一种擦窗机器人初步设计与实现

朱彪彪 徐军委 于阳光 安春桥

【摘 要】设计一种擦窗机器人的简易结构，主要由吸附装置、移动装置、清洗装置和控制系统等组成。结构简单，安全可靠。自动擦窗机器人能够自行擦拭玻璃，这既减少了人的体力劳动、消除了对人的危险性，又大大提高了工作效率，极大地方便了人们的生活。

【关键词】擦窗机器人;简易结构;自动擦窗

1、引言

随着社会的发展，高楼大厦越来越多，而窗户清理成为了人们的一大烦恼。追求安全舒适的人们自然会想办法。而擦窗机器人能够自行擦拭玻璃，不需要人站在窗台上擦拭，保证了人的安全;同时该擦窗器不需要人的操纵，减少了人的体力劳动，其能够自行擦完整块玻璃，方便易操作。所以自动擦窗机器人应运而生。它的出现将极大降低高层建筑玻璃的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高生产效率，也必将极大地推动清洗业的发展，带来相当大的社会效益、经济效益。

2、擦窗机器人结构设计

擦窗机器人主要由吸附装置、移动装置、清洗装置和控制系统等组成。总体布局见图1。

2.1吸附装置

采用真空吸附方式，由真空泵在真空吸盘内产生一定的真空度，利用大气压强将机器人按压在表面上，且其具有噪音小的特点。

为了消除吸盘内的负压，一般会在吸盘上加装一个与大气相通的放气阀或与气孔。产生并维持负压时，放气阀或气孔处于关闭状态;需要消除负压时，打开放气阀或气孔，连通大气，消除负压。

吸附装置采用多唇边式真空吸盘。原因如下：（1）由于多唇边的存在，各唇边之间可形成独立的密封范围，其中某一个密封范围发生泄漏并不影响其余范围的吸附效果;（2）柔软的橡胶材料使唇边可根据玻璃表面缺陷而变化，使其形状与玻璃表面完成良好的贴合，达到了较好的密封效果;（3）吸盘体和唇形密封体采用两分式结构，吸盘体采用普通的工业橡胶，唇边体采用具有耐磨性好、抗撕裂性能高的聚氨酯橡胶，在提高了吸盘寿命的同时也降低了生产成本;（4）由于多唇边的存在，增大了吸附面积，从而提高了吸盘的吸附力。

2.2移动装置

机器人采用三轮移动机构，两驱动轮电机独立驱动，辅助支撑轮采用球形轮。采用轮式移动机构，可实现连续运动，效率高，控制灵活方便。当两驱动轮轮速相等反向时，转弯半径为零，两个驱动轮的连线中点位置为自转中心，也即机器人本体几何中心，在这装吸附装置，便于实现在狭窄空间的转向。可以通过调整两驱动轮轮速改变机器人本体姿态，实现机器人沿任一方位的移动和转向功能。

在机器人车体前后左右装有红外传感器，能测大概十厘米距离。该传感器本身具有测量准确、无需接触、防腐蚀、成本低等特点。

2.3清洗装置

清洗装置由微型水泵、水箱、水槽和清洁布组成，水槽中装有喷水软管与水泵连接，下方附有清洁布，通过移动过程中清洁布与壁面间的摩擦  实现清洗作業。

清洗路径的规划：如果只是擦洗一次，玻璃很有可能擦不干净，故设计程序，使机器人在同一位置反复运动。

2.4控制系统

擦窗机器人的实现结构采用分布控制结构方式。分布式控制结构采用多计算机结构，通过网络方式相互联接，组态灵活、易于扩充、便于标准化、开放程度较高。

每一个控制器的体积都可以设计的很小，因此能够与其所控制的设备如传感器、驱动器等紧凑地放在一起，最大限度地利用零散空间，减少机器人的体积和重量，达到优化本体结构的目的。而且电路板的分散式布置，可以有效改善散热情况，降低散热成本的投入。分布式结构极大地减少了连线和安装成本。分布式控制仅仅需要电力线和网络线就可以了，并且各控制器到传感器和驱动器的连线大大减少。

3、总结

本文的研究目标，主要是初步设计擦窗机器人的简易结构，清楚明了。让大家学习参考。文章对软件控制方面没有介绍。

通过本课题的研究，得出以下结论：我们的设计出发点就是通过简化结构，突出各模块的功能，各模块和整个系统的联系与作用。

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