高樓外墻機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述1.1高樓外墻清洗機(jī)器人總體方案設(shè)計(jì)情況在韓云飛，玻璃幕墻清洗機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究一文中，機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案是由機(jī)器人機(jī)械本身和懸吊系統(tǒng)組成，機(jī)器人的移動(dòng)是兩者相互配合來(lái)完成的，垂直方向上的運(yùn)動(dòng)不依賴(lài)?yán)K索的運(yùn)動(dòng)，靠機(jī)器人本體的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)；橫向的運(yùn)動(dòng)則依靠滑軌來(lái)實(shí)現(xiàn)。繩索的張緊、機(jī)器人與避免的距離都是依靠懸吊裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。在賈娟娟、辛瑞媛、萬(wàn)宏強(qiáng)、張偉超、鐘文瀚，繩牽引式玻璃幕墻清洗機(jī)器人設(shè)計(jì)一文中機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案由車(chē)身、動(dòng)力系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)組成。機(jī)器人的垂直水平移動(dòng)都依靠的是樓頂?shù)木頁(yè)P(yáng)機(jī)，牽引布局示意如下圖。機(jī)器人清潔所用的水箱放置在樓頂，依靠泵來(lái)抽水清洗。圖1.1牽引布局示意圖在張子博、劉榮、楊慧軒，用于玻璃幕墻清洗的爬壁機(jī)器人的研制一文中，機(jī)器人的尾部與繩索相連，繩索的另外一端則和樓頂相連，或者是從高樓的某個(gè)窗口延伸出來(lái)。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)方向是從上至下，到達(dá)最低端之后在從下至上運(yùn)動(dòng)。清潔工作中，樓底會(huì)有工人進(jìn)行實(shí)時(shí)操作，因?yàn)闄C(jī)器人上裝有攝像裝置，工人可以隨時(shí)通過(guò)手機(jī)實(shí)時(shí)觀(guān)看傳回來(lái)的錄像來(lái)判斷玻璃的潔凈狀況，這樣可提高清潔墻壁的效率。圖1.2總體方案示意圖M.V.V.Kumar，C.R.Rajashekhar和G.K.Dayananda在Studiesoncosteffectiveglasswallcleaningrobot一文中則提出了一種更簡(jiǎn)單的壁面清理機(jī)器人，他們通過(guò)降低攀爬機(jī)構(gòu)的成本，利用便攜式索具進(jìn)行壁面清潔。它可以節(jié)省70-80％的勞動(dòng)力，并可以清潔帶有窗框的建筑物表面。單片機(jī)控制噴水頻率，從而減少水的浪費(fèi)。與其他機(jī)器人相比，該機(jī)器人清潔速度更快（每小時(shí)278平方米）。并且更加創(chuàng)新的一點(diǎn)是只需稍作改動(dòng)，該機(jī)器人也可用于地板清潔。在錢(qián)志源、劉仁強(qiáng)、趙言正、付莊，一種壁面牽引移動(dòng)式玻璃幕墻清洗機(jī)器人一文他們?cè)O(shè)計(jì)的機(jī)器人行走機(jī)構(gòu)則直接被取消了，機(jī)器人在樓頂?shù)膽业跹b置的控制下全靠自身重力來(lái)實(shí)現(xiàn)垂直運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人與墻壁的距離則依靠吸盤(pán)的交替工作來(lái)調(diào)整。1.2高樓外墻清洗機(jī)器人攀爬和吸附方式研究情況在周倪敏、劉超峰、劉杰、方彤、董成、張航，我國(guó)智能外墻清潔機(jī)器人發(fā)展及應(yīng)用一文中指出，由于城市化進(jìn)展的飛速發(fā)展，形狀各異的高層建筑屢見(jiàn)不鮮，各種高樓的建筑風(fēng)格千奇百怪，由此高樓外墻清潔機(jī)器人帶來(lái)的挑戰(zhàn)是，機(jī)器人需要具備良好的越障技術(shù)和攀爬能力。就目前而言，攀爬能力主要分為依賴(lài)?yán)K索牽引輔助攀爬和機(jī)器人自主攀爬。要提高越障能力則較為復(fù)雜，因?yàn)楦邩桥c高樓之間的建筑風(fēng)格會(huì)相差很多，所以機(jī)器人的工作環(huán)境并不是一成不變的，而是復(fù)雜多樣的，因此機(jī)器人需要借助視覺(jué)圖像處理、傳感技術(shù)等等能力來(lái)檢測(cè)障礙。HouxiangZhang,JianweiZhang和GuanghuaZong在RequirementsofGlassCleaninganddevelopmentofClimbingRobotSystems一文中指出目前在光滑垂直表面上運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)有多腿結(jié)構(gòu)、滑架結(jié)構(gòu)、輪式結(jié)構(gòu)和鏈輪結(jié)構(gòu)。