基本信息
- 项目名称：
- 竖直玻璃幕墙清洗机器人
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 该爬壁机器人采用两个伸缩气缸呈十字型交叉，分别固定到中间连接板，行走时采用十字交叉原理进行上下及左右移动，该机器人靠其十字的四只脚部吸盘组产生的吸力紧贴玻璃，吸盘组带起升气缸。机器人上下行走的后部连接清洗装置，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，使清洗装置密闭不漏水，同时起一定的清洗作用。
- 详细介绍：
- 该爬壁机器人总长为800mm，总宽为700mm，总高为230mm。总重量为18KG。行程175mm。 为实现高空清洗作业的目的，机器人首先必须具有在壁面上的吸附和移动功能，此外还应该有相应的清洗作业功能、控制功能、供应功能等。所以壁面清洗机器人系统包括机器人本体、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。 吸盘部分，可以产生足够大的吸附力使机器人本体安全可靠地吸附在工作壁面上。 移动部分，包括直线行走机构和转向机构（本次设计只实现直线行走），直线行走部分靠一个双作用气缸的伸缩来完成。 2.控制系统的主要任务是通过控制盒完成机器人在壁面上的作业功能。它主要由控制盒和可编程控制器构成。控制系统设计遵循可靠、小型、轻量、便于维护的思想，直接安装在机器人本体上，结构上防水密封。 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。主要实现方式的通过电机带动滚轮转动达到清洗目的，滚轮四周用雨刷封闭并带有回水管到，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供气、水、电等作业所需的东西。由空压机、水泵和电源组成。它们由专门的管路送至机器人本体，实现作业功能。
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作品专业信息
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
- 为了有效地在竖直玻璃幕墙上进行清洗作业，我们在总结和借鉴国内外现有爬壁清洗机器人的基础上，提出了一种采用多吸盘组交替吸附工作、本体框架式移动并附加高效清洗装置的爬壁清洗机器人，主要创新点在于爬壁机器人的本体设计利用真空吸附原理，采取一套完整的气压控制系统，这使得整个机器人功率体积比大；另外在机器人前部位安装了一台摄像头，能及时能将壁面信息传送到接收平台上，有利于提高工作效率。技术关键在于机器人在玻璃壁面上行走时吸附系统吸力大小的确定、吸盘的最有效布局方式的安排、吸盘组交替工作的实现以及高效清洗装置的设计。主要技术指标包括吸盘吸力的冗余量F，机器人壁面移动的速度V,以及清洗装置单位时间内清洗的有效面积S。
科学性、先进性
- 该爬壁清洗机器人利用真空吸附原理，将气压控制与单片机控制有效地结合起来，自动化程度较高。该爬壁机器人采取多吸盘框架式移动，与现有爬壁清洗机器人技术相比，吸盘吸附稳定可靠，整体刚性较好，越障能力和带负载能力均较强。经过计算，采用四组吸盘，共20个，两组吸盘交替工作，单个吸盘直径为80mm，则每组吸盘吸力冗余量可达到200N。若考虑清洗装置产生的力矩对吸盘组吸力的影响，将使每组吸盘冗余量降低15N，影响不大。
获奖情况及鉴定结果
- 该作品在于2010年10月代表学校参加了第十一届中国西部国际博览会
作品所处阶段
- 实物已经制作完成，正在调试中，通过调试来检验作品设计的合理性、可行性，评估作品具有的市场前景
技术转让方式
- 未转让
作品可展示的形式
- 实物、现场演示、录像
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
- 爬壁清洗机器人系统包括壁面吸附、移动、清洗以及水、电、气的供应。由空气压缩机提供高压气体，真空发生器产生真空负压，确保吸盘的吸附。可通过手动遥控和上位机操作控制机器人在壁面上的作业。气压控制和单片机编程控制的运用使得机器人具有较大的功率体积比的同时，也使得整个机器人控制方便，并有摄像头的实时图像的传送，机器人工作效率高。通过实验调试，观察该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。实验表明该爬壁清洗机器人在竖直玻璃壁面上行走稳定，具有较好的清洗效果，并具有一定的越障能力，具有较强的壁面适应能力。该爬壁清洗机器人，尤其适用于低矮竖直幕墙的壁面清洗工作，效率高，能在一定程度上能取代人工清洗作业，鉴于目前国内在高空壁面清洁领域，仍没有较成熟的清洗服务机器人，继续完善该爬壁清洗机器人，必将具有广阔的市场前景。
同类课题研究水平概述
- 壁面移动机器人是一种能够在垂直壁面进行移动作业的极限作业机器人，世界机器人大国日本在极限作业机器人研究方面尤为积极。早在1966年，在大阪府立大学工学部任讲师的西亮利用电风扇进气侧低压空气产生的负压作为吸附力制作了一台垂直壁面移动机器人的原理样机。1975年，已经身为宫崎大学工学院部教授的西亮又制作了以实用化为目标的二号样机，这是个单吸盘结构，靠轮子行走的壁面移动机器人。从此以后各国著名的大学、研究所、公司纷纷投入力量广泛开展用于极限作业的壁面移动式机器人的研究 1978年，化工机械技术服务株式会社制作了一种叫Walker的壁面移动机器人。该机器人采用了单吸盘结构。用真空泵产生负压，行走机构采用上下两个行走滚子和左右两条行走皮带的驱动。滚子和皮带自然组成一个真空腔体。转向通过左右滚轮和皮带的速度差来实现。Walker既有吸附功能又有行走功能。但它有一个严重的缺点，即壁面上有裂缝时，真空难以维持。 英国的朴次茅斯大学设计了一种称作Robug的机器人，有类似蜘蛛的腿脚，脚部带有吸盘，也可以沿壁面爬行，其中RobugⅢ型是由八只脚组成的，每只脚都有自己的微处理器，都是由气驱动，每个脚的根部都有一个吸盘。机械上同步的4条腿作为一组，由两组气缸驱动，反复地起着支撑和复位的作用。与以往不同的是机器人控制其装在每条腿上，通过遥控机器人可沿任意方向行走。 我国研究和开发机器人始于七十年代初期。1975年在北京举办的日本科技展览会上，川崎重工业公司首先在中国展出了工业机器人（Unimate-2000型搬运机器人），以此为起点，我国掀起了第一个研制机器人的浪潮。 我国自行设计并研制的第一台壁面爬行式遥控检查机器人（BH-1型）诞生在哈尔滨工业大学机器人研究所，它是为我国的核电事业而研制废料储罐进行安全情况检查（检查方法为超声波探伤及测厚）。BH-1型爬壁机器人的特点是它的行走机构采用了一种新结构的轮子—全方位轮，这是瑞典MECANUM公司的新技术。哈尔滨工业大学从1988年开始在国家“863”高技术的支持下先后研制了两种爬壁机器人。哈工大研制出单吸盘轮式驱动爬壁机器人，该真空吸附式机器人采用全方位车轮机构，实现了在机器人本体方位保持不变的情况下，机器人能够沿任意直线方向移动，该机器人自重20千克，负载能力15千克，移动速度0-2米/分钟，采用微机控制和有线遥控。
