗機器人

在國內外存在一種說法，科學家預言21世紀是機器人的時代。20世紀在工業(yè)制造方面人們普遍感受到機器人給我們帶來的好處-如汽車制造業(yè)、服務業(yè)、無人化工廠以及FMS（柔性制造系統(tǒng)）等，處處離不開機器人。最近的媒體經常讓我們看到機器人的精彩表演，如日本SONY公司的機器寵物、HONDA公司和早稻田大學合作研發(fā)的雙足機器人。正如美國影片所描寫的那樣，十分類似人的機器人的確距離我們的生活不遠了。如果人類解決了龐大數據量的技術問題，即所謂的“絕對超級計算機”能夠制造出來，那么我們的日常生活中，恐怕無法分辨出來和我們打交道的是真正的人還是機器。既然現實生活中計算機無處不在，那么可以代替人類工作的自動化設備也是能夠制造出來的。樓宇清洗機器人屬于服務機器人的范疇，再具體些它屬于特種機器人中的極限作業(yè)機器人。一般來說，極限作業(yè)是有危險的，為了減少或者消除危險，人們自然會想到利用機器人。

位于長崎的BISO公司曾經為宮崎市的國際會議中心制造了一臺擦窗機器人，這個中心的大樓45層高，在樓頂安裝有軌道吊裝裝置，每一個窗戶的窗框都是特制的，帶有軌道。這是在大樓設計和施工時征求了業(yè)主的同意，否則該機器人也無法應用。該機器人的安全裝置重6t，機器人重200kg，在機器人本體上有螺旋式的清洗刷、擦洗刮板、接水刮板、清水箱和污水箱等，整個機器人系統(tǒng)相當復雜，價格在80萬美元左右。但是，這種機器人對于中國的實際情況不太適合。

在歐洲，主要是德國，也開發(fā)了一種多吸盤結構的清洗機器人，當初他們開發(fā)這種機器人的初衷是因為服務機器人可以被人人所見，比較貼近大眾，對開發(fā)單位也有廣告宣傳的作用，因此他們覺得很有興趣。有的機器人采用機器人本體和清洗裝置一體化的設計方案，自帶水箱，但水是不回收的，此外在控制上采用了基于傳感器的自動定位和路徑規(guī)劃的控制系統(tǒng)。有的機器人是在吸取了其他優(yōu)點的基礎之上，采用水回收處理，循環(huán)使用的設計方案，自帶的水量為30L。該機器人的項目費用大約為300萬人民幣。

德國清洗機器人的特點是：

①采用多吸盤交替移動方式，共有2組吸盤，每組8個，移動速度最大可達15m/min；

②機器人本體與清洗裝置一體化設計，無拖纜、無拖線，自帶水箱，污水回收以及過濾循環(huán)使用；

③機器人質量約為200kg，由于釆用了雙吊繩，因此機器人的載荷不存在太大的問題；

④安全裝置帶有自動布線和自動收放裝置；

⑤清洗效率在60?120m2/h；

⑥采用PLC（可編程控制器），提高了穩(wěn)定性；

⑦安裝有多種傳感器，如光電位置傳感器、霍爾接近傳感器、速度檢測傳感器等，并且有過載保護措施；

⑧所有的控制（移動、吸附、清洗、安全裝置）都是通過機器人本體進行全自動控制；

⑨對于目前玻璃幕墻，基本可以完全應用。

3.國內清洗機器人

隨著經濟的發(fā)展和人們環(huán)保意識的增強，國內也有很多高等院校和公司在開發(fā)高層建筑清洗機器人。其中哈爾濱工業(yè)大學機器人研究所在該項目的開發(fā)上是最有代表的，先后共開發(fā)成磁吸附噴砂除銹、噴漆防腐機器人、鍋爐水冷壁管檢測機器人、核廢液檢測機器人等。

在2000年10月，哈工大機器人研究所與中國藍星（集團）總公司合作組建了北京藍星哈工大機器人技術有限公司，專門生產清洗樓宇玻璃幕墻的清洗機器人，該公司被國家863計劃委員會指定為機器人生產基地。圖4-44是藍星機器人一"藍色超人”的結構不意圖。

圖4-44“藍色超人”機器人的結構示意

圖片P244頁

4.“藍色超人”機器人特點

①吸附方式雙風機吸附負壓傳感器閉環(huán)控制，負壓值可根據具體情況對象自行設定。

②移動方式雙輪重力下滑，也可實現雙輪單獨驅動。

③控制方式無線遙控，雙向數據傳輸，可利用工控機或觸摸屏實現中心站對機器

人本體和卷揚安全機構的同步控制，具有良好的人機界面。

④設計高度：100m。

⑤工作壁面：6mm以上厚度的平面玻璃幕墻、大理石墻面、瓷磚壁面等。

⑥清洗效率：120?150m2/h。

⑦清洗機構：滾刷式清洗輪、清洗液可循環(huán)使用，并有液體回收裝置。

⑧附加裝置：卷揚安全裝置和清洗滾刷等附件。該機器人現已研制完成，正在進行批量生產。

5.“藍色超入”的操作說明

①將機器人安全裝置放置樓頂，接通電源，將安全鋼絲繩放下，掛上機器人本體。

②接通機器人本體電源和控制中心電腦電源。

③在電腦上設置各種參數。

④點動清洗作業(yè)按鈕，機器人便可自動進行清洗。