高层建筑自动擦窗机控制系统的研制
超高层建筑擦窗机设计浅析——以多案例数据分析与深圳平安中心设计为例
摘要：本文首先介绍了擦窗机的基本定义及分类，了解各类型擦窗机的设计原理及适用范围，再对19个高层及超高层建筑擦窗机设计案例进行统计研究，从建筑设计人员的角度通过建筑高度、屋顶形式、建筑立面及造型等方面的对比分析得出擦窗机在超高层建筑中的设计规则与方法，最后列举深圳平安金融中心擦窗机案例的分析来得出擦窗机在超高层中的设计过程与应用，使本文作者对超高层擦窗机设计有了初步认识并认识到擦窗机设计在未来的发展中将会应用广泛，建筑设计师必须在超高层建筑设计过程中与工程设备人员对此进行协调与规划。
关键词：擦窗机超高层建筑设计规则擦窗机是用于建筑物外墙的清洗、维护及装修等作业的常设专用设备，它需根据建筑物的高度、平面、立面、楼顶结构、空间及整体造型情况，设计不同结构型式的产品。
随着我国城市建设的不断发展，高层建筑物数量增加，及国家对城市的市容及环保要求越来越高，擦窗机设备已引起人们的高度重视。
由于擦窗机设备既要考虑其安全、经济、实用、方便，又要考虑到擦窗机安装后能与建筑物协调一致，不影响建筑物的美观，必须与建筑设计及施工密切相关，它属于跨专业的产品；同时擦窗机又是高空载人设备，因此对它的安全性和可靠性要求非常高，也属于高新技术含量的机电一体化的设备。
一.擦窗机定义1.《擦窗机GB19154-2003》中关于擦窗机的定义用于建筑物或构筑物窗户和外墙清洗、维修等作业的常设悬吊接近设备。
2.擦窗机是基于高空作业设备所发展起来的一种用于维护、清洗及等得用于高层建筑外墙立面及采光屋面等常设专用设备。
其基本组成部件包括吊船、台车、吊臂、起升机构、制动器、防撞杆、轨道等。
二.擦窗机分类1.按擦窗机行走结构形式主要分为根据不同的行走方式可将擦窗机大致分为轨道式、轮载式、插杆式、附墙滑车式、悬挂式、滑梯式和固定式等几种。
安装哪种形式主要取决于建筑物的造型和结构特点，如建筑物立面变化大小、屋面是否具备擦窗机的行走通道和空间、屋面结构能否承受擦窗机荷载及屋面坡度大小等。
一种高楼安全擦窗器的创新设计
一种高楼安全擦窗器的创新设计作者：周彩根来源：《价值工程》2013年第06期摘要：高楼安全擦窗器解决了高层建筑外侧窗户玻璃擦拭的安全性问题。
用铰接伸缩机构实现平面（即XY象限）内左右（即X轴向）自由度和偏转（X-Y）自由度的操作；用滑套和滑杆组合实现平面（即XY象限）内上下（即Y轴向）自由度的操作，同时施加垂直（即Z 轴向）压力或更换擦拭头。
Abstract： It solves the security issues in cleaning outside window glass of the high-rise building for the high-rise safety window cleaner. It uses hinged telescopic mechanism to realize the operation of plane （i.e.， XY quadrant） within the left and right （i.e. X axial direction） freedom degree and deflection （X-Y） freedom degree； uses the combination of sliding sleeve and slide bar to realize the operation of plane（i.e.， XY quadrant） within up and down （i.e. Y axial direction）freedom degree， while imposing vertical pressure（i.e.， Z axis） or replacing the wiping head.关键词：安全擦窗器；原理；结构；操作Key words： window cleaner；principle；structure；operation中图分类号：TU976+.42 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）06-0028-020 引言随着中国城市化进程的不断推进，特别是近年来房地产产业的蓬勃发展，城市的“高度”越来越高，大量人口告别普通住宅进入高层建筑居住，由此带来了生活方式的巨大变化。
