機器人清洗的應用進(jìn)展

1.概述

利用機器人來(lái)進(jìn)行樓宇玻璃幕墻的清洗是一個(gè)嶄新的領(lǐng)域，壁面移動(dòng)機器人的研究和開(kāi)發(fā)在國際學(xué)術(shù)界處在實(shí)驗室階段，移動(dòng)機器人分為地面移動(dòng)機器人和壁面移動(dòng)機器人兩個(gè)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(dòng)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(chǎng)合，因此真空吸附、負壓吸附機器人備受人們的關(guān)注。

隨著(zhù)近年來(lái)各個(gè)城市進(jìn)行大規?；A建設項目的啟動(dòng)，一些高大、造型風(fēng)格各異的建筑拔地而起，如何對這些建筑外表實(shí)行自動(dòng)化保潔就成為人們所關(guān)注的問(wèn)題，同時(shí)這也成為世界工程技術(shù)人員所面臨的挑戰。

對于采用機器人進(jìn)行樓宇外表面清洗作業(yè)，國內外的大學(xué)、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(wèn)題。例如日本的BISO公司是一個(gè)傳統的制造大樓維護用的吊籃等產(chǎn)品的專(zhuān)業(yè)公司，他們也開(kāi)發(fā)了這種清洗機器人，也賣(mài)岀了幾臺。它除了價(jià)格比較昂貴之外，還有在將機器人賣(mài)出之前必須與大樓的物業(yè)部門(mén)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(shí)將機器人所用的軌道預埋進(jìn)建筑的外墻里，否則這種類(lèi)型的機器人無(wú)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(dòng)化清洗的問(wèn)題將更加困難。國內的哈爾濱工業(yè)大學(xué)機器人研究所、上海大學(xué)、北京航空航天大學(xué)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(shù)有限公司等開(kāi)發(fā)了不同形式的清洗機器人。

對于當今的現代社會(huì )，由于建筑風(fēng)格的千差萬(wàn)別，必然存在機器人工作條件復雜的問(wèn)題，但是追求自動(dòng)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(lái)，避免了惡性事故的發(fā)生和減少了不必要的勞動(dòng)糾紛，這是開(kāi)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(zhì)量的一致性和提高清洗效率為原則，此外設計機器人系統時(shí)，還要考慮清洗結構與機器人本體的相互匹配性以及在實(shí)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(shuō)法，科學(xué)家預言21世紀是機器人的時(shí)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(lái)的好處-如汽車(chē)制造業(yè)、服務(wù)業(yè)、無(wú)人化工廠(chǎng)以及FMS（柔性制造系統）等，處處離不開(kāi)機器人。最近的媒體經(jīng)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(xué)合作研發(fā)的雙足機器人。正如美國影片所描寫(xiě)的那樣，十分類(lèi)似人的機器人的確距離我們的生活不遠了。如果人類(lèi)解決了龐大數據量的技術(shù)問(wèn)題，即所謂的“絕對超級計算機”能夠制造出來(lái)，那么我們的日常生活中，恐怕無(wú)法分辨出來(lái)和我們打交道的是真正的人還是機器。既然現實(shí)生活中計算機無(wú)處不在，那么可以代替人類(lèi)工作的自動(dòng)化設備也是能夠制造出來(lái)的。樓宇清洗機器人屬于服務(wù)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(lái)說(shuō)，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(huì )想到利用機器人。

位于長(cháng)崎的BISO公司曾經(jīng)為宮崎市的國際會(huì )議中心制造了一臺擦窗機器人，這個(gè)中心的大樓45層高，在樓頂安裝有軌道吊裝裝置，每一個(gè)窗戶(hù)的窗框都是特制的，帶有軌道。這是在大樓設計和施工時(shí)征求了業(yè)主的同意，否則該機器人也無(wú)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(gè)機器人系統相當復雜，價(jià)格在80萬(wàn)美元左右。但是，這種機器人對于中國的實(shí)際情況不太適合。

在歐洲，主要是德國，也開(kāi)發(fā)了一種多吸盤(pán)結構的清洗機器人，當初他們開(kāi)發(fā)這種機器人的初衷是因為服務(wù)機器人可以被人人所見(jiàn)，比較貼近大眾，對開(kāi)發(fā)單位也有廣告宣傳的作用，因此他們覺(jué)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(dòng)定位和路徑規劃的控制系統。有的機器人是在吸取了其他優(yōu)點(diǎn)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(wàn)人民幣。

德國清洗機器人的特點(diǎn)是：

①采用多吸盤(pán)交替移動(dòng)方式，共有2組吸盤(pán)，每組8個(gè)，移動(dòng)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(wú)拖纜、無(wú)拖線(xiàn)，自帶水箱，污水回收以及過(guò)濾循環(huán)使用；

③機器人質(zhì)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(wèn)題；

④安全裝置帶有自動(dòng)布線(xiàn)和自動(dòng)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(guò)載保護措施；

⑧所有的控制（移動(dòng)、吸附、清洗、安全裝置）都是通過(guò)機器人本體進(jìn)行全自動(dòng)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(zhù)經(jīng)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(kāi)發(fā)高層建筑清洗機器人。其中哈爾濱工業(yè)大學(xué)機器人研究所在該項目的開(kāi)發(fā)上是最有代表的，先后共開(kāi)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(shù)有限公司，專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)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(huì )指定為機器人生產(chǎn)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(yè)

4.“藍色超人”機器人特點(diǎn)

①吸附方式雙風(fēng)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(dòng)方式雙輪重力下滑，也可實(shí)現雙輪單獨驅動(dòng)。

③控制方式無(wú)線(xiàn)遙控，雙向數據傳輸，可利用工控機或觸摸屏實(shí)現中心站對機器

人本體和卷?yè)P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?yè)P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(jìn)行批量生產(chǎn)。

5.“藍色超入”的操作說(shuō)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(diǎn)動(dòng)清洗作業(yè)按鈕，機器人便可自動(dòng)進(jìn)行清洗。