机器人清洗的应用进展

1.概述

利用机器人来进行楼宇玻璃幕墙的清洗是一个崭新的领域，壁面移动机器人的研究和开发在国际学术界处在实验室阶段，移动机器人分为地面移动机器人和壁面移动机器人两个大的方面，按行走方式分为足式、轮式和履带式等。如果按照吸附方式可分为真空吸附、负压吸附和磁吸附。由于磁吸附壁面移动机器人受使用条件的限制，只适用于工业上具有导磁材料的场合，因此真空吸附、负压吸附机器人备受人们的关注。

随着近年来各个城市进行大规模基础建设项目的启动，一些高大、造型风格各异的建筑拔地而起，如何对这些建筑外表实行自动化保洁就成为人们所关注的问题，同时这也成为世界工程技术人员所面临的挑战。

对于采用机器人进行楼宇外表面清洗作业，国内外的大学、研究机构和公司都在研发，但是由于受到机器人作业环境的限制，或多或少存在一些这样或者那样的问题。例如日本的BISO公司是一个传统的制造大楼维护用的吊篮等产品的专业公司，他们也开发了这种清洗机器人，也卖岀了几台。它除了价格比较昂贵之外，还有在将机器人卖出之前必须与大楼的物业部门和大楼的建筑单位协商。只有在这两家单位同意的情况下，机器人公司才能在建筑商建设楼房时将机器人所用的轨道预埋进建筑的外墙里，否则这种类型的机器人无法使用。欧洲的一些国家也在研究清洗机器人，如德国、英国、意大利等。但是在欧洲由于存在很多的古典建筑，结构更加复杂，要想解决自动化清洗的问题将更加困难。国内的哈尔滨工业大学机器人研究所、上海大学、北京航空航天大学机器

人研究所，深圳的一家公司以及北京蓝星哈工大机器人技术有限公司等开发了不同形式的清洗机器人。

对于当今的现代社会，由于建筑风格的千差万别，必然存在机器人工作条件复杂的问题，但是追求自动化的建筑清洗方式是大势所趋，这样不但充分体现了现代文明的发展，而且最重要的是将工人从危险的极限工作环境中解放出来，避免了恶性事故的发生和减少了不必要的劳动纠纷，这是开发楼宇清洗机器人的前提条件。

采用机器人清洗要以追求清洗表面质量的一致性和提高清洗效率为原则，此外设计机器人系统时，还要考虑清洗结构与机器人本体的相互匹配性以及在实际工作环境下的可操作性。

2.国外清洗机器人

在国内外存在一种说法，科学家预言21世纪是机器人的时代。20世纪在工业制造方面人们普遍感受到机器人给我们带来的好处-如汽车制造业、服务业、无人化工厂以及FMS（柔性制造系统）等，处处离不开机器人。最近的媒体经常让我们看到机器人的精彩表演，如日本SONY公司的机器宠物、HONDA公司和早稻田大学合作研发的双足机器人。正如美国影片所描写的那样，十分类似人的机器人的确距离我们的生活不远了。如果人类解决了庞大数据量的技术问题，即所谓的“绝对超级计算机”能够制造出来，那么我们的日常生活中，恐怕无法分辨出来和我们打交道的是真正的人还是机器。既然现实生活中计算机无处不在，那么可以代替人类工作的自动化设备也是能够制造出来的。楼宇清洗机器人属于服务机器人的范畴，再具体些它属于特种机器人中的极限作业机器人。一般来说，极限作业是有危险的，为了减少或者消除危险，人们自然会想到利用机器人。

位于长崎的BISO公司曾经为宫崎市的国际会议中心制造了一台擦窗机器人，这个中心的大楼45层高，在楼顶安装有轨道吊装装置，每一个窗户的窗框都是特制的，带有轨道。这是在大楼设计和施工时征求了业主的同意，否则该机器人也无法应用。该机器人的安全装置重6t，机器人重200kg，在机器人本体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，整个机器人系统相当复杂，价格在80万美元左右。但是，这种机器人对于中国的实际情况不太适合。

在欧洲，主要是德国，也开发了一种多吸盘结构的清洗机器人，当初他们开发这种机器人的初衷是因为服务机器人可以被人人所见，比较贴近大众，对开发单位也有广告宣传的作用，因此他们觉得很有兴趣。有的机器人采用机器人本体和清洗装置一体化的设计方案，自带水箱，但水是不回收的，此外在控制上采用了基于传感器的自动定位和路径规划的控制系统。有的机器人是在吸取了其他优点的基础之上，采用水回收处理，循环使用的设计方案，自带的水量为30L。该机器人的项目费用大约为300万人民币。

德国清洗机器人的特点是：

①采用多吸盘交替移动方式，共有2组吸盘，每组8个，移动速度最大可达15m/min；

②机器人本体与清洗装置一体化设计，无拖缆、无拖线，自带水箱，污水回收以及过滤循环使用；

③机器人质量约为200kg，由于釆用了双吊绳，因此机器人的载荷不存在太大的问题；

④安全装置带有自动布线和自动收放装置；

⑤清洗效率在60〜120m²/h；

⑥采用PLC（可编程控制器），提高了稳定性；

⑦安装有多种传感器，如光电位置传感器、霍尔接近传感器、速度检测传感器等，并且有过载保护措施；

⑧所有的控制（移动、吸附、清洗、安全装置）都是通过机器人本体进行全自动控制；

⑨对于目前玻璃幕墙，基本可以完全应用。

3.国内清洗机器人

随着经济的发展和人们环保意识的增强，国内也有很多高等院校和公司在开发高层建筑清洗机器人。其中哈尔滨工业大学机器人研究所在该项目的开发上是最有代表的，先后共开发成磁吸附喷砂除锈、喷漆防腐机器人、锅炉水冷壁管检测机器人、核废液检测机器人等。

在2000年10月，哈工大机器人研究所与中国蓝星（集团）总公司合作组建了北京蓝星哈工大机器人技术有限公司，专门生产清洗楼宇玻璃幕墙的清洗机器人，该公司被国家863计划委员会指定为机器人生产基地。图4-44是蓝星机器人一"蓝色超人”的结构不意图。

图4-44“蓝色超人”机器人的结构示意

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4.“蓝色超人”机器人特点

①吸附方式双风机吸附负压传感器闭环控制，负压值可根据具体情况对象自行设定。

②移动方式双轮重力下滑，也可实现双轮单独驱动。

③控制方式无线遥控，双向数据传输，可利用工控机或触摸屏实现中心站对机器

人本体和卷扬安全机构的同步控制，具有良好的人机界面。

④设计高度：100m。

⑤工作壁面：6mm以上厚度的平面玻璃幕墙、大理石墙面、瓷砖壁面等。

⑥清洗效率：120〜150m²/h。

⑦清洗机构：滚刷式清洗轮、清洗液可循环使用，并有液体回收装置。

⑧附加装置：卷扬安全装置和清洗滚刷等附件。该机器人现已研制完成，正在进行批量生产。

5.“蓝色超入”的操作说明

①将机器人安全装置放置楼顶，接通电源，将安全钢丝绳放下，挂上机器人本体。

②接通机器人本体电源和控制中心电脑电源。

③在电脑上设置各种参数。

④点动清洗作业按钮，机器人便可自动进行清洗。