高楼住户自动擦窗装置的研究与设计(2)
目前国内外进行高层窗户清洗的方法主要有以下三种：第一种是靠吊绳承载清洁工，采用一人一绳一板一桶的方式进行壁面清洗；第二种是靠升降平台或吊篮承载清洁工进行壁面清洗；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。前两种方法效率低、劳动强度大、存在很大危险性，特别是作业成本很高，除了清洗费用，安装脚手架的费用和高空作业人身安全保险费都比较昂贵。第三种方法要求初次投资较高，而且在建筑物设计之初要将擦窗系统的布置使用考虑在内，限制了其使用。目前，市场迫切需要通过自动擦窗装置全部或部分地替代人工完成比较危险的高空清洗任务，给窗户清洗装置的技术的研究带来了很大的发展机遇。自动擦窗装置作为极限作业机器人的一个分支，是对高层建筑玻璃清洗业的一个重要应用，它通过机器人具有一定灵活性和适应性的工作，替代人类完成高层建筑外表面的自动清洗任务。使用自动擦窗装置作业可以大幅度提高工作效率、降低清洗成本、改善从业人员的工作条件，因而具有很好的市场潜力和实用价值。目前，擦窗装置已成为特种机器人领域的研究热点之一，国内外众多科研机构均投入了大量人力、物力从事该技术基础及工程应用方面的研究已经研制出了轮式、脚足式、履带式以及其他特殊形式的清洗机器人样机，并已有少量的样机投入试验性应用。但是，若想实现该技术的市场化和普及应用，人们仍需要在减轻重量、降低造价、安全高效等方面付出大量的努力。
1.2课题研究目的和意义
本课题研究的目的是为高层住户提供一种可以替代危险、繁重的人工作业，以及价格昂贵、通用性不强的自动擦窗机作业的高层建筑物擦窗装置。尽管国内外已经开发了不少擦窗清洗机器人的样机和研究模型，但目前距离实用化还很远。究其原因，制约高层清洗机器人发展的无外乎以下因素：建筑物外墙结构比较复杂、工作条件苛刻、机器人样机的通用性和可继承性差、研发周期较长，以及机器人的壁面适应性和越障能力较差等。前人研究的轮式清洗机器人具有高速高效的优点，但是，越障能力以及跨过沟槽时建立和保持真空度的能力较差。而脚足式高层清洗装置壁面适应能力及越障能力较强，且多吸盘结构有一定冗余，但其运动不连续、速度和效率均比较低。履带式高层清洗装置壁面适应能力很强、动载荷小、设计紧凑，但它的重量及能耗较大。总之，有关能够适应各种材质（玻璃，粉墙，金属等）和各种规则形状（如平面，柱面，弧面和拐角等）表面的高层清洗装置的研究国内外仍未见报道。此外，目前高层清洗装置的运动机构和吸附机构多分离开来进行设计，这也使得机器人系统比较复杂，并造成成本居高不下。因此，针对现有清洗机器人技术上的不足，探索真空吸附自动擦窗装置在各种材质和各种规则形状壁面的吸附、移动原理，研究移动载体具备完善的运动功能、即全方位运动、高机动性跨越障碍以及灵活的面—面转换功能的爬壁结构，对自动擦窗装置及高层清洗装置的发展都具有普遍的现实意义。本文在系统分析国内外自动擦窗装置特点的基础上，在高层清洗装置结构创新方面进行了深入研究，并结合玻璃幕墙的特点，提出了一种新结构的高层清洗装置－轮腿附带吸盘结构的高层清洗装置，从而使得机器人具有了较强的壁面适应能力和高速高效性能。该清洗机器人能够在地板、墙面和天花板等不同平面以及光滑的曲面上运动，并能够在这样的表面之间进行灵活转换，最终能够有效提高工作效率、降低人工成本和作业风险。此外，该机器人还具有结构简单、造价低、运动速度高、壁面适应能力强、越障能力强等诸多优点。本文将对一红新型的轮腿式清洗机器人技术的研究，能够在一定程度上实现高层擦窗作业。
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