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一种擦窗机器人初步设计与实现作者：朱彪彪徐军委于阳光安春桥来源：《智富时代》2019年第08期【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。
高空玻璃清洗机器人的设计与研究张栋楠;李华光【摘要】随着国家新型城镇化建设进程的不断推进,各类城市高层建筑不断挺拔而出.随之而来的是一系列的问题,如外窗清洁维护.采用人工方式,由于清洁行业起步较晚,"蜘蛛人"多是外来务工人员,流动性大,没有细致的行业细分且存在安全隐患.为了保障人员安全以及提高服务效率,高空玻璃清洁机器人将广泛投入城市使用.本设计是一个将装置驱动部分放置于屋顶、51单片机控制,通过红外线传感器附加臂,一种多吸盘组交替吸附工作、工作部框架式移动紧贴下放于窗外进行清洗的智能化、自动化的外窗清洗机器人,具有制造相对容易、性价比高、放置于建筑顶层方便安全的优点,能够更好地深入人民大众的生活场所,给人们的日常生活带来极大的便利.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2018(000)017【总页数】2页(P16-17)【关键词】高空玻璃清洁机器人;51单片机;红外线传感器;智能化【作者】张栋楠;李华光【作者单位】青岛黄海学院,山东青岛 266427;青岛黄海学院,山东青岛 266427【正文语种】中文【中图分类】TP2420 引言随着城镇化建设的不断加快，高层建筑外窗清洁维护工作等问题日益凸显，这就为高空玻璃清洁机器人提供了较大的发展空间。
由于高空玻璃清洁机器人设计复杂，编程困难，工作量大。
目前，传统的设计方法往往效率低，精度低。
现代高性能高空玻璃清洗机器人的设计要求很难满足，将产生一系列智能产品投入市场。
高空玻璃清洁机器人，比起普通擦窗机与人工作业，它不仅安全系数有了很大的提高，而且工作效率也有了很大的提升。
对此，团队在设计基础上进行了创新和理论性方面研究。
高空玻璃清洗机器人的研制成功，将会实现清洗作业的自动化，给清洗业带来一次新的革命。
1 机体总体方案设计为设计高空玻璃清洗机器人，机器人必须要具有在壁面上吸附和移动功能，以保障他人安全以及设备自身安全；此外还应该具有相应的清洗工作部、控制模块以及高压气体、水等的供应功能。
擦窗机器人的工作原理是什么
擦窗机器人的工作原理可以概括为以下几点:
一、吸附设计
机器人装有吸盘组件,可以通过空气抽吸产生负压粘附在玻璃窗口上。
二、运动机构
通常包括轮式或者磁吸式运动机构,也有使用机械臂或者钢丝绳等。
使机器人可以在窗口表面移动。
三、清洁系统
安装有自动喷水和擦拭装置,或者直接通过旋转的擦拭腕实现擦拭功能。
清洁液储存在机器人内部。
四、控制系统
采用可编程控制器,按照预设的路线和方法控制机器人在窗口作预设的清洁运动。
五、传感器
配置触摸传感器、距离传感器等,实时监测机器人与窗口的相对位置和清洁情况。
六、安全机制
设置过流保护装置,如遇窗口间隙可快速切断电源。
有的配备机械臂保持机器人稳定。
七、能源系统
内置电池供电,可通过壁面充电装置进行充电。
充电后可持续长时间自动工作。
综上所述,擦窗机器人依靠吸附装置粘附窗口,利用运动机构移动,配合清洁系统和控制系统完成预设的擦窗任务,实现了自动高效地擦拭玻璃。
多功能清洁机器人机械结构设计与控制摘要：现如今，我国的科技在不断的进步，针对高楼玻璃与室内高墙，设计了一种多功能清洁机器人，机器人整体结构为六足结构，采用三角步态运动方式，在真空泵、吸盘、舵机等零件的配合下，实现在玻璃与墙面上的垂直行走，并设计了可90°翻折的头部，在遇上较大障碍或者墙角时能够顺利通过，实现了连续作业，并设计了高压水泵、清扫机构，既可以清洗玻璃，又可以清扫墙面。
绘制了结构图，对底板、头部进行了应力分析，在此基础上，制作了样机，对机器人的行走方式、安全性进行了分析。
关键词：机器人；六足；结构优化设计；运动分析1整体方案设计根据机器人垂直运行的特点及要求，本作品在研究之初，从机器人清洗玻璃与墙体时的行走能力、跨越障碍能力入手，整体方案设计既要满足垂直运行时的稳定性、安全性，又要结构简捷、操作方便。
（1）机器人的步态运行方式。
为了方便机器人在室外玻璃、墙体上垂直运行流畅，根据六足机器人的工作原理，采用三角步态式行走。
（2）跨越障碍方式。
在进行清扫时，机器人遇上墙角、台阶等较大障碍时，需要顺利通过，实现连续作业，采用可翻折式机构。
（3）吸盘机构。
机器人在进行垂直运行时，必须能够牢牢地吸在墙面与玻璃面上，本装置所采用的吸盘机构，由吸盘、气泵、电磁阀等组成，在各零件的相互配合下，使6个腿实现轮换吸附。
