機器人清洗（xǐ）的應用進展-格瑞戴西Greendash

1.概述

利用機（jī）器人來進行樓宇玻璃幕牆的清洗是（shì）一個嶄新（xīn）的領域，壁麵移動機器人的研究和開發在國際學術（shù）界處在實驗室階段，移動機器人分為地麵移動機器人和（hé）壁（bì）麵移動機器（qì）人兩（liǎng）個大的方麵，按（àn）行走方式（shì）分為足式、輪式和履帶（dài）式等。如果按照吸附方（fāng）式可（kě）分為真空吸附、負壓吸附和磁（cí）吸（xī）附（fù）。由於磁吸附壁麵移動機器人受使用條件的限製，隻適用於工業上具有導磁材料的場合，因此真空吸附、負壓吸附機器人備受（shòu）人們的關注。

隨著（zhe）近年（nián）來各個城市進行大規模基（jī）礎建設項目的啟動，一些高大、造型風格各異的建築拔地而起，如何對這些建築外表實行自動化保潔就（jiù）成為人們所（suǒ）關注的問題，同時這也成為世界工程技術人員所麵臨的挑戰。

對於采用機器（qì）人進行樓宇（yǔ）外表麵（miàn）清洗作業，國內外（wài）的大（dà）學、研究機構和公司都（dōu）在（zài）研發，但是由於受（shòu）到機器人（rén）作業環境的限製，或多或少存在一些這樣（yàng）或者那樣的問（wèn）題。例如日本（běn）的BISO公（gōng）司是一個傳統的製造大樓維護用的吊（diào）籃等產品的專業公司，他們也開發了這種清洗機器人，也（yě）賣岀了幾台。它除了價格比較昂貴之外，還有在將機器人賣出之前必須與（yǔ）大樓的物業部（bù）門和大（dà）樓的建築單位協（xié）商。隻有在這兩家單位同意的情況（kuàng）下，機器人公司才能在建築商建設樓房時將機（jī）器人所用的軌道預埋進建築的外牆裏，否（fǒu）則這種類型的機器人無法使用。歐（ōu）洲的一些國家也在研究清洗機器人，如德國、英國、意大利等（děng）。但是在歐洲由於存在很多的古典建築，結構更加複雜，要想解決自（zì）動（dòng）化（huà）清洗（xǐ）的問題將更加（jiā）困難。國內的哈爾濱工業大學機器人研（yán）究（jiū）所（suǒ）、上海大學、北京航空航（háng）天大學機器

人研究所，深圳的一家公司以及北京藍星哈工大（dà）機器人技術有限公司等（děng）開發了不同形式的清洗機器（qì）人（rén）。

對於當今的現代社會，由於建築風格的千差萬別，必然存在機器人工作條件複雜的問題，但是追求（qiú）自動化的（de）建築清（qīng）洗方式是大勢（shì）所趨，這樣不但充分體現了（le）現代文（wén）明的發展，而且最（zuì）重要的是將（jiāng）工人（rén）從（cóng）危（wēi）險的極限工作環境中解放出來（lái），避免了惡性事故的（de）發生和減少了（le）不必要的勞動糾（jiū）紛，這是開發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麵質量的一致性和提高清洗效率為原則，此（cǐ）外設計機器人係統（tǒng）時，還要考（kǎo）慮清洗結構與機器人本體的相互匹配性以及在實際（jì）工作環境下（xià）的可（kě）操作性。

2.國外清洗機器人

在國內外存在一種說法，科學家預言21世紀是機器人的時代。20世紀在工業製（zhì）造方麵人們普遍感受到（dào）機器人給（gěi）我們帶（dài）來的好處-如汽車製造業、服務業、無人化工廠以及FMS（柔性製造係統）等，處處離不（bú）開機器人。最近的媒（méi）體經常（cháng）讓我們看到機器人的精彩表演，如（rú）日本SONY公司的機（jī）器寵物、HONDA公司和早稻田大學合作研發的雙（shuāng）足機器人。正如美國影片（piàn）所描寫的那樣，十分類似人的機器人的確距（jù）離我們的生活不遠了（le）。如果人類解決了龐大數（shù）據量的技術問（wèn）題，即所謂（wèi）的“絕對超級計算（suàn）機”能夠製造出來，那麽我們的日常生活中，恐怕無法分辨出來和我們（men）打交道的是真正的人還是（shì）機器。既然現實生活中計算（suàn）機無處不在，那麽可以代替人類工作（zuò）的（de）自動化設備也是能夠製造出來的。樓宇清洗機器人屬於服（fú）務機器人的範疇，再具體些它屬於特種機器人中（zhōng）的極限作業機（jī）器人。一般來說，極限作業是有危險（xiǎn）的，為了減（jiǎn）少或者消除危險，人們（men）自（zì）然會想到利用機器人。

