高空索降投送式玻璃屏幕墙自动清洗车设计探讨

高空索降投送式玻璃屏幕墙自动清洗车设计探讨

谢静怡

广西理工职业技术学院 广西 崇左 532200

摘要：为解决高空玻璃墙清洗存在的问题，减少外界因素的干扰，本文对高空索降投送式玻璃墙的自动洗车技术进行了深入的探讨，以期为相关的工组人员提供参考。

关键词：高空索降；投送式；玻璃瓶幕墙；自动清洗车

引言

为了更加安全高效的解决高层玻璃的清洁问题，高层建筑传统的玻璃清洁主要是依靠人工以及吊篮的方式，这样的方式清洁玻璃墙不仅仅耗费的时间长，而且非常容易发生意外事故。之后研发出了壁面吸附式的小型清洁器，但是这样的清洁器越障能力比较差吸附能力是有限的。室外作业时属于极限作业，容易受到很多外在因素的影响，安全问题不容忽视。高空索降投送式玻璃墙自动清洗车能够大大降低高层建筑的清洗成本，具有比较高的社会以及经济意义和更加广阔的应用前景，而且在很大程度上减轻了人们的负担，减少了高空作业的危险性。

一、高空索降投送式玻璃屏幕墙自动清洗车研究意义

高空索降投送式玻璃幕墙自动清洗车，是针对高楼的玻璃幕墙进行清洗维护而专门设计的，它由清洗车、玻璃幕墙清洗系统、投送装置三部分组成，采用双线牵拉投送方式，不会打转，能直线上下，利用风力使车体贴紧玻璃幕墙上下行走；玻璃幕墙的清洗，采用毛刷清洗轮夹带清洗水滚刷玻璃幕墙表面，洗涤易脱落的尘埃和其他污渍，然后喷头喷射清洗水冲洗毛刷清洗轮洗涤留在玻璃幕墙表面的剩余物和污渍，最后刮水胶片刮干净玻璃幕墙表面；通过摄像头观察被清洗的玻璃幕墙表面的干净程度，以利调节清洗操作方法；洗涤水和冲洗水可回收到水箱，过滤后再用。   

将高空索降投送式玻璃幕墙自动清洗车在高层建筑玻璃幕墙清洗维护中推广应用，很好的克服了高层建筑玻璃幕墙“蜘蛛人”人工清洗：工作危险系数高，劳动强度大，工作效率低的弊端。它具有自动化程度高、工作效率高、安全可靠等优点，为实现高层建筑玻璃幕墙清洗维护走出了一条自动化和智能化的新路。

二、高空索降投送式玻璃屏幕墙自动清洗车工作原理

高楼玻璃幕墙表面污染物的常见清洗方法按原理分，可为物理清洗、化学清洗两大类，常见物理清洗有：水射流清洗、蒸汽清洗、爬壁机器人擦洗、人工擦洗等；常见化学清洗种类较多，一般根据玻璃幕墙上附的污垢类型不同选用不同的化学清洗剂，如重油污清洗剂、玻璃清洗剂、中性除油除锈剂等。按清洗方式分，可分为两种：一种是以“蜘蛛人”为主体的人工清洗方式；另一种是采用机器人清洗方式。传统“蜘蛛人”式清洗效率低、危险系数高，在我国每年都有几万人因高空作业发生危险，其中80%的工人直接死亡。但随着80后、90后逐渐成为主要的社会劳动力，玻璃幕墙清洗工作作为一种高危工作也面临着招聘难的问题。在工作危险系数高，以及劳动强度大的双重作用下，这种高危行业用工的缺口也逐年增大，显然，传统“蜘蛛人”式清洗方式就越来越不能满足现代社会发展的需要。随着科技水平的提高，人们对传统作业方式也提出了更高的要求，加上集成化、机械化、智能化的发展，人们更希望有一种专用机器人代替人工高效完成玻璃幕墙清洗任务。因此也迫使玻璃幕墙清洗工作向着机械化、智能化方向发展。 

清洗车本体主要包括清洗和移动两大部分。清洗部分，清洗部分的工作是清洗壁面。主要实现过程是喷淋壁面、滚刷清洗、雨刷维护，从而达到清洗玻璃的目的;移动部分，通过空压机产生高压气体，由真空发生器产生真空负压，使机器人本体安全可靠地吸附在工作壁面上实现纵向的移动，通过两条绳索的伸缩分提供额外安全保障。 

控制系统负责的功能是通过51单片机控清洗车在壁面.上进行清洗作业。它主要由电源、单片机和继电器组成。控制系统的设计遵循安全、可靠、小型化、轻量化、易于维护和更新的原则，并直接安装在机器清洗车的框架上。
供应保障主要实现水、空气、玻璃水等的供应。主要由导管、储水罐、空压机、水泵等部件组成。水、空气等由专门的管路送至清洗部分，以保障清洗车正常作业。在总结和参考大量壁面移动设备、安全保障机构以及清洗装置的前提下，我们设计了一种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、自动化的外窗清洗清洗车，并制作了实物。

