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1.概述

利用機(jī)器人來進(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(jī)器人的研究和開發(fā)在國際學(xué)術(shù)界處在實(shí)驗(yàn)室階段，移動(dòng)機(jī)器人分為地面移動(dòng)機(jī)器人和壁面移動(dòng)機(jī)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(fù)壓吸附和磁吸附。由于磁吸附壁面移動(dòng)機(jī)器人受使用條件的限制，只適用于工業(yè)上具有導(dǎo)磁材料的場(chǎng)合，因此真空吸附、負(fù)壓吸附機(jī)器人備受人們的關(guān)注。

隨著近年來各個(gè)城市進(jìn)行大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)項(xiàng)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(duì)這些建筑外表實(shí)行自動(dòng)化保潔就成為人們所關(guān)注的問題，同時(shí)這也成為世界工程技術(shù)人員所面臨的挑戰(zhàn)。

對(duì)于采用機(jī)器人進(jìn)行樓宇外表面清洗作業(yè)，國內(nèi)外的大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)和公司都在研發(fā)，但是由于受到機(jī)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(gè)傳統(tǒng)的制造大樓維護(hù)用的吊籃等產(chǎn)品的專業(yè)公司，他們也開發(fā)了這種清洗機(jī)器人，也賣岀了幾臺(tái)。它除了價(jià)格比較昂貴之外，還有在將機(jī)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(jī)器人公司才能在建筑商建設(shè)樓房時(shí)將機(jī)器人所用的軌道預(yù)埋進(jìn)建筑的外墻里，否則這種類型的機(jī)器人無法使用。歐洲的一些國家也在研究清洗機(jī)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(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，要想解決自動(dòng)化清洗的問題將更加困難。國內(nèi)的哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所、上海大學(xué)、北京航空航天大學(xué)機(jī)器

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

對(duì)于當(dāng)今的現(xiàn)代社會(huì)，由于建筑風(fēng)格的千差萬別，必然存在機(jī)器人工作條件復(fù)雜的問題，但是追求自動(dòng)化的建筑清洗方式是大勢(shì)所趨，這樣不但充分體現(xiàn)了現(xiàn)代文明的發(fā)展，而且最重要的是將工人從危險(xiǎn)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(dòng)糾紛，這是開發(fā)樓宇清洗機(jī)器人的前提條件。

采用機(jī)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(shè)計(jì)機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，還要考慮清洗結(jié)構(gòu)與機(jī)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(jī)器人

在國內(nèi)外存在一種說法，科學(xué)家預(yù)言21世紀(jì)是機(jī)器人的時(shí)代。20世紀(jì)在工業(yè)制造方面人們普遍感受到機(jī)器人給我們帶來的好處-如汽車制造業(yè)、服務(wù)業(yè)、無人化工廠以及FMS（柔性制造系統(tǒng)）等，處處離不開機(jī)器人。最近的媒體經(jīng)常讓我們看到機(jī)器人的精彩表演，如日本SONY公司的機(jī)器寵物、HONDA公司和早稻田大學(xué)合作研發(fā)的雙足機(jī)器人。正如美國影片所描寫的那樣，十分類似人的機(jī)器人的確距離我們的生活不遠(yuǎn)了。如果人類解決了龐大數(shù)據(jù)量的技術(shù)問題，即所謂的“絕對(duì)超級(jí)計(jì)算機(jī)”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(jī)器。既然現(xiàn)實(shí)生活中計(jì)算機(jī)無處不在，那么可以代替人類工作的自動(dòng)化設(shè)備也是能夠制造出來的。樓宇清洗機(jī)器人屬于服務(wù)機(jī)器人的范疇，再具體些它屬于特種機(jī)器人中的極限作業(yè)機(jī)器人。一般來說，極限作業(yè)是有危險(xiǎn)的，為了減少或者消除危險(xiǎn)，人們自然會(huì)想到利用機(jī)器人。

位于長崎的BISO公司曾經(jīng)為宮崎市的國際會(huì)議中心制造了一臺(tái)擦窗機(jī)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)窗戶的窗框都是特制的，帶有軌道。這是在大樓設(shè)計(jì)和施工時(shí)征求了業(yè)主的同意，否則該機(jī)器人也無法應(yīng)用。該機(jī)器人的安全裝置重6t，機(jī)器人重200kg，在機(jī)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(jī)器人系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，價(jià)格在80萬美元左右。但是，這種機(jī)器人對(duì)于中國的實(shí)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(jié)構(gòu)的清洗機(jī)器人，當(dāng)初他們開發(fā)這種機(jī)器人的初衷是因?yàn)榉?wù)機(jī)器人可以被人人所見，比較貼近大眾，對(duì)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(jī)器人采用機(jī)器人本體和清洗裝置一體化的設(shè)計(jì)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(guī)劃的控制系統(tǒng)。有的機(jī)器人是在吸取了其他優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，采用水回收處理，循環(huán)使用的設(shè)計(jì)方案，自帶的水量為30L。該機(jī)器人的項(xiàng)目費(fèi)用大約為300萬人民幣。

德國清洗機(jī)器人的特點(diǎn)是：

①采用多吸盤交替移動(dòng)方式，共有2組吸盤，每組8個(gè)，移動(dòng)速度最大可達(dá)15m/min；

②機(jī)器人本體與清洗裝置一體化設(shè)計(jì)，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(jī)器人質(zhì)量約為200kg，由于釆用了雙吊繩，因此機(jī)器人的載荷不存在太大的問題；

④安全裝置帶有自動(dòng)布線和自動(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(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(cè)傳感器等，并且有過載保護(hù)措施；

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

⑨對(duì)于目前玻璃幕墻，基本可以完全應(yīng)用。

3.國內(nèi)清洗機(jī)器人

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，國內(nèi)也有很多高等院校和公司在開發(fā)高層建筑清洗機(jī)器人。其中哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所在該項(xiàng)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(jī)器人、鍋爐水冷壁管檢測(cè)機(jī)器人、核廢液檢測(cè)機(jī)器人等。

在2000年10月，哈工大機(jī)器人研究所與中國藍(lán)星（集團(tuán)）總公司合作組建了北京藍(lán)星哈工大機(jī)器人技術(shù)有限公司，專門生產(chǎn)清洗樓宇玻璃幕墻的清洗機(jī)器人，該公司被國家863計(jì)劃委員會(huì)指定為機(jī)器人生產(chǎn)基地。圖4-44是藍(lán)星機(jī)器人一"藍(lán)色超人”的結(jié)構(gòu)不意圖。

圖4-44“藍(lán)色超人”機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意

圖片P244頁

4.“藍(lán)色超人”機(jī)器人特點(diǎn)

①吸附方式雙風(fēng)機(jī)吸附負(fù)壓傳感器閉環(huán)控制，負(fù)壓值可根據(jù)具體情況對(duì)象自行設(shè)定。

②移動(dòng)方式雙輪重力下滑，也可實(shí)現(xiàn)雙輪單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。

③控制方式無線遙控，雙向數(shù)據(jù)傳輸，可利用工控機(jī)或觸摸屏實(shí)現(xiàn)中心站對(duì)機(jī)器

人本體和卷揚(yáng)安全機(jī)構(gòu)的同步控制，具有良好的人機(jī)界面。

④設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)：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(yáng)安全裝置和清洗滾刷等附件。該機(jī)器人現(xiàn)已研制完成，正在進(jìn)行批量生產(chǎn)。