高樓外墻清潔設備

白茂成 徐永祥 郭東升

摘要：介紹了一款自主研發的智能高樓外墻清潔設備。模仿人工外墻清洗模式而設計的擁有智能系統以及清洗流程的一款高樓外墻自主清潔設備。

關鍵詞：高樓外墻清潔 智能機器 清潔機器

一、研究背景

在超高層建筑物建設方面，根據2018年4月8日《日本經濟新聞》報道，預計在今年，全世界將有約230座超高層建筑物竣工，同比增加60%，其中60%在中國的大中城市，即中國就約有138座。

亞洲其他新興國家也在爭先恐后地建設超高層大廈，吉隆坡、曼谷等城市都在推進超高層建筑物開發：阿聯酋的迪拜等地計劃中的超高層建筑物也有約30座。這些國家和地區人口的平均年齡低，城市地區就業人口持續增長，寫字樓和住宅需求快速膨脹，助推了超高層建筑物的出現，另外，由于企業業績良好也維持了堅挺的需求。

隨著高層、超高層建筑物的不斷增加，市場對于高樓幕墻的保潔作業需求也將會持續增長。

據統計，當前全世界約有8000家左右的清潔用品供應商，僅p、3M等清潔用品生產商每年的營業額達數百億美元。其中歐美、日本等發達國家占了2/3的比率。其年產值超過500億美元。在這些國家，制定了清洗行業標準來確保清潔行業的健康發展，并作為公共衛生的一部分。但在這8000家左右的國際清潔用品供應商中，僅僅只有5%的廠家進入了中國市場。2004年5月，世界最大的清潔展覽會ISSA/INTERCLEAN在荷蘭舉行，展會吸引了來自世界上的大約3000家清潔用品供應商的參與，但中國的參展商只有5家左右。由此可見，中國清潔行業發展空間很大。

在高層建筑外墻清潔方面，部分新式高層建筑在建筑初期考慮到后期的外墻清潔問題，在內部安裝了外墻清洗設備的軌道，但當前大量的高層建筑在建設初期均未安裝相關軌道設備，因此在外墻清潔方面大多依然采用蜘蛛人進行外墻的清潔，采用升降機、腳手架與蜘蛛人配合，對操作人員的技術要求具有較高的標準，同時存在諸多的安全隱患，各國每年都會出現數起由于鋼絲繩斷裂、升降機故障等而導致擦窗工人被傾斜懸掛在高空、或從高空墜落的事故。

二、產品簡介

本產品為自主研發的智能高樓外墻清潔設備，產品基于一個長方體框架，通過模仿人工外墻清洗模式設計產品智能系統以及清洗流程。本產品由樓頂吊機、拼裝導軌、升降尼龍繩和清洗機主體四部分組成，其中主體部分又由清洗系統、檢測控制系統、支撐穩定部件三部分組成。本項目實現了全自動化處理具體體現為軌道小車運行、機器越障處理、毛刷電機轉速控制等。

綜合樓頂吊機、拼裝導軌配合升降尼龍繩對設備進行吊掛升降及水平移動：升降尼龍繩、封面支撐輪、螺旋槳葉和控制系統實現設備穩定：通過緩沖臂履帶輪、壓力傳感器實現在不同表面樓面平穩運動作業：通過水泵、毛刷、刮板等組成的清洗系統實現供水及清洗;通過圖傳系統，實現對作業的實時監控和外墻材質檢測來調整清洗速度。

三、文獻綜述

本項目在人工外墻清洗機的基礎上改進設計了適用于多種復雜情況的智能高樓外壁清潔機。作業時首先在樓頂靠近墻面位置固定好長導軌，長導軌兩端各固定一個電機，導軌上有運行的軌道車，軌道車上帶有吊機和可以正反轉的電機。樓頂上通下兩根尼龍導軌繩作為設備運動的軌道、吊機上通下兩根尼龍升降繩并在其上附著水管和電線進行供水供電。機器的清潔裝置由兩根導軌繩固定位置使其緊貼于與墻面，軌道車上的驅動電機連接尼龍升降繩控制清潔裝置的上下運動，使清潔裝置完成清潔工作。當清潔裝置完成上下一個單元的清潔任務后，軌道兩側電機控制軌道車吊機沿長軌道橫向運動，軌道車通過電機運轉向右（左）運動到下一個清洗單元，整體運動軌跡采用“s”形路線（即從樓底直線運動到樓頂，側移一個工作位置，然后再直線運動到樓底），采用倒“s”運動方式可更高效的完成清潔任務。