擦窗机器人控制系统研究
Ｏ 引 言
随 着 城 市 建 设 的 发展 ，越 来 越 多 的 高 层 建 筑 出
现 在 大 都 市 中 。 高 大 建 筑 物 玻 璃 幕 墙 的 清洗 是 一 项 繁 重 而 危 险 的 工 作 。 人 工 进 行 高 层 建 筑 物 的 清 洗 不
器 人 ，它 能 够 在 平 面 、４ ５。 斜 面 和 ９ ０。垂 直 玻 璃
面 上 进 行 自主 运 动 和 清 洗 作 业 ， 适 用 工 作 高 度 约 ５ ｍ。机 器 人 能 完 成 玻璃 壁 面 上 的 自主 爬 行 、擦 洗 、 ０ 障碍 检 测 等 动 作 ；能 实 现 污 水 的 回 收 和 循 环 使 用 ；
具 备 机 器 人 负 荷 的卸 载 和 保 护 装 置 。玻 璃 幕 墙 清洗
Ａｂｓ ｒ ｃ ： Ｔｈｓｐａ ｅｒｉｔｏ ｃ ｅ ｋｎ ｆｇｌ ｓ ｗａ ｌ ｌ ｎｉｇ ｒ ｏ ｙ ｔ ｍ ｏｒ ｇ ｒ ｅ ｂｕｌｉ ｇ ． ｔａ ｔ ｉ ｐ ｒ ｄｕ ｅｓａ ｎ ｗ ｉｄ ｏ ａபைடு நூலகம் — ｌｃｅａ ｎ ｏｂ ｔｓ ｓｅ ｆ ｈ—ｉ ｉ ｎ ｓ ｎ ｈｉ ｓ ｄ Ｔｈｓ ｓ ｓ ｅ ｉ ａ ｏｏ ｓ ｆｉ ｈ ｅ ｉａｔ ． ｉ ｙ ｔ ｍ ｓ ｍ ｄｅ ｇ ｄ ｕ ｅ ｏ ｎ ｔ ｅ ｒ ａｌ ｉ ｚ ｏｎ Ｔｈｅ ｂｕｌ ｐ ａｎ ｈｅ ｗｏｒ ｉｇ ｐ ｏ ｅｓ ｆ ｉ ｄｕ ｄ ｔ ｋｎ ｒ ｃ ｓ ｏ
机 器 人 的设 计 中存 在 以下 问题 ： （） 于 处 于 高 空 进 行 清 洗 作 业 ， 求 整 个 系统 １由 要 具 有 较 高可 靠 性 和安 全 性 ；
仅 费 用 高 、 效率 低 ， 而且 十分 危 险 。 随 着 机 器 人 技 术 的 发 展 ，为 解 决 高 层 建 筑 玻 璃 幕 墙 的 清洗 问题 提
高空玻璃幕墙清洗机器人的研究与设计
3、清洗效果：经过多次实验验证，该清洗机器人可以在短时间内完成大面 积的玻璃清洗任务，且清洗效果干净整洁。同时，机器人的工作不会对玻璃幕墙 造成任何损伤，具有很高的安全性。
五、总结与展望
本次演示成功设计了一款高效、安全的高空玻璃幕墙清洗机器人，解决了人 工清洗方式效率低下和安全隐患等问题。该机器人具有自动适应环境、清洗效率 高、操作简单、成本低廉等优点，在未来的高空玻璃幕墙清洗市场中具有广泛的 应用前景。
四、研究成果
通过深入研究和实验验证，本次演示取得以下研究成果：
1、产品形态：清洗机器人采用智能遥控的方式，可以在工作人员的安全控 制下进行作业。此外，机器人还配备了高清摄像头和传感器，以便实时监测环境 变化和自身状态。
2、技术方案：采用双刷系统进行清洗，可以同时清洗玻璃的正反两面，提 高清洗效率。配合特有的真空吸附系统，使机器人在玻璃幕墙上来回移动更加稳 定。此外，引入人工智能技术，实现机器人的自动路径规划和避障功能。
展望未来，高空玻璃幕墙清洗机器人还有许多可以改进和完善的地方。首先， 可以在机器人的柔性机构和材料选择上做进一步的研究，提高机器人的抗风能力 和适应性。其次，可以引入更先进的传感器和控制系统，实现机器人的智能感知 和自主决策功能。最后，开展多元化应用场景的研究，将高空玻璃幕墙清洗机器 人应用于更多领域，如光伏板、建筑外墙等。
