一種擦窗機(jī)器人初步設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱彪彪 徐軍委 于陽光 安春橋

【摘 要】設(shè)計(jì)一種擦窗機(jī)器人的簡易結(jié)構(gòu)，主要由吸附裝置、移動裝置、清洗裝置和控制系統(tǒng)等組成。結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。自動擦窗機(jī)器人能夠自行擦拭玻璃，這既減少了人的體力勞動、消除了對人的危險性，又大大提高了工作效率，極大地方便了人們的生活。

【關(guān)鍵詞】擦窗機(jī)器人;簡易結(jié)構(gòu);自動擦窗

1、引言

隨著社會的發(fā)展，高樓大廈越來越多，而窗戶清理成為了人們的一大煩惱。追求安全舒適的人們自然會想辦法。而擦窗機(jī)器人能夠自行擦拭玻璃，不需要人站在窗臺上擦拭，保證了人的安全;同時該擦窗器不需要人的操縱，減少了人的體力勞動，其能夠自行擦完整塊玻璃，方便易操作。所以自動擦窗機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生。它的出現(xiàn)將極大降低高層建筑玻璃的清洗成本，改善工人的勞動環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，也必將極大地推動清洗業(yè)的發(fā)展，帶來相當(dāng)大的社會效益、經(jīng)濟(jì)效益。

2、擦窗機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

擦窗機(jī)器人主要由吸附裝置、移動裝置、清洗裝置和控制系統(tǒng)等組成?？傮w布局見圖1。

2.1吸附裝置

采用真空吸附方式，由真空泵在真空吸盤內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度，利用大氣壓強(qiáng)將機(jī)器人按壓在表面上，且其具有噪音小的特點(diǎn)。

為了消除吸盤內(nèi)的負(fù)壓，一般會在吸盤上加裝一個與大氣相通的放氣閥或與氣孔。產(chǎn)生并維持負(fù)壓時，放氣閥或氣孔處于關(guān)閉狀態(tài);需要消除負(fù)壓時，打開放氣閥或氣孔，連通大氣，消除負(fù)壓。

吸附裝置采用多唇邊式真空吸盤。原因如下：（1）由于多唇邊的存在，各唇邊之間可形成獨(dú)立的密封范圍，其中某一個密封范圍發(fā)生泄漏并不影響其余范圍的吸附效果;（2）柔軟的橡膠材料使唇邊可根據(jù)玻璃表面缺陷而變化，使其形狀與玻璃表面完成良好的貼合，達(dá)到了較好的密封效果;（3）吸盤體和唇形密封體采用兩分式結(jié)構(gòu)，吸盤體采用普通的工業(yè)橡膠，唇邊體采用具有耐磨性好、抗撕裂性能高的聚氨酯橡膠，在提高了吸盤壽命的同時也降低了生產(chǎn)成本;（4）由于多唇邊的存在，增大了吸附面積，從而提高了吸盤的吸附力。

2.2移動裝置

機(jī)器人采用三輪移動機(jī)構(gòu)，兩驅(qū)動輪電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動，輔助支撐輪采用球形輪。采用輪式移動機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)動，效率高，控制靈活方便。當(dāng)兩驅(qū)動輪輪速相等反向時，轉(zhuǎn)彎半徑為零，兩個驅(qū)動輪的連線中點(diǎn)位置為自轉(zhuǎn)中心，也即機(jī)器人本體幾何中心，在這裝吸附裝置，便于實(shí)現(xiàn)在狹窄空間的轉(zhuǎn)向?？梢酝ㄟ^調(diào)整兩驅(qū)動輪輪速改變機(jī)器人本體姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿任一方位的移動和轉(zhuǎn)向功能。

在機(jī)器人車體前后左右裝有紅外傳感器，能測大概十厘米距離。該傳感器本身具有測量準(zhǔn)確、無需接觸、防腐蝕、成本低等特點(diǎn)。

2.3清洗裝置

清洗裝置由微型水泵、水箱、水槽和清潔布組成，水槽中裝有噴水軟管與水泵連接，下方附有清潔布，通過移動過程中清潔布與壁面間的摩擦 ?實(shí)現(xiàn)清洗作業(yè)。

清洗路徑的規(guī)劃：如果只是擦洗一次，玻璃很有可能擦不干凈，故設(shè)計(jì)程序，使機(jī)器人在同一位置反復(fù)運(yùn)動。

2.4控制系統(tǒng)

擦窗機(jī)器人的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)采用分布控制結(jié)構(gòu)方式。分布式控制結(jié)構(gòu)采用多計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)方式相互聯(lián)接，組態(tài)靈活、易于擴(kuò)充、便于標(biāo)準(zhǔn)化、開放程度較高。

每一個控制器的體積都可以設(shè)計(jì)的很小，因此能夠與其所控制的設(shè)備如傳感器、驅(qū)動器等緊湊地放在一起，最大限度地利用零散空間，減少機(jī)器人的體積和重量，達(dá)到優(yōu)化本體結(jié)構(gòu)的目的。而且電路板的分散式布置，可以有效改善散熱情況，降低散熱成本的投入。分布式結(jié)構(gòu)極大地減少了連線和安裝成本。分布式控制僅僅需要電力線和網(wǎng)絡(luò)線就可以了，并且各控制器到傳感器和驅(qū)動器的連線大大減少。

3、總結(jié)

本文的研究目標(biāo)，主要是初步設(shè)計(jì)擦窗機(jī)器人的簡易結(jié)構(gòu)，清楚明了。讓大家學(xué)習(xí)參考。文章對軟件控制方面沒有介紹。

通過本課題的研究，得出以下結(jié)論：我們的設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn)就是通過簡化結(jié)構(gòu)，突出各模塊的功能，各模塊和整個系統(tǒng)的聯(lián)系與作用。

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