一種擦窗機器人初步設計與實現(xiàn)

朱彪彪 徐軍委 于陽光 安春橋

【摘 要】設計一種擦窗機器人的簡易結構，主要由吸附裝置、移動裝置、清洗裝置和控制系統(tǒng)等組成。結構簡單，安全可靠。自動擦窗機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。

【關鍵詞】擦窗機器人;簡易結構;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。所以自動擦窗機器人應運而生。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，提高生產效率，也必將極大地推動清洗業(yè)的發(fā)展，帶來相當大的社會效益、經(jīng)濟效益。

2、擦窗機器人結構設計

擦窗機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產生一定的真空度，利用大氣壓強將機器人按壓在表面上，且其具有噪音小的特點。

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

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構，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

機器人采用三輪移動機構，兩驅動輪電機獨立驅動，輔助支撐輪采用球形輪。采用輪式移動機構，可實現(xiàn)連續(xù)運動，效率高，控制靈活方便。當兩驅動輪輪速相等反向時，轉彎半徑為零，兩個驅動輪的連線中點位置為自轉中心，也即機器人本體幾何中心，在這裝吸附裝置，便于實現(xiàn)在狹窄空間的轉向?？梢酝ㄟ^調整兩驅動輪輪速改變機器人本體姿態(tài)，實現(xiàn)機器人沿任一方位的移動和轉向功能。

在機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確、無需接觸、防腐蝕、成本低等特點。

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，故設計程序，使機器人在同一位置反復運動。

2.4控制系統(tǒng)

擦窗機器人的實現(xiàn)結構采用分布控制結構方式。分布式控制結構采用多計算機結構，通過網(wǎng)絡方式相互聯(lián)接，組態(tài)靈活、易于擴充、便于標準化、開放程度較高。

每一個控制器的體積都可以設計的很小，因此能夠與其所控制的設備如傳感器、驅動器等緊湊地放在一起，最大限度地利用零散空間，減少機器人的體積和重量，達到優(yōu)化本體結構的目的。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。分布式結構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)絡線就可以了，并且各控制器到傳感器和驅動器的連線大大減少。

3、總結

本文的研究目標，主要是初步設計擦窗機器人的簡易結構，清楚明了。讓大家學習參考。文章對軟件控制方面沒有介紹。

通過本課題的研究，得出以下結論：我們的設計出發(fā)點就是通過簡化結構，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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