3、清洗效果：经过多次实验验证，该清洗机器人可以在短时间内完成大面 积的玻璃清洗任务，且清洗效果干净整洁。同时，机器人的工作不会对玻璃幕墙 造成任何损伤，具有很高的安全性。
五、总结与展望
本次演示成功设计了一款高效、安全的高空玻璃幕墙清洗机器人，解决了人 工清洗方式效率低下和安全隐患等问题。该机器人具有自动适应环境、清洗效率 高、操作简单、成本低廉等优点，在未来的高空玻璃幕墙清洗市场中具有广泛的 应用前景。
高层建筑擦窗机系统技术简介_(PDF上传)
高层建筑擦窗机系统技术简介}擦窗机是在高处作业吊篮基础上发展起来的产品。
国外发达国家的擦窗机产品发展较早，相继从60年代初就逐步形成了自己的产品系列。
我国在80～90年代新建的一批高层高档建筑，大部分是由国外建筑师设计，在建筑设计时已考虑了擦窗机的安装，均选用了国外的擦窗机产品。
}1995年左右，国内开始进入兴建高层建筑热潮，国内专业擦窗机公司也相继发展起来。
2003年，我国已颁布了GB19154—2003《擦窗机》国家标准。
北京、上海、广州等大城市中的高档建筑，大部分都安装了擦窗机设备。
}擦窗机用于建筑物窗户和外墙清洗、维修等作业时选用的悬吊接近设备，有屋面轨道式、悬挂轨道式、插杆式等安装方式。
}擦窗机的设计荷载包括整机自重、额定载重量和风荷载。
}根据建筑物的高度、立面及楼顶结构设计不同结构型式的擦窗机设备。
}擦窗机需根据建筑物的高度、立面及楼顶结构、空间情况，设计不同结构型式的设备，既要考虑其安全、经济、实用、方便、又要考虑到擦窗机安装后能与建筑物协调一致，不影响建筑物的美观}吊篮升降机构（卷扬设计，德国SEW专用制动电机）}工作吊篮（有效工作荷载：250 kg ）}提升（卷扬）系统（钢丝绳的承载安全系数≥10倍，钢丝绳内需设置传导控制信号用的、带有绝缘层的铜芯）}轨道屋顶台车}吊臂}操作控制}安全保护装置}擦窗机路轨系统}一、水平轨道式l1.轨道沿楼顶屋面布置，设备可沿轨道自由行走，完成不同立面的作业。
l2.具有行走平稳、就位准确，使用方便、自动化程度高等特点}二、附墙轨道式l1.轨道沿楼顶女儿墙布置，设备可沿轨道自由行走，完成不同立面的作业。
l2.具有行走平稳、就位准确，使用方便、自动化程度高等特点}三、轮载式l1.屋面行走通道沿楼顶女儿墙布置，设备可沿通道自由行走，完成不同立面的作业。
l2.具有行走平稳、就位准确，使用方便、自动化程度高等特点。
}四、插杆式l1.插杆基座沿楼顶女儿墙或女儿墙内侧屋面布置。
高层建筑擦玻璃自动系统设计研究
高层建筑擦玻璃自动系统设计研究摘要：文章基于高层建筑物的玻璃清洁作业要求，提出一种高层建筑自动擦玻璃系统，利用双轴步进电机控制器实现擦拭装置的轨迹控制，通过编程可实现不同擦玻璃模式，并采用仿人擦拭规划轨迹，适应多种擦窗需要，能实现反复多次清洗和清洁液回收功能。
通过初步试验分析，得到了良好的玻璃清洁效果，实现了玻璃擦拭系统沿玻璃二维平面进行全方位作业，为高层建筑物玻璃擦拭结构设计和控制策略提供了依据，实用前景良好。
关键词：高层建筑；自动擦玻璃；结构设计；自动控制；喷水作业前言由于高空作业的风险性，增加了建筑物玻璃擦拭的成本[1-2]，甚至一些国家出台了禁止四层以上玻璃幕墙人工擦洗的规定。
因此，改变传统的人工作业方式，运用新技术进行高层建筑物的清洁成为目前研究的热点。
作为一种全新的自动清洁装置，高层建筑自动擦玻璃系统具有自动擦洗建筑物外部玻璃、价格低廉、效率高等优点[3]。
目前，国内外广泛采用的擦玻璃机器人存在两个技术瓶颈：一是玻璃擦拭清洁度低；二是擦玻璃机器人的载重量较低，不能装载较多清洁剂和水[4-6]。
本文提出一种高层建筑自动擦玻璃系统，可根据实际需要对步进电机控制器进行编程设定不同的擦拭路径，该系统具有安装方便，操作简单的优点，具有良好的市场推广价值和应用价值。
1系统工作原理系统采用框架式结构，两条擦拭臂由滚珠丝杠在x轴和y轴方向正交构成，每条擦拭臂末端连接57步进电机，通过滚珠丝杠的特殊结构，将步进电机动力输出轴的转动运动转变为沿擦拭臂的直线行走运动，对二维玻璃平面的各点位置进行覆盖，实现建筑物玻璃的擦拭工作。