位於長崎的BISO公司曾經為宮崎市的（de）國際會議中心製造了一台（tái）擦窗機器人，這個中心的（de）大樓45層高，在樓頂安裝有軌道吊裝裝置，每一個窗戶的窗框都是特製的，帶（dài）有軌道。這是在大樓設（shè）計和施工時征求（qiú）了業主（zhǔ）的同意，否則該（gāi）機器人也無法（fǎ）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（guā）板、接水（shuǐ）刮板、清（qīng）水箱和汙水（shuǐ）箱等，整個機器人係統相當複雜，價格在（zài）80萬（wàn）美元左（zuǒ）右。但是，這（zhè）種機器人對於中國（guó）的實際情況（kuàng）不太適合（hé）。

在歐洲，主要是（shì）德國（guó），也開發了（le）一（yī）種多吸（xī）盤結構的清洗機器人，當（dāng）初他們開發這種機器人的初衷是（shì）因為服務機器人可以被人人所見，比較貼近大眾，對開發單位也有廣告宣（xuān）傳的（de）作用（yòng），因此他們（men）覺得很有興趣。有的機器（qì）人采用機器人本體和（hé）清（qīng）洗裝置一體化的設計方案，自帶水（shuǐ）箱，但水是不回（huí）收的，此外在（zài）控製上采用了基於傳（chuán）感（gǎn）器的自動定位和路徑規劃的控製係統。有的機器人是在吸取了其他優點的基礎之上，采用水回收處理，循環使用的（de）設計方案，自帶的水量為30L。該機器（qì）人的（de）項目費用大約為300萬人民幣。

德國清洗機器人的特點是：

①采用多吸盤交替移動方式（shì），共（gòng）有2組吸盤，每組8個（gè），移動速（sù）度最大可達15m/min；

②機器人本體與（yǔ）清洗裝置一體化設計，無拖（tuō）纜（lǎn）、無拖線，自帶（dài）水箱，汙水回收（shōu）以及過（guò）濾（lǜ）循環使用；

③機器人（rén）質量（liàng）約為200kg，由於釆用了雙吊繩，因此機器人的載荷不存在太大的問題；

④安全裝置帶有自動布線和自動收（shōu）放裝置；

⑤清洗效率在60〜120m²/h；

⑥采用PLC（可編程控製器），提高了穩定性；

⑦安裝有多（duō）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，並且有過（guò）載保護措施；

⑧所有的控製（移動、吸附、清洗、安全裝（zhuāng）置）都是通過機（jī）器（qì）人本體進行全自動控製；

⑨對於目前玻璃幕牆，基本可以完全應用。

3.國（guó）內清洗機器人

隨著經濟（jì）的（de）發展和人們環保（bǎo）意識的增強，國內也有很（hěn）多高等院校和（hé）公司在開（kāi）發高（gāo）層建築清洗機器人。其（qí）中（zhōng）哈爾濱工業大學機器人研究所在該項目的（de）開發上是最有代表（biǎo）的，先後共開發（fā）成磁吸附（fù）噴砂除鏽、噴漆防腐（fǔ）機器人、鍋爐水冷壁管檢測機器（qì）人、核廢液檢測機器人等。

在2000年10月，哈工大（dà）機器人（rén）研究所與中（zhōng）國（guó）藍星（集（jí）團）總公司合作組建了北（běi）京（jīng）藍星（xīng）哈工大機器人技術有限公司，專（zhuān）門生產清洗樓宇玻璃幕牆的清洗（xǐ）機器人，該公司被國家863計（jì）劃委員會指定為機器人生產基地。圖4-44是藍星機器人一"藍色超（chāo）人”的結構不意圖。

圖4-44“藍色超人”機器人的結（jié）構示意

圖片P244頁

4.“藍色超人”機器人特點

①吸附方式雙風（fēng）機吸附（fù）負壓傳感器閉（bì）環控製，負壓值可根據具體情況對象自行設定。

②移動（dòng）方（fāng）式雙輪重力下滑，也可實現雙輪單獨驅動。

③控（kòng）製（zhì）方式無線遙控，雙向數據傳（chuán）輸，可利用（yòng）工控機（jī）或觸摸屏實現中心（xīn）站對機器

人（rén）本體和卷（juàn）揚安全（quán）機構（gòu）的同步控製（zhì），具有良好的人機界麵。

④設計高度：100m。

⑤工作壁麵：6mm以上厚度的平麵玻璃幕牆（qiáng）、大理石牆麵、瓷磚壁麵等。

⑥清洗效率：120〜150m²/h。

⑦清洗機構（gòu）：滾刷（shuā）式清洗輪、清（qīng）洗液可循環使用（yòng），並（bìng）有（yǒu）液（yè）體回收（shōu）裝置。

⑧附加裝置：卷揚安全裝置和清（qīng）洗滾刷等附件。該機器人現已研製完成，正在進行批量生產。