攀爬機(jī)器人使用的吸附原理也有四種不同:1、真空吸盤(pán);2利用負(fù)壓力;3螺旋槳推力;4把握觸手。他們也說(shuō)道由于多腿機(jī)器人的自由度很大，其運(yùn)動(dòng)學(xué)過(guò)于復(fù)雜。目前常用的吸盤(pán)、抓手等附著在建筑物上的機(jī)器人不滿(mǎn)足小型化和低復(fù)雜性的要求。而且一些攀爬機(jī)器人已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，可以在復(fù)雜的墻面上移動(dòng)。著名的機(jī)器人ROMA是一種多功能的自支撐攀爬機(jī)器人。它可以在復(fù)雜的金屬環(huán)境中行走，但是一般來(lái)說(shuō)，這類(lèi)機(jī)器人的構(gòu)造和控制非常復(fù)雜，不能提供墻體清掃機(jī)器人所要求的高效率和簡(jiǎn)單的操作。在王妹婷，壁面自動(dòng)清洗機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)研究一文中，學(xué)者總結(jié)了各種移動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)。車(chē)輪式控制靈活方便、移動(dòng)速度快，但是越障能力差；履帶式機(jī)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)、承載力大，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制困難；腿足式機(jī)構(gòu)能夠適應(yīng)不同形狀的壁面、樂(lè)章能力能強(qiáng)，但是效率低；框架式機(jī)構(gòu)控制簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是體積大、運(yùn)動(dòng)不連續(xù)。G.Wu,L.Zhang,H.Zhang和B.Zhang,在ResearchonDesignofGlassWallCleaningRobot一文中，他們?yōu)榱藢?shí)現(xiàn)機(jī)器人與幕墻的緊密吸附，吸附裝置采用了吸盤(pán)和真空泵的復(fù)合結(jié)構(gòu)。由于吸盤(pán)的滑動(dòng)摩擦力不大，密封效果好，吸附裝置采用兩個(gè)子吸盤(pán)結(jié)構(gòu)，每個(gè)帶一個(gè)吸盤(pán)，由各自的閥門(mén)控制，當(dāng)任何一個(gè)子吸盤(pán)泄漏時(shí)，可以及時(shí)調(diào)節(jié)閥門(mén)以控制負(fù)壓值，并可以利用吸盤(pán)的彈性變形來(lái)適應(yīng)不平整的表面，確保吸盤(pán)和墻體可靠密封。T.Anand，S.K.Kushwaha，S.E.Roslin和N.M.Nandhitha在FluxcontrolledBLDCmotorforautomatedglasscleaningrobot一文中提出使用帶有螺旋槳的鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生真空，幫助機(jī)器人利用真空產(chǎn)生的吸力來(lái)吸附玻璃幕墻。機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)將和吸力的產(chǎn)生同時(shí)進(jìn)行。他們?cè)O(shè)計(jì)中使用了兩個(gè)鼓風(fēng)機(jī)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)風(fēng)扇吸引周?chē)諝?，而殘留的空氣可以通過(guò)管道排出，這會(huì)導(dǎo)致在風(fēng)扇區(qū)域周?chē)狈諝鈮毫?。一起使用兩個(gè)鼓風(fēng)機(jī)就可以有效解決這個(gè)問(wèn)題。在譚宇、莫亞武、王俊、楊濤、高立婷、黃淑新，高空玻璃清洗機(jī)器人的研究一文他為了在經(jīng)濟(jì)性和吸盤(pán)吸附可靠性中找到了一條相對(duì)平衡的解決方法，大致方法就是履帶輪的真空吸盤(pán)要受到位置感應(yīng)器以及PLC的雙重控制，吸盤(pán)與幕墻接觸時(shí)，位置感應(yīng)器會(huì)收到信號(hào)，并將信號(hào)傳遞給PLC，PLC再?zèng)Q定吸盤(pán)是否工作。這樣做的好處是只有吸盤(pán)接觸墻壁才會(huì)工作，而不是以往的吸盤(pán)一直無(wú)差別工作，這在一定程度上提高了經(jīng)濟(jì)性。1.3高樓外墻清洗機(jī)器人清潔方式的研究情況在黃天柱，輪式玻璃幕墻清洗機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)性能分析一文中，學(xué)者明確指出，清潔單元是機(jī)器人最為關(guān)鍵的一個(gè)單元，它直接決定了機(jī)器人的清潔效率以及清潔的質(zhì)量。