并在擦拭臂上部搭载水箱，内装水与清洁剂的混合物，在工作之前首先由水泵将水箱内液体泵出，喷淋到玻璃表面，再由擦拭装置进行擦洗作业，自动擦玻璃系统整体结构图如图1所示。
2系统关键模块2.1擦洗模块作为该系统的核心模块，擦洗效果的优劣决定了整机的质量，因此，擦洗模块采用喷水―擦拭―喷清洁液―擦拭的二次清洁作业方式，首先对玻璃表面喷水，然后启动擦拭电机进行擦拭作业，这一步骤的主要目的是将玻璃表面整体润湿，初步清洁表面的浮尘和附着物等；再进行喷清洁液的操作，该步骤为主要擦拭环节，擦拭完毕后，结束该位置玻璃的清洁作业。
基于蓝牙的无死角双向自动擦窗机
基于蓝牙的无死角双向自动擦窗机【摘要】现代生活中，高楼大厦的窗户清洁一直是一个难题。
针对这一问题，一种基于蓝牙技术的无死角双向自动擦窗机应运而生。
本文首先介绍了擦窗机的背景和研究意义，然后详细阐述了其技术原理、系统设计以及蓝牙连接的关键性。
随后对擦窗机的擦窗效果和安全性进行了分析和讨论。
在文章探讨了该擦窗机在未来的应用前景和发展方向，展示了其在提高工作效率和保障安全的重要意义。
这种基于蓝牙的无死角双向自动擦窗机为城市高楼清洁提供了新的解决方案，为现代化建筑维护保养带来了新的可能性。
【关键词】蓝牙，无死角双向自动擦窗机，技术原理，系统设计，蓝牙连接，擦窗效果，安全性，应用前景，发展方向1. 引言1.1 背景介绍现代高楼大厦大多采用玻璃幕墙作为外墙材料，这种设计不仅美观大方，还能增加建筑采光效果。
随着建筑高度的增加，如何有效地清洁和保养这些玻璃幕墙成了一个挑战。
传统的擦窗工作需要工人在高空作业，存在着一定的风险，而且效率并不高。
研发一种基于蓝牙技术的无死角双向自动擦窗机显得尤为重要。
基于蓝牙技术的无死角双向自动擦窗机能够实现高效、安全的擦窗作业，将大大提升擦窗工作的效率和质量。
该机器拥有先进的技术原理和系统设计，通过蓝牙连接可以实现远程控制，轻松操控机器在玻璃幕墙上的移动和操作。
该机器设计精巧，不仅可以保证擦窗效果的完美，还具有很高的安全性，可以避免工人高空作业带来的风险。
在现代城市建设中，基于蓝牙的无死角双向自动擦窗机有着广阔的应用前景，将大大提升城市高楼建筑的维护和管理效率。
未来，随着技术的不断发展，该机器还有着更多的发展方向和潜力，可以为城市建设和维护带来更多的便利和安全保障。
1.2 研究意义自动擦窗机是一种智能家居设备，可以帮助人们省时省力地清洁窗户，尤其是高层建筑的窗户。
基于蓝牙的无死角双向自动擦窗机具有诸多优势，如操作简便、高效快捷、安全可靠等。
研究和开发这种设备具有重要的意义。
基于蓝牙的无死角双向自动擦窗机可以提高人们的生活品质。
高层建筑擦窗机的选型与建筑设计要求
高层建筑擦窗机的选型与建筑设计要求一：一.选型1.1 擦窗机的基本构造要素擦窗机是用于高层建筑擦窗清洁的专用设备，其基本构造要素包括悬臂、升降机构、清洁装置等。
在选型时，应考虑建筑物的高度、窗户类型、擦窗机的负载能力等因素。
1.2 擦窗机的悬臂长度悬臂长度是擦窗机选型的重要参数。
它应根据建筑物的高度、窗户的位置和形状来确定。
较高的建筑通常需要更长的悬臂来保证擦窗机的稳定性和作业范围。
1.3 擦窗机的升降机构类型擦窗机的升降机构可以选择钢丝绳驱动、液压驱动或电动驱动等不同类型。
根据建筑物的特点和擦窗机的需求，选择适合的升降机构类型，以确保擦窗机的升降平稳、安全可靠。
二.建筑设计要求2.1 窗户开口尺寸在设计高层建筑时，应考虑擦窗机的进出窗户的需要。
窗户开口尺寸应足够大，以便擦窗机顺利进出，同时保证操作人员的安全。
2.2 窗户结构强度窗户的结构强度对悬挂式擦窗机的使用至关重要。
窗户应能承受擦窗机的载荷，并保持稳定。
在设计窗户时，应考虑擦窗机的重量、振动以及风压等因素，以确保窗户具备足够的结构强度。
