之一。
而高楼林立的今天,更需要爬壁清洗机器人的技术可以得到不断改进和提高。
1.2.1 国外壁面清洗机器人研究现状 第一个成功制造出来的清洗机器人是德国汉萨斯航空公司委托制作的“SKYWAH”(清洗巨人),如图 1.1 所示。
其主要结构是一个作用距离为 33 米的多关节巨型伸缩臂,有 11 个自由度,6 个主轴,3 个腕关节及两个自适应轴,总共 12个可编程序轴。
余的运动链系使得它可以做各复杂运动,而其结构不会有任何变化。
所有轴均由液压驱动并采用抗拉钢材,因而其结构重量轻。
清洗刷长 1.2m,定位精度为 50mm滚刷与飞机外形精确匹配。
该机器人安装在一个标准汽车地盘上,可以从四个位置出发,机器人在人的监视下按照预定的模式运动,完成对飞机几乎所有表面的清洗工作。
其特点是动作灵活,适合于各种规格的飞机。
1 日本 BE 公司成功研制的一种固定轨道式自动擦窗机器人,机器人靠安装在楼顶的轨道及吊装系统使擦窗机对准窗户,沿固定安装在建筑物表面的导槽垂直上下移动进行清洗,清洗机构带有多个旋盘刷。
该设备的自动化程度的效率都很高,但价格也很昂贵。
另外,要求在建筑物设计之初就将擦窗系统考虑进去,铺设轨道,这大大限制了该机器人的使用范围及效率。
图 1.1 SKYWAH 图 1.2 IPA 自动清洗机 德国马格堡的弗劳恩霍费尔自动控制与操作研究所(IPA)是德国主要的生产及自动化研究中心,它研制了一系列清洗建筑物玻璃的自动系统。
图 1.2 所示是其中之一,对柏林新建火车站的巨大玻璃隧道进行了自动清洗。
该机器人悬挂在水平的横向轨道上,可沿轨道左右移动,同时横向轨道可以沿垂直导槽上下移动,从而完成对整块玻璃的清洗。
德国的 Fraunhofer 研究所研制了一种名为 SIRIUSC 壁面清洗机器人。
该机器人作业时在机器人上方的建筑物顶部有一个随动小车,该小车除了起一个安全作用外,还是机器人位移的定位装置,机器人只能做上下运动,左右运动靠随动小车牵引实现。
爬行机构是基于两队线性模块上,每个模块装有几个真空吸盘,每对模块有一个伺服电机驱动。
美国国际机器人公司研制了用于清洗摩天大楼的爬壁机器人“Sky Washer”它重19.95kg,约 0.9×0.9m,该机器人的移动由两组 L 型框架相对滑动,交替吸附来实现,每组框架有三只脚掌,每只脚掌上有两只真空吸盘,吸盘相对于壁面可以作直线运动,该机器人允许横向移动,并可跨越一定高度的障碍。
同时配备有洗涤液和擦抹系统,以完成擦窗工作,作业能力为每天 4645m2,并可越 5cm 高、25cm 宽的障碍。
除此以外,加拿大、德国、西班牙、以色列、新加坡、奥地利、俄罗斯、英国、澳大利亚等国家相继开展了壁面清洗机器人的研究。
21.2.2 国内壁面清洗机器人研究现状 国内爬壁机器人的研究虽然起步晚,但发展比较迅速。
我国研究和发展机器人始于七十年代初。
1975 年在北京举办的日本科技展览会上,川崎重工公司首先在中国展出了工业机器人,以此为起点,我国掀起了第一个研制机器人的浪潮。
上海大学从 1987年开始在上海市科委和国家“863”的支持下,率先从事爬壁机器人的研究,此后,哈尔滨工业大学,北京航空航天大学、上海交通大学等单位也相继在幕墙清洗、高空检查、锅炉水冷壁检测、大桥拉索涂装和维护等领域开展研究。
自 1988 年以来,上海大学先后研制了玻璃窗清洗机器人和球形爬壁机器人。
前者采用多层框架式机构,真空吸盘吸附,伺服电机驱动,但重量大,且没有装备清洗系统。
后者采用腿足式移动机构,足端为带有裙边的铰接式真空吸盘,设计者从满足稳定性和控制复杂程度的综合,考虑到吸盘稳定性较差,安全性不是很好。
此外,他们还在清洗装备和工艺做了较为深入的研究,并根据玻璃幕墙障碍的特点,开发了一种全方位越障机构,大幅度提高了机器人的越障能力。
哈尔滨工业大学也是国内壁面移动机器人研究较早的单位,在国家“863”智能机器人的支持下,已经先后开发出两个系列共 5 个品种的爬壁机器人。
较早完成的是轮式负压吸附壁面爬行遥控检查机器人,如图 1.3 所示。
该机器人采用双轮进行驱动。
主体下部是一个带有驱动轮的滑动密封式负压吸盘。
清洗机构置于尾部,同时还