并且說(shuō)明了現(xiàn)在的清潔技術(shù)主要分為三類(lèi)，分別是物理機(jī)械清潔、化學(xué)試劑清潔以及利用微生物清潔。而微生物清潔在機(jī)器人中很難應(yīng)用，所以大部分清潔機(jī)器人都采用了物理清潔和化學(xué)清潔相結(jié)合的清潔方式。而物理清洗也分為了很多類(lèi)，比如使用機(jī)械力清洗、使用具有高壓力的清水清洗、利用激光技術(shù)清洗和利用超聲波技術(shù)清洗。其中機(jī)械力清潔結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單；利用高壓力的清水清潔清潔的效率非常好，但是免不了浪費(fèi)；而利用激光技術(shù)清潔對(duì)與技術(shù)要求很高，控制起來(lái)也很復(fù)雜，應(yīng)用于高樓外墻也屬于大材小用；而超聲波清潔技術(shù)的清潔效率也很高，但是其最大的缺點(diǎn)是噪音很大。在唐雯珍，玻璃幕墻清潔機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及作業(yè)過(guò)程研究一文中，學(xué)者設(shè)計(jì)了二合一的清潔系統(tǒng)，機(jī)器人有滾刷和刷盤(pán)兩種清潔運(yùn)動(dòng)方式，并且和高度和角度都是可以調(diào)節(jié)的霧化噴頭相結(jié)合。霧化噴頭產(chǎn)生化學(xué)試劑的霧化水在幕墻上，然后滾刷和刷盤(pán)進(jìn)行情節(jié)運(yùn)動(dòng)，滾刷和刷盤(pán)可以調(diào)節(jié)安裝位置，因此可以全覆蓋玻璃。這種物理清潔和化學(xué)清潔相結(jié)合的清潔方式其實(shí)是機(jī)器人最為常用的清潔方式。在唐建祥.高樓壁面清洗機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)一文，學(xué)者則使用了具有高壓力的清水進(jìn)行清潔，高壓水槍噴出的水會(huì)讓污垢脫離幕墻，之后再使用刮板和滾刷進(jìn)行處理，為了避免幕墻上有太多的污水，學(xué)者還設(shè)計(jì)了污水箱，刮板會(huì)把污水掛到污水箱中，而且污水箱中的水是可以重復(fù)多次利用的，這在一定程度也緩解了浪費(fèi)資源的問(wèn)題。并且高壓水槍噴出的水并不一定為清水，也可以混雜化學(xué)試劑，這樣會(huì)使清潔的效率變得更高。這在本質(zhì)上也是物理清潔和化學(xué)清潔相結(jié)合的一種清潔方式，但此機(jī)器人比較顯著的特點(diǎn)就是有一套水重復(fù)使用的裝置，這也響應(yīng)了國(guó)家環(huán)保的號(hào)召。1.4高樓外墻清洗機(jī)器人力學(xué)分析仿真研究情況在賀利樂(lè)、黃天柱、劉小羅，玻璃幕墻清洗機(jī)器人爬行機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析一文中，學(xué)者們總結(jié)了機(jī)器人所采用的分析方法過(guò)程,總結(jié)如下:首先通過(guò)分析機(jī)器人的受力狀況并確定其安全吸附條件,然后基于Newton-Euler方程建立了一個(gè)滿(mǎn)足機(jī)器人安全受力條件的運(yùn)動(dòng)方程,最后進(jìn)行利用Matlab軟件通過(guò)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真,分析了機(jī)器人的吸附能力和驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)能力矩,其中仿真結(jié)果充分驗(yàn)證了機(jī)械人的動(dòng)力學(xué)模型設(shè)計(jì)正確性,同時(shí)驗(yàn)證了機(jī)器人具有在平滑壁面上穩(wěn)定移動(dòng)的能力。在李芳麗、高鵬、龔希祚，高空玻璃幕墻清洗機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)一文，學(xué)者中考慮到國(guó)家規(guī)定高空作業(yè)應(yīng)在四級(jí)風(fēng)一下進(jìn)行，便選取了最大風(fēng)載荷有四級(jí)風(fēng)引起，并考慮到機(jī)器人在工作狀態(tài)中吸盤(pán)的吸附情況一直是變化的，便選取了運(yùn)動(dòng)過(guò)程中吸盤(pán)吸附數(shù)量比較少的幾種情況進(jìn)行了應(yīng)力分析。在徐廣紅、陳兵、楊隆慶、黃海，新型高樓幕墻清洗機(jī)器人的研制及安全性分析一文中，學(xué)者們結(jié)合FLUENT軟件模擬空氣流對(duì)吸盤(pán)吸附力的影響，然后根據(jù)仿真結(jié)果與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，最終得出滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求的真空吸盤(pán)尺寸，之后利用利用ANSYS對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并在仿真中采用Sutherland定律求粘性。