基本信息
- 项目名称：
- 微型自攀爬壁面清洁机器人
- 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：
- 秉着“让家庭更智能，让城市更美好，让世界更绿色”的总目标，针对玻璃幕墙的清洗以及太阳能光伏玻璃（填补产业领域空白）等巨大清洗市场，本作品应运而生，设计结构紧凑、小巧灵活、控制灵敏、无线控制，可实现机器人群清洗。成本低廉，注塑生产，市场价可低至RMB5000元，易形成产业化，将对壁面清洗机器人的发展有深远意义。目前机器人处于实验室阶段。
- 详细介绍：
- 1）成本低廉 目前国内外壁面清洁机器人的价格都相当的昂贵，例如在清洗迪拜——哈利法塔，其高828米，整栋建筑的玻璃面积达到12万平方米。Cox Gomyl公司开发出12部清洁机，它们总重13吨，可搭载36名清洁工人，他们使用普通肥皂水清洗哈利法塔24830块反射玻璃，从上到下全部清洁一遍需要长达3个月时间，共耗资800万美元。 本作品机器人的成本主要包括电机，真空泵，电磁阀，传感器，零部件加工及装配费用等，估算在五千元人民币左右。若我们负责哈利法塔的清洗工作，我们大胆猜想，可能只需耗资一百万元以下就可以完成任务。 2）功能齐全 本作品微型自攀爬壁面清洁机器人是基于高档8位单片机控制，并且在结构设计上的灵活运用，本作品集多功能于一身，具有四大功能：移动功能、清洗功能、吸附功能、越障功能。 3）结构创新 A、本作品采用行星轮系、双足对称结构，通过双足交替吸附于壁面，并由单一电机驱动主动齿轮就可使机器人进行脚步式行走运动，以至于本作品机器人结构紧凑，小型化。 B、本作品清洗盘结构模拟人工清洗方式，先由海绵加清洗活性剂清洗壁面，再由刮板将无法清理的污渍清洗干净。在结构上利用刮板和切口导向槽对污水排清及回收进行处理，达到较好的清洗效果。 C、本作品离合器结构利用简单的斜面增力结构，使机器人的行走运动与越障动作利用同一部电机在不同时刻驱动就可控制。 D、本作品的行走腿结构、清洗盘结构以及离合器结构为同轴结构，使得机器人的结构紧凑，小巧灵活，功能齐全。 E、本作品机器人的整体高度约为200mm，质量不大于3Kg,而且单吸盘吸附力可达到10Kg，经计算分析，机器人的抗倾覆力矩较大保证机器人安全稳定的工作。 4）多传感器技术融合 本作品采用自制设计的压力传感器对凹陷式障碍和较低高度的障碍进行避障控制；采用超声波传感器对视野范围内障碍的测距作用；采用碰触开关对一定高度的障碍进行有效避障；采用旋转电位器对机器人在壁面行走所转过的角度进行控制。 5）易于产业化 本作品基于单片机就可以控制，易于与PC机进行相互通信；本作品在结构上的创新使得本体小巧灵活，结构紧凑，从而机器人的研制成本就会有大幅度削减。价格上的优势使得本作品机器人的大众式消费、家庭型消费成为可能，且有益于壁面清洁机器人的产业化形成。
作品图片
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
- 目的： 为了高效清洗已被粉尘覆盖的玻璃幕墙和太阳能光伏玻璃，为了使得机器人小巧轻量，为了让所有家庭都可以实现机器人梦想，为了城市的环境更加美好，为了使得太阳能广泛利用于社会，本作品采用新型结构设计，无线控制，单片机控制，多传感器融合应用等方法，通过仿真软件建立虚拟样机模型，验证机器人结构合理性和运动灵活性，使得机器人满足需求而可形成产业化。 创新性： 1）设计新型的行走机构、清洗盘结构、离合器结构和压力传感器，满足机器人小巧灵活，多功能实现等要求； 2）多种传感器的融合应用，机器人完全自主地运动，实现自攀爬、清洗和越障功能，能够广泛应用于太阳能光伏玻璃清洗产业； 3）结合机器人小型轻量特点，完全实现无线控制，父机器人辅助子机器人群，完成充电、补水等工作，进行高效清洗作业。 技术关键： 单体机器人实现自攀爬的整个技术要求，有吸附技术、清洗技术、控制技术、传感器技术等。 技术指标： 1）机器人自重≤3kg 2）机器人外形尺寸（长×宽×高）：355mm×170mm×180mm 3）机器人功耗0.01Kw/m2
科学性、先进性
