墙壁清洁机器人0001 .pdfVIP

第一章绪论

1.1课题的背景、目的及意义[1]

壁面清洗爬壁机器人属于移动式服务机器人的一种，可在垂直壁面或顶部移动，完成其

外表面的清洗作业。在工业机器人问世30多年后的今天，它已被世人看作是一种生产工

具，在制造、装配及最近在服务行业，机器人的应用取得了明显的进步，由于传感器、控

制、驱动及材料技术领域的进步，通过智能机器人系统，首次在制造业领域以外开辟了机

器人应用的新领域，让自主机器人作为“人的助手”，使人们的生活质量得以提高。目前

在许多领域已经进行了很大的努力来开发服务机器人系统，并力争在较大范围内使用它们。

这些机器人系统尽管有不同的应用领域，但它们所从事的工作则仅限于以下几种：

1.维护保养

2.修理

3.运输

4.清洗

5.保安及救援

6.数据采集

7.其它

在服务行业使用的机器人，要求所提供的服务技术含量较高，实现的可能性较大，还要

求它的市场潜力大，对用户有使用价值，对经营者有经济效益。与普通工业机器人领域不

同，服务机器人是一种只适合于具体的方式、环境及任务过程的机器人系统。物体及平面

清洗用的机器人是急待开发的服务机器人之一。现代城市高楼林立，以15－30层楼居多，

高达近百米，壁面多数采用瓷砖结构和玻璃幕墙结构，有的还敷设塑铝板等，常年裸露在

外，需要进行许多壁面维护工作。目前这类工作仍由清洗工人搭乘吊缆进行高空作业来完

成，既危险、工作效率又低，对人身安全、玻璃壁面都有很大的威胁性，如图1－1所示。

越来越多的高层建筑在设计初期便将清洗问题考虑在内，尤其是很多瓷砖、玻璃面表面壁

平整、不大的障碍，非常适合于采用壁面清洗机器人进行清洗。

爬壁清洗机器人的使用将大大降低高层建筑的清洗成本改善，工人的劳动环境，提高劳

动生产率，具有一定的社会、经济意义和广阔的应用前景。该项目的研制成功，将会实

现清洗作业的自动化，给清洗作业带来一次新的革命。同时通过更换周边设备可适应其它

的操作任务，其主要系统壁面移动机器人载体可深入应用到核工业、石化、消防、造船等

行业，机器人装备摄像机、超声波传感器等可对核废液储罐、轮船等建筑物外壁进行检

查、测厚及焊缝探伤等，若装备喷砂、喷漆机构可对金属罐壁进行喷砂除锈、喷漆防腐等

操作，还可喷涂巨幅壁画，装上温度传感器、摄像机等可从高楼上对火情作出判断，传递

救援物资等。

图1－1工人清洗建筑高层壁面

1.2爬壁机器人的分类及特点

机器人能够在壁面上自由移动并且进行作业，必须具备三大机能，即吸附机能、移动机

能、作业机能，爬壁机器人主要按吸附和移动机能来进行分类。

1）按照吸附机能分类，爬壁机器人可分为：真空吸附、磁吸附和推力吸附三类。

真空吸附是通过真空发生装置，使吸盘内腔产生负压，机器人利用吸盘内外的压力差贴

附在壁面上。真空吸附法由于不受壁面材质的限制，适应范围广，但当壁面凹凸不平时吸

盘容易漏气，从而吸附力下降，承载能力降低。

磁吸附法要求壁面必须是导磁材料，但它结构简单、吸附力大，对壁面的凹凸适应性强，

不存在真空吸附法的漏气问题，因而当壁面材料导磁时，使用磁吸附式爬壁机器人有它突

出的优点，磁吸附法又分为永磁体和电磁体两种产生磁力的方式。

推力吸附借鉴力航空技术，使用螺旋桨或涵道风扇产生合适的推力，使机器人稳定、可

靠的贴附在壁面上，并在壁面上移动。这种吸附方式具有壁面适应性好，越障容易等优点，

但控制系统复杂。这种吸附方式的典型代表是日本西亮教授1990年推出的一种推进型壁面

移动机器人。

三种吸附方式的具体比较见表1－2.

表-爬壁机器人三种吸附方式的比较

12

吸附方式优点缺点

真结构简单，允许有一定程度吸盘无冗余性，一旦断电本体将丧失吸附

单吸盘能

空的泄露

力

吸