機器在清洗墻面時會遇到墻面連接之間的障礙，此時清潔裝置中的距離傳感器會將數據傳回到樓頂運動控制系統，經系統分析判斷后控制履帶輪的折疊伸縮以及毛刷和刷板的收縮程度，從而保證清潔裝置穩定順利的越過障礙繼續工作。

清潔裝置由樓頂向下運動，在遇到障礙時位于最底端的兩個履帶輪，其連接桿收縮系統設定距離后，折疊桿會控制輪帶面傾斜一定角度使履帶輪貼于障礙物表面，等履帶輪越過障礙后恢復到原狀態。接著裝置里的每一平行位置的刮板毛刷也會由連接的伸縮桿收縮一定距離依次通過障礙物，最后的兩個履帶輪以相同原理進行伸縮折疊運動，這樣這個裝置經過伸縮桿的調整可以平穩順利的越過障礙。

本清潔機器中還加入了圖傳系統，清潔裝置中安裝了網絡攝像頭，攝像頭通過wifi無線信號將機器工作的實時畫面傳到操作者的移動監控端，從而達到監控機器的工作情況，使機器工作中遇到問題后能夠被操作者及時的發現并解決。同時，終端軟件還可以通過圖像智能分析外墻材質調節毛刷電機轉速。

另外，清洗液也進行了配比，使得清潔更加簡單徹底。

四、產品優勢

（一）效率優勢

本產品相對于傳統作業具有明顯的效率優勢，具體表現在以下方面：

工作時長方面：本產品工作動力由電機提供，所需的水源電源均來自樓頂，通過不間斷的供水，可實現持續工作。免去了人工作業休息和換用清潔工具的時間，工作時長得到大幅提升，工作時長是工作效率的基本保障，從而工作效率得到大幅提升。

有效工作面積方面：本產品對墻面的吸附主要靠設備自身重力將設備前可伸長的機械手臂連接改良皮質材料輪與墻壁緊密結合，且可在附墻臂的同時移動定向工作。清洗單元也有突破性進展，在清洗墻面的過程中清洗毛刷，且毛刷尺寸大，使得單位時間可清洗面積最大化，即有效工作面積增大。

工作穩定性方面：在同樣的單位工作周期內，使用機器的作業量也是固定的，不會忽高忽低。并且每一單位工作時間是固定化，玻璃幕墻的清潔率和完成度也高。

工作受制因素方面：傳統作業方式易受天氣、時令、季節、地域等因素的影響和限制，但本產品進行作業的前提條件極其簡單，受制因素少，可在嚴寒、高溫等極端天氣下進行持續不間斷作業，極大地提高了工作效率。

綜上所述，經過計算，產品的效率為傳統保潔的十倍左右。

（二）安全優勢

材料方面：在主體材料的選取上，本產品另辟蹊徑，采用碳纖維以及金屬合金，不僅重量輕，而且繩索好固定。材料的輕巧，會減輕整個清潔機器的重量，使得升降更加便捷。再輔以繩索聯結，由此，產品的安全系數大大提高。本機器也有許多精密細小的零件，這些零件的材料就由鋁型材來制作。鋁型材具有優良的抗腐蝕性、優良的可機加工性、一定的拉伸強度、屈服強度、可延展性和相應的加工硬化率。

作業方式方面：本產品在作業方式上有別于傳統方式，墻壁結合采用可附著材料制成圓輪，萬向橡膠輪可使機器按照要求朝既定方向運動，智能機械臂的移動附著，進行超高效作業。

控制方面：通過智能機械臂的移動附著，實現超高效作業，作業全程控制采用APP遠程監控，減少人力操作，保證絕對安全。通過電路設計自動實現爬壁清潔機器人在壁面上的移動，有效地提高了清潔率。同時樓頂，部采用滑索固定，將固定裝置成本減至最低。操作和一般編程上來講，本產品與其他品牌機器人的體驗差別不大，但控制系統用的是經過多次調試優化后的系統為。外圍組件豐富程度比較高，自配的爬行系統也很棒，引導作業效果比較好，而三維導軌的設計和應用使得安全系數大大提高，作業難度系數大幅下降。

五、結語

根據對呼和浩特市和天津市十家保潔公司的調查發現，百分之八十保潔公司需要替代人工的保潔設備，并隨著國家政策的完善，政策門檻的提高，對與新型高樓保潔設備的需求將會越來越大。同時隨著對于工匠的重視度不斷提升，人工成本將會不斷增加，將會增加相關企業的運營壓力。

而我們的高樓保潔設備正是在這種背景下應運而生。它的出現將極大降低高層建筑的清洗成本，改善工人的勞動環境，提高清洗效率.也必將極大地推動清洗業的發展.帶來相當的社會效益、經濟效益。