- 科学性： 依据社会发展趋势、国家政策方针、新型能源发展方向，本作品致力于实现清洁机器人的小型化，实现机器人群清洗，可完成目前无法实现机器人清洗太阳能光伏玻璃的任务，解决其因灰尘堆积而导致的光电转换率低的问题，并且推行产业化后，对此工程项目的耗费将比人工清洗便宜百倍甚至万倍。 先进性： 1）采用新型结构和先进技术，使得机器人小巧灵活，可实现机器人群清洗，效率比人工提升很多； 2）竖直壁面上实现自攀爬运动，实现360度回转，多传感器融合应用，实现完全自主性； 3）与机器人制造公司、清洁公司加强合作，注塑生产，积极推广，本作品将更具竞争力，形成产业化，可实施销售、租赁等方式获得丰厚的利润； 4）父子机器人互相配合，子机器人群依据其微型特点，基于通信实现完成大规模的清洗工程项目任务； 5）成本低廉，市场价可被大众接受，解放生产力。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室调试阶段
技术转让方式
- 洽谈
作品可展示的形式
- 现场演示、图片、录像、样品等方式展示，真正市场化的产品需要一定时日。
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
- 目前是单体机器人实验室调试阶段，基于实验数据最大化原则，对机器人各个动作步态进行稳态实现。机器人稳定吸附于壁面上，对各种应用场合玻璃清洗作业，具有广泛的适用范围。 查相关文献可知，玻璃幕墙清洁机器人在国内外（境内外）均呈现市场需求。ECE和IFR在1999年发表新闻公报统计，截止1998年，全球在役清洁机器人月300套，1999-2002年将再新投入500-1000套。据香港《环誉》杂志对清洁公司经理的调查表明，每台（套）售价在100万元港币以内的机器人是可以被被香港客户接受的。事实上，国外清洁机器人的基本售价在15-20万美元。21世纪将更有市场。 本作品机器人结构简单紧凑，大多数零件实现注塑批量生产，凭借微型特点，广泛运用于太阳能光伏玻璃清洗产业，填补领域空白。实现市场价低廉，最低可至RMB5000元，可运用于家庭小范围内壁面清洗，适合大众的壁面清洁机器人。 若是我们与清洁公司合作生产并应用本作品微型自攀爬壁面清洁机器人，投放市场后，将具有很强的竞争力。
同类课题研究水平概述
- 壁面清洁洗机器人隶属于特种机器人，由于其将为人类带来巨大的经济效益和社会效益。因此，各工业发达国家都投入大量人力物力，积极进行其理论和技术研究，。 在国外，对爬壁机器人的研制日本起步比较早。1978年，日本化工机械技术服务株氏会社研发了两款壁面爬行机器人：PC型核电站外墙面清洗机器人和PD型核电站壁面清洗机器人。从80年代开始，爬壁机器人的研究在国内外取得了突飞猛进的发展，有很多具有新结构和应用在新领域的爬壁机器人被开发出来，有的已进入实用阶段；到90年代初，国内外已有11台不同类型的爬壁机器人研制成功，其中技术发展最快的当属日本。真空吸附式的爬壁机器人有以下几款新型：1988年，日本三菱化工研究所研发的真空吸附型壁面行走机构“VACS” ；1911年，东京大学研究人员研发的“NINJA—1”型四足壁面步行机器人，此后又进一步发展出“NINJA—Ⅱ”型机器人。1922年，日本机械技术研究所的池田喜一等人开发出（MS—Ⅳ）自立型步行爬壁机器人。此外俄罗斯彼得堡国立技术大学也成功研制出负压吸型爬壁机器人；英国南岸大学在1944年研发出多足多吸盘气动型爬壁机器人。近年来，英国又开发了“Robug Ⅲ”型爬壁机器人。1984年日本日立制作所的内藤绅司、佐藤主税等人研制出脚式磁吸附爬壁机器人；90年代初，英国的RTD公司研制出了了轮式磁吸附爬壁机器人（Beetle）；日前，日本三菱重工业公司正在研发一种磁式爬壁喷涂机器人，它是一种轮式结构。 国内壁面爬行机器人的开发始于80年代。哈尔滨工业大学机器人研究所特种机器人研究室，从1988年开始在国家“863”计划的支持下，率先从事爬壁机器人的研究。此后中国科技大学、上海交通大学、清华大学机械系和北京航空航天大学、南京航空航天大学等多家单位也相继开展了这一领域的研究，目前取得了不错的成果。哈尔滨工业大学研究所已先后开发出以下两个系列5个品种的爬壁机器人，用于壁面清洗、遥控检查、金属罐防腐、水冷壁清扫、除渣、测厚等工作；上海交通大学开发了一种测量油罐容积的履带式磁吸附型爬壁机器人；上海大学研制了用于高层建筑清洗玻璃壁面的爬壁机器人，采用框架式步行移动机构，真空吸附；北京航空航天大学机器人研究所研制开发了WASHMAN和CLEANBOT-Ⅰ。