2.3 安全设施为了确保擦窗机的使用安全，建筑设计中还应考虑安全设施的设置。
例如，设立避雷针和防护栏、设置紧急停机装置等，以应对突发状况和保护操作人员的安全。
附件：1. 擦窗机选型表格2. 窗户结构强度计算表3. 安全设施布置图法律名词及注释：1. 擦窗机：专门用于高层建筑擦窗清洁的设备。
2. 悬臂：擦窗机中用于支撑清洁装置的部分。
3. 升降机构：擦窗机中用于控制升降移动的装置。
4. 窗户开口尺寸：窗户的有效开启面积尺寸。
5. 结构强度：指窗户材料和结构所能承受的力学应力。
二：一.选型1.1 擦窗机的基本分类擦窗机按功能和结构可分为单臂悬挂式擦窗机、平行移动式擦窗机、登高式擦窗机等多种类型。
在选型时，应根据具体的建筑要求和擦窗机的使用范围选择合适的类型。
1.2 擦窗机的工作原理擦窗机的工作原理可分为机械式、电动式和液压式等多种类型。
关于擦窗机自动化的探讨
关于擦窗机自动化的探讨发布时间：2021-09-08T01:43:42.471Z 来源：《工程管理前沿》2021年5月13期第7卷作者：许乾[导读] 对于当今建筑业来说，建筑维护设备基本成了高层建筑的标配。
许乾江苏博宇建筑工程设备科技有限公司摘要：对于当今建筑业来说，建筑维护设备基本成了高层建筑的标配。
其中占据最主要地位的就是擦窗机。
但是传统擦窗机仍然无法摆脱对人的需求。
仍旧需要操作人员进去到工作平台来完成相关工作。
本文就目前擦窗机的相关功能探讨其自动化改造的方向，为未来的擦窗机革新之路探明方向。
关键词：建筑维护；擦窗机；自动化引言：随着时代的进步，建筑维护工作已经从大量使用“蜘蛛人”演变为自动化设备代替人工来工作。
擦窗机也是如此，设备的行走、转向、变幅、升降都已经不需要人工去完成，同时设立了辅助吊钩，因此玻璃更换也不需要人工起吊。
但是由于高空作业的复杂性，危险性。
关于擦窗机工作无人化的呼声也是越来越高。
因此，在擦窗机自动化是非常有必要的。
1、自动化发展的技术基础1.1、对于需求的总结说到需求，作为企业首先考虑的是市场需求。
在如今的建筑业高层幕墙已经不是什么新鲜事了，但是幕墙维护的高风险低效率确实行业的难言之隐。
擦窗机往往只是幕墙维护的最后手段而不是常规手段。
主要还是因为其需要载人才能完成相关的工作。
如果无需载人那就降低了分析，同时使用条件也降低了，市场需求就能有明显改善。
技术需求作为行业门槛确实需要一定经费和人员的投入，就目前行业来看，技术人员的需求也是非常迫切的，小众行业的发展势必避不开一些先行者的抛头颅洒热血，也需要政府和企业的大量支持。
1.2、对相关配套的总结机械自动化早就不是什么新鲜事了。
其他行业的自动化蓬勃发展也带动了相关配套的成熟和运用。
擦窗机自动化配套完成可以从借鉴入手，送旁系的起重，物联网，云平台行业借鉴有用案例，配置相关配件。
从而减少相关专业配套的研发和生产。
从目前的大环境来看，这几年正是发展自动化改造的最好时机。
超高层商业楼玻璃幕墙擦窗机工程技术方案(卷扬型)
超高层商业楼玻璃幕墙擦窗机工程技术方案（卷扬型）XX建筑科学研究院北京XX擦窗机械技术公司项目名称（PROJECT NAME）： XXX大厦工程项目编号（PROJECT NO.）： CABR/gz18方案名称（SCHEDULE NAME）： XXX大厦擦窗机工程技术方案方案编号（SCHEDULE NO.）： CABR/BMU/2006/11/30/GZ18提交单位（SENDED BY）：北京XX擦窗机械技术公司提交日期（DATE）： 2006年11月30日公司经济性质：国有全民所有制XXX大厦为高层建筑；外墙部分包含大面积玻璃幕墙、铝板，为大厦玻璃幕墙的日常维护，《幕墙建筑规范》中规定应设置擦窗机设备。
北京XX擦窗机械技术公司研制生产的擦窗机设备为国家建设部重点推广的项目（详见附件证书），为业主设计擦窗机系统具备以下三大功能：1、建筑物外墙的维修、装饰、安装玻璃幕墙等；2、建筑物外墙防水的检修；3、建筑物进行定期保洁，维修，可以使建筑物的外观保持整洁并风貌常新。
