创新SIT全自动可跨越障碍擦玻璃机器人分析

湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目申报表

国内外研究现状和发展动态

一、国内外现状

现在市场上已有自动擦玻璃机器人，但是仅限于研究阶段，还没有十分广泛的普及（比较受欢迎的是德国的“波妞”—使用真空吸附原理，单面吸附玻璃和Ecovacs公司的Winbot 窗七），Ecovacs公司在CES 2013展会上推出了一款自动擦玻璃机器人Winbot 7，Winbot擦窗机器人的真空封接技术帮助它紧紧贴合窗户，内置感应器能够避免它卡在窗户的边角，使其能按照预设路径自动沿玻璃表面移动，清洁每个角落[1]，你要做的仅仅是把配套的喷雾剂喷到机器的清洁垫上，然后打开电源就行了。为了防止意外的断电和掉落情况，Winbot 7还有一个备用电池，以保证机器的吸附能力。用户也可以通过遥控器来控制它[2]。

另一种擦玻璃机器人为悬臂式擦玻璃机器人，例如：PUMA560属于关节式的机器人，6个关节都是转动关节，前3个关节确定手方位[2]，如图3所示。

但是，这两种机器人均存在着一些问题，如下：

首先讨论吸附式自动擦玻璃机器人：

1.在该机器人的清洗面，由于无法自动清洗，所以导致如果不及时换洗清洗

布，则会导致清洗效率大大的降低。但是认为更换清洗布又会带来不必要的麻烦，比如安装细节没有注意导致了清洗布的脱落、因为残留水分过多导致机器损坏等等。

2.如图1、2所示，若采用真空吸附方式，需要一根相对较长的线来协助吸

附和运动，在家里面如果条件不够允许的话自动擦玻璃机器人就无法正常工作。

3.该机器人没有任何跨越装置只能擦单面玻璃，所以缺少了跨越装置，又会

产生了认为搬运，增加了窗外更换的危险性。

4.智能系统并没有把机器人的最终停止方位固定下来，同样在擦完玻璃以后

如果在窗外摘除机器人增加了危险性。

5.由于涉及到很多高科技的成分，该机器人的价钱在2000到6000不等，成

为了高消费品，成本的过高导致售价昂贵不受欢迎。

其次是悬臂式擦玻璃机器人：

1.有些人家的窗户外面并不具备固定条件，所以该机器人在这些家庭中就无

法应用。

2.悬臂式擦玻璃机器人只能擦到有限范围内的窗户，如需擦满还要更换位

置，这样同样增加了搬运的危险性。

以上就是两种机器人的不足之处。因为该项目主要研究吸附式擦玻璃机器人，所以对第二种机器人暂不涉及。对于第一种机器人，本项目主要研究跨越式问题，通过该项目的研究解决自动擦玻璃机器人不能跨越障碍的难题。另外在智能系统上本项目也会进行改良，具体是在路径规划上面，使其的擦玻璃效率更高。

随着近几年机器人在日常生活中的普及，自动擦玻璃机器人具有很好的市场前景。本项目通过完善自动擦玻璃机器人，使其能够在各种地方作业，真正实现自动化操作。

2、趋势

随着生活水平提高，同时因为社会科技的进步，自动化成为发展的主要方向，越来越多人倾向于家务机器人，因此擦玻璃机器人应运而生。它能擦玻璃里外表面，减少生活负担，同时减少擦外玻璃的危险性。

图5所示为攀爬式机器人机器人在国家大剧院真实环境下进行了作业。在建筑物导轨上设计安装了滑动导杆，利用它作为机器人在建筑物导轨之间运动的中介，从而避免机器人直接抓持建筑物导轨带来的不安全因素。机器人本体分为攀爬机构、移动机构、清洗机构、俯仰调节机构。机身由主框架和后箱体组成，总长约3m，宽lm，高0．5m，由轻质铝型材搭建而成，其它结构均以这两部分为载体。主框架与后箱体通过由高分子材料自制滑块形成滑动连接，攀升电机安装于主框架顶部，同步带活动端位于后箱体上，它带动同步带运动，从而后箱体相对框架前后移动。在机器人主框架前端左右两侧为前r插抓持机构，后箱体的左右两侧为后下插抓持机构，两组下插机构用于在攀爬时变替抓持滑动导杆。[3]

能源也是现在科技发展的一个很重要的部分，所以各个企业尽可能的降低机器的能耗，一个自动擦玻璃机器人仅需15V的电源。

在安全方面，真空吸附和磁铁吸附是该机器人的两大吸附方式。真空吸附需要装置相对复杂可是更稳定。而磁铁吸附设备简单可是吸附的效果相对较差。

项目的创新点和特色

创新点：本项目主要在有擦玻璃机器人上进行改进，实现可跨越玻璃间的横栏等阻碍，实现擦玻璃更加智能化，并且可擦拭高处玻璃和反面玻璃，降低危险性。

特色：（1）本项目改变以往的使用磁力吸附装置，采用最新的真空吸附装置，使玻璃厚度不在成为影响因素，并且实现跨越的可能

（2）本项目在原基础上增加跨越装置，实现整面玻璃擦拭，一概以往所需人为转换擦拭位置的弊端

（3）实现擦玻璃全自动化，人们可以在机器人擦玻璃期间舒适地享受生活。减低高空玻璃擦拭和反面玻璃擦拭的危险性。

项目的技术路线、进度安排及预期成果

1.技术路线

1、固定及安全装置（真空吸附装置）

真空吸盘采用了真空原理，即用真空负压来“吸附”工件以达到夹持工件的目的。如图所示：通气口与真空发生装置相接，当真空发生装置启动后，通气口通气，吸盘内部的空气被抽走，形成了压力为P2 的真空状态。此时，吸盘内部的空气压力低于吸盘外部的大气压力P1，即P2 < P1,工件在外部压力的作用下被吸起。吸盘内部的真空度越高，吸盘与工件之间贴的越紧。

本项目采用真空吸附方式，机器人利用了真空原理牢固的锁定在窗户上面，大大的提高了安全性能。并且携带了备用电源，如果电池耗尽就会启动备用电源和报警系统。

注：本表栏空不够可另附纸张