（4）清洗机构。
清洗机构是机器人的执行部分，本机器人能够实现清洁玻璃与墙面的功能，在清洗玻璃时，考虑玻璃的清洗程度以及节约用水的情况，采用高压水泵、针孔式喷嘴以及毛刷机构。
通过高压水、毛刷机构清洁玻璃，使用毛刷机构，清扫墙面。
2组成模块与功能多功能清洁机器人的组成模块包括驱动清扫结构模块、洒水系统模块、拖地清洁结构模块、控制系统模块、传感检测系统模块和图像传输系统模块等，集机械电子、传感器、自动控制、机器人、网络通信和路径规划等诸多学科知识为一体，具有防碰撞、跌落感知、自主导航路径规划、路面监控、手机远程操控、红外遥控等功能。
擦玻璃清洗机摘要本文主要介绍了擦玻璃清洗机结构部分和采用相关技术以及预测研究成果前景，还有设计任务分配。
关键词擦玻璃清洗机真空吸附机器手机器脚中间体1 引言近年来，随着国内经济的发展，城市高层建筑成倍的增长，由于高层外壁的玻璃随着时间的延长，外壁玻璃上增加了许多的粉尘和其他污物。
至今，有95%城市高楼玻璃外壁采用的是人工清洗完成，它不仅投入大，效率低，费工时时，而且极其危险，因此我们小组决定设计一种能携带清洗装置或其他功能在高楼玻璃外壁移动的机器。
代替人进行高空作业，使人脱离人生安全的危险自动化的机器。
我们采用了吸盘和履带合作的技术。
它具有结构简单，稳定可靠，操作方便，成本低，便于大量生产等特点。
对于以上特点，该机器可应用大量高楼玻璃的清洗工作，也可以再一层楼上用多个机器，这样可以大大的改善工作效率提高，具有一定的使用价值，可减少人工清洗的危险度，也大大地解放社会生产力，所以有一定的开发前景和经济市场。
擦玻璃清洗机的结构部分擦玻璃清洗机的结构部分分二大类; 一机器本体; 二控制系统;机器本体又分二大类; 一机器支架, 二运动动力系统。
机器支架分为；擦玻璃机器手，中间体，机器脚。
2 擦玻璃机器手对于整个擦玻璃清洗机,经过我们小组对几种擦玻璃机器手的对比加分析后，得出最优的方案,所以我们小组采用曹天真发明一种擦玻璃机械手，其特征在于它是由转盘擦头、手杆、轴承及双拉线所构成；所说的转盘擦头是一带一个直角的硬板及与之固定的擦拭软布构成，该转盘擦头的硬板面中心位置有一连接座，连接座处装有轴承，所说的手杆与轴承中的轴心相连接，手杆下端装有呈平行板状的拉线支架，二拉线的各一端装在拉线支架上呈可拉动状，另一端分别固定连接于转盘擦头的直角下两端，转盘擦头依轴承、手杆及二拉线呈180°可旋转状。
我们选择小组选择这种擦玻璃机器手的理由是:1.构造简单，使用方便、安全，可解决擦玻璃的各种情况；2.成本低。
在机器手的清洗端，我们采用市面上最新的去污方法，就是采用非接触式去污技术，采用这种技术的优点是，既无压力，又不加清洗剂，体现了简洁，环保的设计理念。
墙壁清理机器人:角落清理的移动装置的方案T.Miyake，H.Ishihara 著黄昌显译摘要：本次研究的目的是为了开发一种用于清洗一个大玻璃窗（如清洗一个展览窗）的机器人。
为了使此机器人能用于现实当中，需要以下几个要求：1.能够清洗窗户的角落，因为污垢经常残留在那里。
2.能够连续地清扫玻璃窗，防止条纹图案留在玻璃窗上。
该机械装置的关键是围绕其他部分移动部件的旋转和连续的运动能达到上述的要求。
前者使得机器人在窗户的角落可以改变方向，以保持其位置和角度的适中。
后者对于预防在窗户玻璃上留下条纹图案是必须的。
我们设计通过两个轮子的运动达到连续的运动以及通过利用吸盘吸附在玻璃窗上。
机器人原型的尺寸大约是300毫米×300毫米×100毫米，没有电池的时候重量约为两公斤。
这个原型在垂直光滑的窗户玻璃上的基本实验结果是，垂直方向向上的移动速度为0.08米/秒，垂直向下的移动速度是0.14米/秒，水平方向移动速度为0.11米/秒。
这篇文章的第一章提到了研究的背景和此次研究的目标，以及介绍墙上清理机器人的概念。
第二章讨论了附着和运行的机械装置。
第三章在实验的基础上论述了其基本特性。
最后，在第四章当中讨论了未来的工程与难题。
关键词：移动机械机构，机器人1 前言最近，我们对于建筑物外部表面的自动清洗有许多要求。
一些特制的窗口清洗机已经被安装应用于建筑物保养领域的实际当中。
然而，从一开始它们几乎都是安装在建筑物当中，而且他们需要非常昂贵的费用。
因此，在建筑维修领域当中，要求体积小、重量轻、便携式窗口清洁机器人也正在发展。
清洁公司对窗户清洁机器人需求的现场调查研究结果表明，为了使窗户清洁机器人用于实际当中，需要满足以下几点：1.为了便于携带，它的尺寸应当小，重量应当轻。
2.能够清洁窗户的角落，因为那里往往遗留污垢。
3.能连续地清扫玻璃窗，防止条纹图案留在玻璃窗上。
该移动装置的选择必须满足这些要求，尤其是后两项。