方案总则我司在本着‘安全可靠，经济方便’的原则，对XXX大厦擦窗机作出如下设计：第一项、清洗及维护作业范围及方式本方案的设备配置能完成下述立面的所有外墙清洗及维护作业：1、屋面女儿墙标高（+165.200）以下所有幕墙、铝板、石材清洗、维护、装饰等用途；清洗范围参见附图“平面擦窗机设备及轨道布置图”及“剖面擦窗机工作示意图。
2、CDG250卷扬式擦窗机为电动控制式，自动化程度高；此设备可完成主塔楼的所用幕墙的清洗及维护。
3、裙楼采用CDH250附墙滑车式擦窗机，其工作方式为手动式，所有滑车式擦窗机共用一台ZLD400电动工作吊船。
第二项、规范及标准上述设备及安装质量将依据下述标准规范并完全满足：中华人民共和国《擦窗机》、《擦窗机安全规则》（暂无编号）中华人民共和国JGJ102-96《玻璃幕墙工程技术规范》英国BS6037-1992(尤其指进口吊船产品)中华人民共和国JG/T5032-34高处作业吊篮系列标准第三项、约定1、XXX大厦工程工期，北京XX擦窗机械技术公司将严格按照业主要求的施工进度按时完成，积极配合其它分包及业主要求的总体完工期。
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Ξ 收稿日期
机器人
年月
图 自动擦窗机机构
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图 自动擦窗机控制系统 ∏
212 自动擦窗机控制系统结构 随着机器人控制技术的发展 开发/ 具有开放式
觉在自动擦窗机中的应用
关键词 自动擦窗机 控制系统 ° ≤ 机器人视觉
中图分类号 × °
文献标识码
ΧΟΝΤΡ ΟΛ ΣΨΣΤΕ Μ Δ Ε ΣΙΓ Ν ΟΦ ΙΝΤΕ ΛΛΙΓ Ε ΝΤ Ω ΙΝΔ ΟΩ ΧΛΕ ΑΝΙΝΓ Ρ ΟΒΟΤ
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Ρ οβοτ Ρ εαχη Ι νστιτυτε Β ειϕινγ Υ νιϖερσιτψ οφ Α εροναυτιχσ ανδ Α στρБайду номын сангаасναυτιχσ Β ειϕινγ
Αβστραχτ ×
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Κ εψωορδσ ∏
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1 引言 Ιντροδυχτιον
随着社会经济的发展 越来越多的高层建筑屹 立于各大城市 高层建筑玻璃幕墙的清洗是一项繁 重而且危险的任务 传统的人工清洗方式不仅费用 昂贵 而且清洗效率低!作业十分危险 目前 有些国 家或地方已有立法禁止对四层以上的玻璃幕墙采用 人工清洗 随着机器人技术的发展 给高层建筑玻璃 幕墙的清洗带来了一种新的思路 本文基于 °≤ 和 ° ≤ 运动控制器 介绍了一种吊篮式自动擦窗机 控制系统的设计和实现 同时 在文章结束还介绍了 机器人视觉在自动擦窗机定位系统中的应用
理
参数设置 自动擦窗机可以根据不同对象采
用不同方式进行擦洗 因此要求监控软件可以使用 户方便的对不同参数进行修改 如擦窗机的运动参 数 擦洗速度! 擦洗次数等 和擦洗对象的几何尺寸
玻璃面的宽!高等数据 313 通讯系统的软件设计
自动擦窗机的通讯部分的软件设计思想采用了 工业现场控制中典型的/ 三层0思想 即将整个通讯 过程分成物理层!数据链路层和应用层三个层 层与 层之间采用简单的接口 低的层向较高的层提供服 务 其中物理层主要依靠硬件来解决 数据链路层主 要解决数据的可靠传送 其中包括通讯握手方式!数 据帧的校验等 应用层主要向用户供通讯服务
