玻璃幕墙清洗机器人清洗系统的设计

40I机械装备Mecha ni zed Equipme nt2017年8月下玻璃幕墙清洗机器人清洗系统的设计倪伟，吴英涛，赵晓贺（山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛266590）摘 要：随着现代化建设的快速推进，高层建筑愈来愈多，针对高层建筑壁面的清洗业也不断发展。玻璃幕墙清洗机器人在改善 工人作业环境、提高作业效率和降低清洗成本方面具有重要的现实意义和广阔的应用前景。文章主要针对清洗机器人的清洗系统 进行设计，并进行三维建模，能够实现清洗工艺的高效性、清洗机械机构的可靠性和清洗液的回收循环再利用等效果。关键词：清洗机器人；清洗系统；三维建模中图分类号：TP242文献标志码： A文章编号：1672-3872（2017）16-0040-0140I机械装备Mecha ni zed Equipme nt2017年8月下40I机械装备Mecha ni zed Equipme nt2017年8月下1 清洗工艺分析高层建筑的玻璃幕墙壁面主要的污物成分为大气尘垢， 因此针对相应工况制定良好的清洗工艺是提升机器人清洗质 量和清洗效率的关键。首先，使用清洗液将待清洗玻璃幕墙润湿，在机械力和 清洗液的综合作用下将污物分离；其次，经清洗液的冲洗和 玻璃幕墙壁面上残留液滴的去除，实现玻璃幕墙的洁净；最后,使用之后清洗液回收过滤净化后重新用于新的玻璃幕墙待清 洗作业中。2 清洗系统结构设计机械力清洗通过对物体表面施加机械作用力（如抽吸、刷、刮擦）使物体表层污物脱离，直至达到洁净的目的。根据作 业环境，选取刷洗和刮擦的机械力作用配合中性清洗液的形 式进行对玻璃幕墙的清洗作业，常见的刷洗有条刷、盘刷和 滚刷，这里选用滚刷的清洗方式。清洗系统包括清洗机构本 体和清洗液循环装置，其任务是完成对高层玻璃幕墙的清洗 和污水回收、过滤净化、循环再利用1。2.1清洗机构本体设计清洗机构本体由滚刷、驱动装置、壳体、喷嘴、上刮板、 下刮板、刮板气缸等组成.滚刷是清洗机构进行清洗作业的执行部件；驱动装置是由电机和传动装置组成，是滚刷进行 清洗作业的动力来源；壳体通过紧固件安装在外框架铝合金 型材上，与下刮板形成半封闭的腔体，滚刷通过带座轴承安 装壳体内；喷嘴是将清洗液进行雾化的装置，其分为上下两 组均布安装在壳体的内壁上；上刮板安装在两个刮板气缸上， 刮板气缸通过脚架安装在外框架最上侧，下刮板与一个刮板 气缸相连，此刮板气缸安装在壳体最下侧；刮板气缸采用单 作用气缸，常态下依靠气缸内弹簧作用力使上下刮板的硅胶 条接触玻璃幕墙的壁面，在机器人爬壁过程中遇到障碍时， 相应的刮板气缸收缩使刮板提起2，如图1所示。2.2清洗液循环装置设计为提高整体系统的节能环保的性能，清洗液采用循环利 用的方式，即清洗作业过程中产生污水经回收、过滤净化后 再次利用的方式，清洗液循环装置由污水箱、滤后水箱、滤网、水泵等组成。3 清洗作业流程清洗作业的工作流程如下：首先，将清洗液经喷嘴转变 为水雾状态喷射到待清洗的玻璃幕墙上进行润湿；其次，在 清洗液的溶解与电机驱动下滚刷的机械摩擦双重作用下使玻 璃幕墙上的污物分离至清洗液中；然后，由刮板刮除玻璃幕 墙上残留的液滴，实现幕墙壁面的清洁，而清洗作业产生的 污水经下刮板的汇集后，经粗滤网和细滤网的过滤进入滤后 水箱；最后，经水泵和进水管输送到清洗机构本体再次利用3 刮板是完成清洗工艺流程中最后一道工序一一去除残余 液滴，且下刮板还有汇集污水的功能。上刮板采用直条形， 硅胶条的刃端一侧为均布的筋条，另外一侧为平面，当清洗 机器人本体向下作业时，硅胶条接触玻璃幕墙的是刃端的平 面，且胶条座的长夹片使硅胶条变形较小，从而可以更为有 效的完成刮水作业；当清洗机器人本体向上作业时，上刮板 无需工作，此时筋条将硅胶条撑起，且变形较大，从而可让 玻璃幕墙的污物通过上刮板。下刮板既要具有刮去残余液滴 的功能，又要承担挡水板的功用，所以采用弯曲形状，且硅 胶条也有一定的曲度。清洗作业产生的污水汇集到刮板的中 央，在刮板的中间设置排污口，与排污管相连，在水泵的作 用下及时将汇集的污水输送到污水箱。4 结束语文章针对清洗机器人的清洗系统进行设计，通过对清洗 工艺分析，主要设计了清洗机构和清洗液循环装置，制定了 高效的清洗工艺流程，克服了自身机械结构对已清洗的玻璃 幕墙造成的二次污染，能够实现清洗工艺的高效性、清洗机 械机构的可靠性和清洗液的回收循环再利用等效果。参考文献：1 唐伯雁，窦蕴平，高振莉，等.幕墙清洗机器人的清洗系统设计J.机器人技术与应用，2007（2）:43-45.2 胡启宝.多吸盘式玻璃幕墙清洗机器人本体设计 D.上海交通大 学,2007.3 吴洪兴，赵言正，高学山.高楼玻璃幕墙清洗机器人作业系统的 研究J.哈尔滨理工大学学报,2002（4）:101-104.（收稿日期：2017-8-9）40I机械装备Mecha ni zed Equipme nt2017年8月下40I机械装备Mecha ni zed Equipme nt2017年8月下图1清洗机构本体图作者简介：倪伟（1990-），男，山东临沂人，研究方向：机械工程。