自动擦窗机器人系统设计郭韶山;陈洋;张慎云;童瑞晗;温博【摘要】随着现代都市中建筑楼层的日益增高,玻璃窗清洗的难度与危险程度大大增加.为解决传统的人工清洁玻璃方式中安全隐患大、效率低、存在清洁死角等问题,设计了一款全自动家用擦窗机器人:以51单片机为主芯片,设置两台直流减速电机带动履带,实现机器人在玻璃上前进、后退和转向功能;选取一台微型真空泵配合负压吸盘,保证机器吸附在玻璃上;设计一组微动开关,使机器人在接触到窗框时,向主芯片提供信号;给出了擦窗机器人的机构设计和电路控制系统设计.行驶稳定性试验表明,该擦窗机器人吸附稳定、移动灵活,可实现智能清洁玻璃的功能.【期刊名称】《南通职业大学学报》【年(卷),期】2019(033)001【总页数】7页(P69-75)【关键词】自动擦窗;机器人;直流减速电机;负压吸附【作者】郭韶山;陈洋;张慎云;童瑞晗;温博【作者单位】中天上材增材制造有限公司技术部, 江苏南通 226000;中天上材增材制造有限公司技术部, 江苏南通 226000;中天上材增材制造有限公司技术部, 江苏南通 226000;中天上材增材制造有限公司技术部, 江苏南通 226000;中天上材增材制造有限公司技术部, 江苏南通 226000【正文语种】中文【中图分类】TP2420 引言近年来，越来越多的智能家电进入大众家庭，为我们的生活带来前所未有的便利。
伴随着自动控制技术与计算机技术的飞速发展，人们对于机器人的智能化要求越来越高，国家对机器人行业的发展也越来越重视[1]。
随着现代都市中建筑楼层的日益增高，越来越多的家庭在装修时选择大型落地窗，但多数家庭的玻璃清洁工作主要由人工完成，高层玻璃擦洗是一件既困难又危险的“苦差事”。
因此，智能清洁机器人应运而生，成为智能机器人研究的热点之一。
本文拟设计一款安全性良好、体积小，无擦除死角的智能擦窗机器人，代替人工完成玻璃清洁工作，以期解决传统的人工清洁方式中安全隐患大、效率低、存在清洁死角等问题。
电动家居门窗清洗器的设计摘要本课题设计研究了一种电动水旋式擦玻璃工具，它包括一个瓶体上设有回水管接口、瓶口设有喷水头的喷水器;一个内设交流电动机、外接杆的清洗头;一个其内穿有水管、电线并连接清洗头、喷水器的杆。
本玻璃清洗器在擦玻璃的过程中能把擦玻璃时用的水回收后再使用、并使擦后的玻璃无水迹印，且洁净明亮，它结构简单，擦洗效果好，轻便，操作，使用方便，成本低，使用范围广。
关键词：回水管接口，使用方便，使用范围广Home design of door and window cleanerAbstractThis topic design studied one kind of electrically operated Shui Xuanshi to scratch the glass tool, it was equipped with the backwater pipe fatigue, the bottle mouth including a bottle body on to be equipped with quenching head's sprinkler; In supposes the motor, outside link's clear washing hair; Its internal breaks have the water pipe, the electric wire and connect wash hair clear, sprinkler's pole. The water recovery which this glass purifier after scratching the glass in the process to be able to scratch glass uses uses, and causes to scratch the glass anhydrous mark India again, and buys only brightly, its structure is simple, the wiping effect is good, facile, the operation, the easy to operate, the cost is low, the use scope is broad.Key word: Backwater pipe fatigue，Easy to operate，The use scope is broad1 绪论1.1前言本设计产品涉及一种由交流微型电动机传动盘刷，利用其旋转擦拭清洗门窗玻璃的电动玻璃窗清洗装置，尤其是一种设置有去污清洁剂压射软管、自来水导水管、喷嘴，握手柄可多节接长的交、直流电两用的电动玻璃窗清洗装置。