答帧 ≤ 后则认为发送成功 如果在设定时间内没
有收到应答帧 ≤ 或收到否定应答帧
则重
机器人
年月
新发送该数据帧 如此反复 次 如果 次均没有收 到应答帧 ≤ 上位机则认为发送数据帧失败
至此命令被成功发送 完成一次通讯过程 3 4 拟人化擦洗方式的路径规划
智能化擦窗机的主要特点之一是采用拟人化的 擦洗方式 对于擦窗机来说 评价其性能的主要方面 之一是它的擦洗效率和擦洗效果 即擦净程度 擦 洗效率可以用平方米Ù单位时间来衡量 擦洗效果目 前还没有统一的衡量指标 但总的来说要看玻璃面 的光洁程度和窗框的干净程度 图 所示为擦洗玻 璃窗左半部分的擦洗路径
面还要求具有良好的容错能力 这样即使操作人员
发生误操作时 监控程序能够根据擦窗机的反馈信
息判断指令是否发送 从而防止发生危险 保证系统
安全!可靠
调试界面 主要面向开发人员和维护人员
调试界面提供了有关擦窗机的所有动作指令 这样
维护人员在维修擦窗机时可以方便的对每一部分进
行检测 调试界面要求内容详细!全面 内容组织合
结构的模块化!标准化机器人控制器0是当前机器人 控制器的一个发展方向 现代机器人控制系统要求 做到具有开放性结构 合理的模块化设计 有效的任 务划分 实时性!多任务 基本的网络通讯功能和形 象直观的人机接口
高层建筑自动擦窗机采用工业 °≤ 为主控计算 机 利用 ⁄ × ∏公司的 轴运动控制器 ° ≤ 2
据擦窗机控制系统通讯功能的简单性和可靠性要
求 必须采用一套合理的通讯协议 利用以上设计思
想可以保证自动擦窗机控制系统的通讯能够快速!
可靠的进行
自动擦窗机控制系统的软件设计应包含以下四
点设计思想
控制系统模块化
控制系统的容错性和智能性
控制系统的可扩展性
通讯系统的分层结构
311 主控程序设计
主控程序主要任务是负责对主控计算机下层站
由于自动擦窗机工作于事先未知的工作环境 必须有完备的检测系统来实现对环境变化的识别和
图 擦窗机在进行擦洗作业
ƒ
•
自身状态的判定 为机器人的动作提供必要的信息 从而使机器人能够适应环境的变化 保证其安全!可 靠的完成擦洗作业
对于高层建筑自动擦窗机 每移动到一块清洗 单元时 擦窗机与该单元的相对位姿以及该单元的 几何尺寸都是未知的 如何准确而可靠的检测机器 人相对于清洗单元的位姿和清洗单元的几何尺寸是 高层建筑自动擦窗机的一项关键技术 也是控制系 统的难点所在 利用现有的机器人视觉技术 可以很 好的解决这个问题 图 所示为摄像机模型 坐标系
构造了一个开放性的擦窗机控制系统 如图 所示为高层建筑自动擦窗机的控制系统框图
控制系统中 ° ≤ 运动控制器完成机器人的 位置控制 ° ≤ 安装在 °≤ 的扩展槽中 主机 °≤ 通过 ≥ 总线和 ° ≤ 进行信息交换 ° ≤ 的编程 口 为 ≥ 标 准 因 此 °≤ 的 串 口 ≥ 通 过
≥ Ù ≥ 转换器变换成 ≥ 后连接到 ° ≤ ° ≤ 主要控制吸附机构的伸缩和吸附以及污水处理 等任务 监控计算机放在楼顶上 主要用来监控机器 人状态和发送操作命令 为解决长距离传输 监控计 算机和主机之间通过 ≥ 连接 ≤ ≤ ⁄ 的图像信号 直接由主控机 °≤ 扩展槽内的图像采集卡采集供主 控机使用 213 ΠΜ ΑΧ 运动控制器
3 自动擦窗机控制系统软件设计 Σοφτωαρε
δεσιγ ν οφ αυτομ ατιχ χλεανινγ ροβοτ
χοντρολ σψστεμ
自动擦窗机的工作过程主要包括准备阶段! 吊 篮移动阶段!吊篮固定阶段!机器人定位阶段! 擦洗 阶段和复位阶段等六个阶段 利用模块化设计思想 将各个阶段进行必要的封装 各阶段之间只提供简 单明确的接口将能够提高自动擦窗机的工作可靠 性 同时 由于高层建筑自动擦窗机的某些动作要求 高度可靠 从硬件上考虑采用集散结构 利用可靠性 很高的 ° ≤ 进行单独控制外 控制软件还应该考虑
秒 如果上位机在设定时间内没有收到应答帧
