悬挂式清洗机器人的设计与研究

《悬挂式清洗机器人的设计与研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、悬挂式清洗机器人的设计与研究　　摘要：文章介绍了国际上对高楼壁面清洗机械的研究成果与发展趋势，设计了一个吊挂与吸附相结合的机械结构，控制系统由传感器、执行器、监控器和通信网络等组成，该系统具有可靠性高、运行稳定、机械结构简单等诸多优点，大大提高了壁面清洗的效率。　　关键词：清洗机器人；PLC控制；无线通讯；监控站　　引言　　随着现代都市的蓬勃发展，人们对建筑物美的需求日益迫切，很多高层采用玻璃作为建筑外幕，但也都为建筑外幕易脏且难清理所困扰，尤其是构造越复杂的建筑外幕清洗起来越困难，原来采用人工在吊篮中清洗的方式很难满足现代高大建筑物的清洗需要。在1966年日本大阪府立大学讲师首先开始了对垂直

2、壁面上移动的机器人的研制[1]，随后美国、英国、意大利等国也都对壁面清洗机器人做出了相应研究[2-3]。　　高楼外幕清洗机器人是有着确定功用的机器人，它作用在危险系数高且垂直于地面的高楼外壁，要自带清洗装备，是能够满足现代都市建筑外幕外部洗濯服务的极限工作机器人，它可以将人们从危险的高空作业环境中解脱出来，不仅可以避免事故的发生，减少人员伤亡，并且可以美化都市外貌，具有良好的发展空间。　　现在国内外壁面清洗机器人运动方式大概有两类，一类是吸盘式的结构[4-5]，主要是使吸盘达到真空状态将机器人本体吸附在外壁上，采用相应的驱动方式进行运动控制；另外一种则采用吊挂式，使用吊塔及缆绳控制机器人清洗机

3、构的位置与移动方向。本文要采用的是吊挂式和吸附式相结合的结构，提高了系统的稳定性与安全性。　　1机械结构　　壁面清洗机器人在机械上为两大机构：楼房顶端的吊塔、机器人的清洗机构和水箱如图1。　　1.1楼顶吊塔　　安放于楼房顶端的吊塔由悬臂、塔体、导轨三部分组成，悬臂部分可折叠，体积小，便于安放，方便搬运；塔体为三角形，稳定性好，又使拆卸与组装变得很方便；导轨固定于楼顶，并配备相应的配重，防止吊塔侧歪发生危险，导轨为可拼接导轨，可根据需要调整长度，使底座与机器人本体能水平运动。　　1.2机器人本体　　壁面清洗机器人本体在由滚动刷、风机和吸盘、喷水系统、用过水循环、喷气系统等组成。　　（1）滚动毛刷

4、：在滚轴上安放毛刷，由滚轴的转动带着毛刷同步转动来洗涤表面。　　（2）风机和吸盘：由于风机的吸力作用，使吸盘内产生负压而贴于建筑物表面，确保毛刷的清洗效果。　　（3）喷水系统：系统用水泵和旋转喷头，使建筑物表面均匀湿润，有更好的洗涤效果。　　（4）废水回收：废水过滤后返回水箱，使废水循环使用，节约水资源。　　（5）喷气系统：采用风机连接气管，将表面水分吹干，以免再次粘连杂物、尘土。　　2控制系统构成　　由于工作的需要，要同时满足机器的安全性和稳定性，可编程控制器具有良好的性能，满足工作需求，故机器人主体选取可编程控制器控制；在机器人本体上和钢索上安装速度传感器，通过传感器反馈，使机器上升速度与

5、钢索收放速度同步；通过对PC端和遥控器命令的接收，控制机器人各个执行元件的开关，执行清洁任务。　　2.1机器人本体控制　　机器人本体机构主要由滚动毛刷、水泵、风机及吸盘、速度传感器、喷气机构等组成。清洗过程是：风机启动后使吸盘内产生负压让机器人本体贴在建筑外幕，接着水泵启动，可旋转喷头喷水将建筑外壁湿润，随着水泵的开启滚动刷开始工作，当自下向上工作时毛刷逆时针转动，当自上到下工作时毛刷顺时针转动，清洁建筑物表面；最后喷气管喷出气体将表面风干，防止粉尘粘附。　　2.2监控系统　　监控系统由PC端、手动遥控器和时观测摄像头组成。PC端站置于楼下控制室，作用是向机器人发送控制命令和接收机器人工作状态

6、，还有接收机器人实时视频数据。机器人在高空作业时高度较高，用人眼观察要长时间仰头，人容易劳累，另外，由于高楼高度较高，人眼不能准确判断是否清洗干净，达到清洗要求。在PC端可以直接通过无线数据对摄像头的焦距进行调节，这样无论是机器人的清洗合格情况还是机器人本体情况都可以达到实时监控。操作人员可以直接的在PC端用鼠标就可以在控制界面进行清洗机器人的监控以及控制，另外遥控器也可以达到控制效果，两种控制使系统更灵活、更方便。　　2.3楼顶吊塔控制　　在钢索和吸盘上安装速度传感器，通过传感器数据，确保清洗机主体吸盘的速度与钢索收放速度的同步性。最后由PLC控制两个电机的正反转和转速，分别控制着辊筒上钢索

7、的收放和塔吊在轨道上平行移动，进而使机器人实现竖直和水平方向的运动。　　3硬件构成　　因为高空壁面清洗作业在高空，进而对于机器人的稳定性和安全性要求相对较高，为满足机器人的需求，故采用性能稳定可靠性高的PLC对壁面清洗机器人进行控制，监控站采用PC作为控制平台。　　可编程控制器（PLC）在控制领域应用相当广泛，尤其德国西门子（SIEMENS）公司PLC体积小、速度快，具有网络通信能力，功能更强，可