摘 要 高楼玻璃幕墙清洗机器人是特种机器人的一个分支。它是基于壁面移动机器 人技术，并针对具体的作业对象，具有明确功能的实用机器人，其工作在垂直危 险的玻璃壁面，能够克服重力的作用，携带清洗设备，是面向现代高层建筑玻璃 外墙表面保洁、清洗服务的极限作业机器人。 论文首先对机器人总体方案进行介绍，在此基础上，对机器人总体结构进行了设计分析。其次重点介绍了机器人的驱动机构，讨论了机器人的作业路径及运动控制规划。最后，简单介绍了机器人的擦洗机构 关键词:玻璃，幕墙清洗机器人，驱动机构，擦洗机构，密封机构 ABSTRACT Glass-wall cleaning robot is one of robot for limited operation,which can walk on Vertical glass-wall with washing devices.It is a robot with specific applied functions,Based on wall-climbing robot techniques.for specific objects.And it works on vertical Glass-wall,where is dangerous for human beings.It is a robot could conquer the gravity effect and carry cleaning equipments,facing to glass-wall surface beautifying service of modern high-rise buildings. Firstly, the whole frame of the glass wall cleaning robot is introduced, based on this, the designing and analyzing Of the structure of the robot are described in details.Then,introducing the drive mechanism of the robot,Discussed the operation of the robot path planning and motion control. Finally, a brief introduction of the robot body scrub Key words: Glass, wall cleaning robot, driving mechanism
Scrub mechanism,sealing mechanism 2
目 录 摘 要............................................................. 1 ABSTRACT............................................................ 1 1 前 言............................................................. 3 2 玻璃清洁机器人总体方案规划........................................ 4 2.1 机器人设计思想 .............................................. 4 2.2机器人总体结构方案........................................... 5 3 驱动机构和擦洗机构............................................... 6 3.1 驱动机构分析 ................................................ 6 3.1.1 驱动方式............................................... 6 3.1.2运动结构和运动规划 ..................................... 7 3.1.3运动过程控制原理分析 ................................... 8 3.1.4外形尺寸选择 ........................................... 9 3.1.5驱动力分析 ............................................. 9 3.1.6小结 .................................................. 10 3.2擦洗机构分析................................................ 