還通過(guò)FLUENT進(jìn)行模擬，并繪制關(guān)于高樓外墻清潔機(jī)器人受的風(fēng)力值大小隨不同的攻角側(cè)面變化而變化的曲線(xiàn)圖。參考文獻(xiàn)[1]戴詩(shī)璇,李寶祖,王子建,韓瀟.高空清潔玻璃機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子世界,2021(01):25-26.[2]賈志豪,楊穎,宋連港,趙法鵬,陳昌本,李晨鳴.全自動(dòng)高空玻璃清潔系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電工技術(shù),2020(22):19-21.[3]趙赫,魯旭,姚金池,呂海霆.高空玻璃清潔機(jī)器人的設(shè)計(jì)及研究[J].中外企業(yè)家,2019(15):136.[4]張棟楠,李華光.高空玻璃清洗機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究[J].科技視界,2018(17):16-17.[5]廖詩(shī)旗,楊杰,陶靜,王榮,高玲,鄧靜.高層玻璃窗戶(hù)清潔裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2020,19(10):65-66.[6]高亞男,劉俊成,董北平.玻璃表面灰塵的粘附機(jī)理和自清潔研究進(jìn)展[J].山東陶瓷,2020,43(02):3-8.[7]于三川,馮帥,李東升,王翠華,白東宇.新型玻璃清潔器的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)[J].河南建材,2020(02):115-116.[8]孫浩銘,賀可濤,郭輝,薛凱峰.玻璃幕墻越障清潔機(jī)器人[J].科技視界,2019(23):23-24.[9]莊子槺,方嘉煒,黃慶典,李琪.玻璃清潔機(jī)器人的研究和應(yīng)用分析[J].科技與創(chuàng)新,2019(14):148-149.[10]賀利樂(lè),黃天柱,劉小羅.玻璃幕墻清洗機(jī)器人爬行機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2020(10):265-269.[11]王國(guó)慶,孟凡召.淺談玻璃幕墻清洗機(jī)器人現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].南方農(nóng)機(jī),2020,51(11):94-95.[12]賈娟娟,辛瑞媛,萬(wàn)宏強(qiáng),張偉超,鐘文瀚.繩牽引式玻璃幕墻清洗機(jī)器人設(shè)計(jì)[J].電子世界,2020(18):182-182.[13]周倪敏,劉超峰,劉杰,方彤,董成,張航.我國(guó)智能外墻清潔機(jī)器人發(fā)展及應(yīng)用[J].軟件導(dǎo)刊,2020,19(06):53-56.[14]馮斌.玻璃幕墻清洗機(jī)器人穩(wěn)定性控制與定位感知方法研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2020.[15]李雪新,靳文停,葛宜元,劉東旭,孫鵬,李家成.玻璃幕墻清洗機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)綜述[J].木材加工機(jī)械,2019,30(06):14-20.[16]李芳麗,高鵬,龔希祚.高空玻璃幕墻清洗機(jī)器人的研究與設(shè)計(jì)[J].科技與創(chuàng)新,2019(17):67-68.[17]高鵬,魏鼎.玻璃幕墻清洗機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究[J].電子元器件與信息技術(shù),2019,3(05):9-12.[18]黃天柱.輪式玻璃幕墻清洗機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)性能分析[D].西安建筑科技大學(xué),2019.[19]吳俊飛,韓云飛,李國(guó)棟,徐珂.自攀爬式玻璃幕墻清洗機(jī)器人的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造,2018,56(05):11-15.[20]譚宇,莫亞武,王俊,楊濤,高立婷,黃淑新.高空玻璃清洗機(jī)器人的研究[J].設(shè)備管理與維修,2018(08):37-39.[21]韓云飛.玻璃幕墻清洗機(jī)器人的設(shè)計(jì)與研究[D].青島科技大學(xué),2018.[22]梁子躍,蔡強(qiáng),楊昊,黃燦燦.基于注射器吸附的玻璃幕墻清洗機(jī)器人設(shè)計(jì)[J].電子器件,2018,41(01):274-278.[23]劉凌.玻璃幕墻清洗機(jī)器人攀爬部分結(jié)構(gòu)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程,2018,47(01):