≤ 则重新发送请求帧 ∞ ± 如果重复 次后均 没有收到应答帧 ≤ 上位机就认为握手失败 无
法进行通讯
第二步 发命令帧 握手成功后 上位机发送命
令帧同时等待一段时间 下位机收到数据帧后进行
和校验 如果和校验正确则返回应答帧 ≤ 如果
和校验不正确则返回否定应答
上位机收到应
° ≤ 运动控制器可以根据给定点自动进 行圆弧和样条曲线插补运算
° ≤ 引进了开放式系统的概念 用户可以 更方便的利用 ° ≤ 控制器构造自己的控制系统
总之 自动擦窗机控制系统是以 ° ≤ 运动控 制器为基础 利用计算机总线技术构造的一个开放 性的控制系统 该系统包括机器人运动控制 辅助动 作控制 环境信息检测与处理以及实时监控等四个 部分
体任务在站 和站 之间进行分配和调度 同时协
调各站之间的关系
312 监控程序
设计
监控计算机的主要任务是给机器人发送一系列
的动作指令 同时对机器人的状态进行实时监控 在
机器人发生危险时提示工作人员对其进行必要干
预 监控软件主要有以下一些功能
工作台 主要面向操作人员 工作台要求简
单!明了 状态信息能够直接得到反映 同时 工作界
对于位置控制系统 选择一块功能完善 开放性 好 可靠性高的控制器是十分关键的 ° ≤ 运动控 制器基本能够满足要求 具体的说 ° ≤ 运动控制 器有以下优点
采用 ⁄≥° 处理技术 具有快速的数据处理能 力 能够实现复杂轨迹的插补运算 能够真正实现多 轴联动
° ≤ 运动控制器本身具有 ° ⁄!阶式位置 伺服环滤波器等控制算法 能够满足擦窗机的位置 控制要求
第 卷第 期 年月
文章编号
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机器人 ΡΟΒΟΤ
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高层建筑自动擦窗机控制系统的研制Ξ
汪 勇 李大寨 宗光华
北京航空航天大学机器人研究所
摘 要 本文介绍了一种新的玻璃幕墙清洗机即自动擦窗机系统 文章以 ° ≤ 运动控制器的应用为背景
对高层建筑自动擦窗机的控制系统原理!体系结构以及软件设计进行了详细论述 在文章最后着重讨论了机器人视
下面将以一个典型应用即发命令帧来详细叙述 自动擦窗机的通讯过程 如图 所示为发监控指令 的流程图
图 发监控命令流程图
ƒ
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第一步 握手 上位机发送请求帧 ∞ ± 并等待 一段时间 下位如果收到请求帧 ∞ ± 后返回应答帧
≤ 上位机在等待时间内收到应答帧 ≤ 则握 手成功 进入通讯过程的第二步 一般等待时间设为
一般来说 影响擦窗机擦洗效率的主要因素是 动作重复时间 即重复时间越少其效率越高 采用拟 人化的擦洗方式可以一次擦完整个玻璃面 节省了 收放刷子和开关水阀的时间 而且还避免了往返运 动所消耗的时间 因此最大程度上提高了擦洗效率 实验表明 采用该种方式后 自动擦窗机的最大擦洗
效率可以达到 平方米Ù分钟 同样 采用拟人化 的擦洗方式可以提高擦窗机的擦洗效果 拟人化擦 洗方式是仿照清洁工人的清洗方式进行的 即完全 模仿清洗工人在擦洗玻璃窗时的擦洗路径和擦洗动 作 采用拟人化的擦洗方式不仅能够擦净玻璃表面 而且能够刮净窗框折角处的污渍 因此它的擦洗效 果是一般擦窗机所无法比拟的 图中窗框与端点轨 迹重合 表明采用拟人化擦洗方式可以很好的擦净 窗框折角处的污渍 利用线性插补 我们可以给出拟 人化擦洗路径的数学模型 如图 整个轨迹由三种运 动情况组成 即直线段 过度段和曲线段 每种运动 均由 Ξ 直线位移 Ψ 直线位移和刷子 Ω 的转动位移 组成 轨迹中机器人末端刷子的位姿坐标用 Πι ξ ψ Η 表示 采用线性直线插补方式可以写出 Πι ξ ι ψι Ηι 限于篇幅 此处不再讨论 图 为自动擦窗机 根据拟人化擦洗路径在进行擦洗作业