11 4 其它元件选择..................................................... 10 4.1密封机构.................................................... 10 4.2换向阀和溢流阀的选择........................................ 12 5 总 结............................................................ 11 参考文献........................................................... 12 致 谢.............................................................. 13 3
1 前 言 在现代都市中，高层建筑越来越多，各种各样的摩天大楼成为现代都市中一道亮丽的风景。在建筑业，由于玻璃的采光性好，保温防潮性能好，彩色玻璃实用美观，高层建筑的外壁越来越多地采用玻璃幕墙结构，但是为了保证建筑外观的整洁美丽，时间一长，就需要对壁面进行清洗，以美化市容市貌。许多开放性城市都规定，每年应对高楼清洗若干次。 目前高层建筑玻璃幕墙的清洗方法主要有两种，一种是靠升降平台或吊篮承载清洁工进行玻璃幕墙的清洗，虽简便易行，但劳动强度大，工作效率又低，属于高空极限作业对人身安全及玻璃壁面都有很大的威胁性。另一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。这种方式初次投资成本较高(高达数百万元)，而且要求在建筑物设计之初就要考虑擦窗系统，因而限制了其使用，因此急需一种能代替人而又有一定灵活性和适用性的自动机器来完成这项工作，而且玻璃幕墙一般面积较大，大多处于几十米甚至上百米的高处，且周围无可攀援的支架，这就使得玻璃幕墙的清洗成为一项繁重、危险、耗资的工作。如果用人去清洗，不仅花费高，而且安全难以保证。特别是目前一些国家和地区已经通过立法对包括擦窗作业在内的人工高空攀爬进行了限制，人们不得不寻找其它解决办法。 高层建筑清洗机器人正是在这种背景下应运而生。它的出现将极大降低高层建筑的清洗成本，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，带来相当的社会效益、经济效益。因此，国内外多家研究机构都在积极开展此项研究工作。 4
2 玻璃清洁机器人总体方案规划 2.1 机器人设计思想 机器人是传统的机构学与近代电子技术相结合的产物，是计算机科学、控制论、机构学、信息科学和传感技术等多学科综合性高科技产物，它是一种仿人操作、高速运行、重复操作和精度高的自动化设备。所以该气动清洗机器人系统包括机械结构、运动规划、传感器系统、驱动系统、控制系统等几部分。 由于我们所开发的清洗机器人工作场所的特殊性，本课题在机器人结构上的设计思想是:在保证机器人功能的前提下，力求结构简单、可靠性高、运行稳定。 因为爬壁机器人在行进过程中需要克服自身重力，所以较轻的机器人本体结构 是一个需要着重考虑的设计因素。增加机器结构的灵活性，导致的结果是机械结 构变得复杂，需要使用到的机械元器件增多，重量必然增加，同时控制的复杂性 也增加。 高楼幕墙清洗机器人是一种爬壁机器人，因此，它必须具备两大功能：负壁和移动功能。 在本机器人系统中，考虑到机器人要有清洗功能，我们就到了水作为清洁剂来清洗，在提供水的过程中，我们又把它当做动力源，可以说只要有水就能让它工作。因此我们主要考虑到了用水射流式清洗机器人。 2.2机器人总体结构方案 运用水射流式清洗机器人，能够巧妙地把供水，供能，抽气整合为一体。利用清洁水流经射流发射器时产生的负压来控制吸盘，机器人可以抽真空吸附在玻璃上。这样就不像现已有的机器人那样，需要带上一个大大的气泵。再利用水流经射流发射器产生的被压来推动活塞杆，实现机器人的爬行驱动。 为此，我们在结构上采用了2个带活塞杆吸盘互相运动，来实现机器人的一直往前爬行运动，而避免只有一个活塞吸盘能实现的往复运动。在再整体结构上带上2个拖把，随着机器人的移动而移动来擦洗玻璃。结构如图1 这种结构的该机器人，总体来说，具有如下特点： 1，模块化设计，整个外形由同一种高分子有计划和工程材料组成，便于连接和控制。 5
2，结构简单紧凑，重量轻，同一动力实现吸附和爬行运动两种功能，减少动力来源。便于协调控制。
图1 这款机器人在总体结构上轻巧，简单，把玻璃清洁机器人两个最重要的部分：吸附机构和擦洗机构巧妙地融合在一起，减少了以其它动力来实现这两种功能的复杂性，具有很好的研究前景。