三、高空索降投送式玻璃屏幕墙自动清洗车设计的发展趋势

利用机器人来进行高楼玻璃幕墙的清洗是一个崭新的领域，壁面移动机器人的研究和开发在国际学术界处在实验室阶段，移动机器人分为地面移动机器人和壁面移动机器人两个大的方面：按行走方式分为足式、轮式和履带式等。如果按照吸附方式可分为真空吸附、负压吸附和磁性吸附。由于磁性吸附壁面移动机器人受使用条件的限制，决定了它只是应用于工业上具有导磁材料的场合，因此真空吸附或者负压吸附机器人应用较广。国外玻璃幕墙清洗机器人的研究先行了一步，在欧洲，德国也开发了一种多吸盘结构的清洗机器人。当初他们开发这种机器人的初衷是因为服务机器人可以被人人所见，比较贴近大众，对开发单位也有广告宣传的作用，因此他们觉得很有兴趣。这些机器人采用机器人本体和清洗装置一体化的设计方案，自带水箱，但水是不回收的，此外在控制上采用了基于传感器的自动定位和路径规划的控制系统。还有些机器人是在吸取了前者所有优点的基础之上，采用水回收处理，循环使用的设计方案，自带的水量为30升。该机器人的项目费用为大约300万人民币，目前他们正计划给慕尼黑的一个大楼设计机器人。   

国内玻璃幕墙清洗机器人的研究也正起步，哈尔滨工业大学机器人研究所、上海大学、北京航空航天大学机器人研究所，深圳的一家公司以及北京蓝星哈工大机器人技术有限公司等开发了不同形式的清洗机器人。在2000年10月，哈工大机器人研究所与中国蓝星(集团)总公司合作，专门生产清洗高楼玻璃幕墙的清洗机器人，该项目2003年被国家863计划委员会指定为机器人生产基地。“蓝色超人”壁面清洗机器人由本体、清洗机构、安全装置、操作界面等部分组成，主要用于清洗玻璃幕墙、大理石及瓷砖墙等的壁面。该机器人采用负压吸附原理，可吸附于各种材质构成的壁面，吸附可靠。它能在垂直壁面上下移动，移动灵活，并可安全跨越lO-20mm的沟缝。“蓝色超人”设有人机对话操作界面，操作简便。清洗机构采用刷洗、喷淋和刮洗工序，因此清洗效率高，清洗效果好。本课题研究的是高空索降投送式玻璃幕墙自动清洗车，它是针对高楼的玻璃幕墙进行清洗维护而专门设计的，它由清洗车、玻璃幕墙清洗系统、投送装置三部分组成，采用双线牵拉投送方式，不会打转，能直线上下；依靠胶轮和轴流风机，利用风力使车体贴紧玻璃幕墙上下行走；玻璃幕墙的清洗，采用毛刷清洗轮夹带清洗水滚刷玻璃幕墙表面，洗涤易脱落的尘埃和其他污渍，然后喷头喷射清洗水到玻璃幕墙表面，冲洗毛刷清洗轮洗涤留在玻璃幕墙表面的剩余物和污渍，最后刮水胶片刮干净玻璃幕墙表面；通过摄像头观察被清洗的玻璃幕墙表面的干净程度，以利调节清洗操作方法，洗涤水和冲洗水可回收到水箱，过滤后再用。本课题完成后，将高空索降投送式玻璃幕墙自动清洗车在高层建筑玻璃幕墙清洗维护中推广应用，很好的克服了高层建筑玻璃幕墙“蜘蛛人”人工清洗：工作危险系数高，劳动强度大，工作效率低的弊端。它具有自动化程度高、工作效率高、安全可靠等优点，为实现高层建筑玻璃幕墙清洗维护走出了一条自动化和智能化的新路。

参考文献：

[1]王国庆，孟凡召.浅谈玻璃幕墙清洗机器人现状及发展趋势[J].机械装备研发,2020,(6):94-95

[2]李华泽.玻璃幕墙清洗机器人的简明设计[J].机电技术,2015,(8):38-40

[3]刘凌.玻璃幕墙清洗机器人攀爬部分结构研究[J].机械设计与制造工程,2018,47(1):46-49

谢静怡（1990-），女，汉族，广西兴业人，讲师，大学本科，主要从事汽车专业教师工作。

基金项目：广西高校中青年教师基础能力提升项目《高空索降投送式玻璃屏幕墙自动清洗车的研制》（2021KY1891）