外墻玻璃清潔器的設計與實現

易港林 盧瑛 譚寒 鐘陳倩

摘要：

設計了一種通過風力的反作用力，使其附著于玻璃表面或墻面的玻璃清潔器，通過履帶爬行裝置實現在墻面和玻璃表面移動以及跨越障礙。該清潔器解決了傳統玻璃清潔機器人無法大面積清潔或需要塔吊于牽引繩輔助移動的難題。

關鍵詞：

附著方式;玻璃清潔;風向控制

中圖分類號：

U472

文獻標識碼：

A

文章編號：

1672-9129（2020）15-0096-01

1引言

目前中國建筑面積約為500億平方米，其中幕墻建筑面積占5%。國內玻璃清潔市場在百億以上，而玻璃清潔工作主要為人工清潔方式，這種方式效率低、勞動強度大、危險性高。隨著科技的發展雖然也出現了取代人工清潔的外墻及玻璃清潔器，目前，高樓外墻及玻璃清潔機器人多為吸附式玻璃清潔機器人或者懸吊式墻面及玻璃清洗機器人。但是吸附式玻璃清潔器分通過渦輪產生真空使其吸附于玻璃表面經行清潔。由于不能跨越玻璃邊框，只局限于單塊玻璃清潔，多用于家用清潔。而懸吊式墻面及玻璃清潔清洗機器人通過吊索軌道系統將擦窗機對準窗戶經行清潔。初期投入高，還需要在建設時就將擦窗系統考慮在內，造價成本高，因此，急需一種新型用于高層建筑的外墻玻璃清潔裝置。

2主要結構和功能

外墻玻璃清潔器主要由控制系統、風力壓緊系統、運動系統、避障系統和清潔系統組成。控制系統是整個系統的控制中心，利用單片機儲存的程序對風力壓緊系統，運動系統，避障系統，清潔系統進行控制。使清潔器能夠附著于墻面并對墻面或玻璃進行清潔。

2.1風力壓緊系統。風力壓緊系統由無刷電機，螺旋槳，轉向電機，轉向齒輪，傾斜角傳感器組成。利用電機與螺旋槳產生與墻面成一定角度的風力，通過力的分解原理將風力的反作用力分解，用于貼緊垂直墻面和克服重力，使其能壓緊于玻璃表面或墻面，傾斜傳感器檢測清潔器在墻面轉向時的傾斜，控制系統通過傾斜傳感器的信號驅動轉向電機使無刷電機底座與運動系統發生偏轉，使風向始終保持與地面成約45°。

2.2運動系統。運動系統由履帶，底盤支架，底盤電機，履帶驅動輪組成。底盤支架是各系統的搭載主體其支撐作用，控制系統通過設置好的路線控制底盤電機驅動履帶在墻面上運動。

2.3清潔系統。由清潔刷、起落架、清潔刷起落電機組成，在清潔時降下抹布以經行清潔，不需要清潔的時候可以升起抹布。

3軟件流程

外墻玻璃清潔器通過傾斜角傳感器，超聲波傳感器檢測其自身角度及工作狀態，當清潔器在墻面上轉向時，單片機接收到傾斜角傳感器信號，在向左轉向時單片機控制轉向電機旋轉是無刷電機底座與底盤發生反方向偏轉使風向與地面保持與地面成45°。

在進行清潔工作時通過清潔刷上的超聲波傳感器檢測與玻璃邊框距離若已觸碰到玻璃邊框，便控制底盤電機通過差速轉向繼續清潔。

4實驗結果

通過實驗結果表明：利用大氣壓力將其自身壓緊在玻璃表面，驅動電機以及超聲波避障功能使機器進行全自動清潔，并選用履帶爬行裝置以便通過障礙及縫隙，該設計不僅體積小、重量輕，用它取代傳統的人工手柄清潔玻璃及墻面，不但提高工作效率，而且還適用于不同高度的玻璃及外墻，產品具有風力壓緊裝置、爬行裝置、障礙檢測裝置，它將會給玻璃表面清潔技術帶來質的飛躍。

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