具有双向作业及恒压越障功能的清洗系统研究

　　0　引言

　　目前大都市中高楼林立,各种摩天大楼多采用瓷砖和玻璃幕墙作为外装饰材料,为城市凭添魅力的同时,必须定期清理以维持外表的整洁和美观,因此,许多大中型开放性城市规定每年应对高楼清洗若干次,这些规定为壁面清洗机器人的实际应用提供了很好的法制环境。

　　目前国内外壁面清洗主要采用三种方法:第一种方法是靠吊绳承载清洁工,采用一人一绳一板一桶的方式进行玻璃幕墙的清洗;第二种是靠升降平台或吊篮承载清洁工进行玻璃幕墙的清洗[1];第三种是用安装在楼顶的轨道及吊索系统将擦窗机对准窗户进行自动擦洗[2]。前两种方法效率低,成本高,劳动强度大,且存在很大的危险性;第三种方法初投资大,而且在建筑物设计之初就要将擦窗系统考虑在内,限制了其使用。而采用壁面清洗机器人进行作业能够实现经济效益和社会效益的统一,具有广阔的应用前景。

　　上海大学将爬壁机器人技术与清洗技术相结合,先后研制出了垂直壁面爬行式遥控清洗机器人(SUST-II)和单吸盘轮式全方位移动壁面清洗机器人[3-4]。针对上述两种机器人在使用过程中出现的不足,本文作者研制出了新一代壁面清洗机器人,该机器人结构更简单合理,越障能力和壁面适应能力也更强,且在机构设计上大胆创新,使清洗机器人走向了实用化。

　　1　壁面清洗机器人作业系统

　　该清洗机器人的结构如图1所示,主要包括爬壁机器人本体、清洗作业系统、安全保险装置、控制系统四大部分,机器人采用轮式与轮腿式两种运动方式。

　　人工清洗玻璃幕墙时采用自上而下的顺序进行作业,清洗步骤为:喷洒清洗液→人工刷洗→高压水冲洗→刮去多余水。为了最大程度模拟人工清洗过程,提高机器人清洗作业的效果和效率,作者采用了冲洗→滚刷刷洗→清水淋洗→刮洗的作业方式。

　　目前国内外壁面清洗机器人多采用自上而下的顺序利用含清洗剂的清洗液单向清洗壁面[5-6],缺少清水冲洗这一工序,使得壁面残留清洗剂中的矿物粒子易“挂花”玻璃幕墙。作者设计的清洗系统很好地解决了上述不足,不仅在清洗液刷洗工序后增加了一道清水淋洗工序,改善了机器人对壁面的清洗效果,而且使得机器人在自上而下和自下而上的运动过程中均可进行连续有效的清洗作业,解决了目前清洗机器人只能沿自上而下的方向进行单向作业的问题。该清洗系统主要由单滚刷双腔清洗机构、给水和污水回收系统两部分组成。

　　1·1　单滚刷双腔清洗机构

　　单滚刷双腔清洗机构主要由外壳、喷嘴、滚刷、橡胶刮板、支撑橡胶圈、电机等组成(图2)。该清洗机构采用外转子式电机驱动滚刷刷洗壁面。自动清洗过程为: (1)用内腔中的喷嘴将洗涤剂溶液雾化并喷射到玻璃壁面,通过清洗液的溶解与刷子的机械摩擦双重作用使幕墙上的污物解离、乳化分散至清洗介质中; (2)利用清洗机构内腔的刮水板刮除壁面残留液滴,采用清水淋洗除去壁面上残留的清洗液中的矿物离子; (3)由外腔刮水板刮除残留的液滴,获得清洁的幕墙表面。机器人的清洗框图如图3所示。上述所有工序均在机器人运动过程中一次完成。