自动玻璃清洁器---项目研究总结报告

自动玻璃清洁器研究总结报告

项目组成员：******************* 指导教师：&&&&

专业年级：09级车辆工程专业

所在学院：机械与汽车工程学院

摘要

关于室外玻璃的清洁问题，一直令人头疼，清洁工的安全事故常有发生，作业环境苦不堪言。在

本文中，我们主要对自动玻璃清洁器的结构，原理进行研究分析，提出玻璃清洁器的整体设计方案。对清洁器的清洗系统，移动和吸附系统，控制系统等主要方面进行了比较详细的设计。

关键词：清洁器；真空吸附；高楼；自动控制。

一、设计背景及目的

目前来看，各类玻璃窗及玻璃墙在家庭、办公楼、酒店等得到了广泛的使用，但由于工作的繁忙、

生活节奏的不断加快，玻璃外窗的清洗越来越成为一大生活问题。最原始的外窗清洗方法就是手

拿湿毛巾爬上窗户将手伸出窗外进行擦洗。人们住在高楼大厦之中，频频发生因擦窗而坠楼身亡

的事件。为了安全问题，也为了改善住宅环境，人们迫切需要一个全自动擦洗的擦窗器。为此，在分析总结已有的产品的基础上，我们拟设计了一台全自动玻璃清洁器。可以帮助人们实现玻璃窗，玻璃墙的全自动擦洗工作，降低人们的劳动强度，减少了危险性，尤其是对处于高层建筑的

家庭或办公室。

二、工作原理及组成

根据玻璃清洁器清洗作业的要求，清洁器首先必须具备清洗作业功能和控制功能，此外玻璃清洁

器还必须在高层建筑表面进行吸附和移动，因此必须包括清洗系统，移动和吸附系统和控制系统

三大部分。

自动玻璃清洁器总体设计的三位实体模型如图2-1所示。

电动机

机架

齿轮齿条

滚刷

刮板

喷水管

吸盘

2.1主要组成

主要有机架，电动机，滚筒，齿轮齿条，真空发生器，吸盘，喷水管，刮板等等

2.2工作原理

通过机架体和齿条的往复相对运动，实现整个清洁器的间歇移动。由机架体或齿条末端的真空吸盘组，将装置固定吸附在玻璃面上。在自动玻璃清洁器的移动过程中，喷水管喷出高压水淋洗，电机驱动清洁滚刷刷洗，刮板进行刮洗，实现自动玻璃清洁器在竖直玻璃墙（或玻璃窗的）的自动清洁工作。

三、详细设计

3.1玻璃清洁器的清洗系统

为实现清洁器的自动清洁，清洗作业装置必须具有相当的自动化程度，显然传统的“抹布+清洗剂”的人工清洗作业方式是不合适的。为提高机器人清洗作业的效果和效率，我们采用了冲洗，刷洗，刮洗的联合作用的清洗作业方式。清洗作业流程如图3-1。

图3-1

首先，以高压水冲洗壁面，除去了玻璃壁面上附着力较小的污垢并浸润玻璃面

随后由滚筒刷刷洗玻璃面，利用滚刷鬓毛与玻璃面的摩擦力出去附着力较大的污垢，然后，由刮水板刮除残留的液滴，防止液滴水分蒸发后析出的矿物离子刮花壁面。

整个清洗作业装置包括冲洗装置，刷洗装置，刮洗装置。

针对玻璃面的不同污染程度，冲洗时，高压水中可以添加不同的清洗剂，实现对附着力较大的污物泡软和分化作用，以利于下一步的清洗作业

3.1.1冲洗装置

冲洗的水由外接水管提供，清水通过喷水管细小的孔高压喷出，淋洗玻璃壁面。冲洗机构结构图如图3-2

外接水管

喷水管

图3-2

3.1.2刷洗装置

滚刷内层筒壁为尼龙，在尼龙筒壁上穿刺猪鬓。尼龙筒壁一端装有轴头，连接电动机。

滚刷如图3-3

图3-3

滚刷用软硬交替穿制，可以在清洗壁面时，具有较大的机械作用力，滚刷依据鬓毛的变形越过障碍，鬓毛越长，越容易越过障碍，但也不能太长，减少清洁器工作的灵敏度。，鬓毛应对称滚筒中心，左旋和右旋对称穿制，可以起到引流的作用。

滚刷刷洗玻璃壁面过程如图3-4

图3-4

3.1.3刮洗装置

虽然污物通过清洗器的离解作用分散至清洗介质中，但是附着在玻璃表面的残留污液中仍然包含一定量的污物，如果不将残留污液清理干净，将造成壁面的二次污染，刮净装置的作用就是将残留物挂拭干净橡胶刮条的截面为斜楔状，横截面如图3-5

图3-5

3.2玻璃清洁器的移动和吸附系统

移动和吸附机构是清洗器的核心部分，要求机器人能够可靠爬行，灵活移动以及高效率清洗。因此，除了清洁器的需具备两个基本功能——吸附功能和移动功能外，还要求清洁器的越障性，轻量化，小型化和具有很高的爬行能力，并能够在壁面上实现自由移动，为了减轻清洁器的本体的重量，壳体采用轻质高强度的铝合金型材。

3.2.1移动机构

采用一种交叉型框架结构，主要能实现在Y方向上移动，当机体吸附固定在壁面上时，移动杆在Y方向上移动到极限，然后移动杆吸附固定在壁面上，机体的吸盘放松，电动机反转机体也沿Y 方向移动，如此重复，即可实现清洁器在玻璃壁面上的移动。清洁器移动方式图3-6

图3-6 移动机构几种运动状态

3.2.2吸附机构

清洁器要克服重力，主要依靠吸盘的吸力，吸附方式主要采用真空方式，真空系统一般由真空发生器，吸盘，真空阀及辅助元件组成。

3.2.3真空吸盘

吸附方式的主要方案由安装在机体和移动杆上的吸盘组构成

真空吸盘是真空系统中的执行元件，利用吸盘内形成负压来吸附玻璃壁面，柔软又有弹性的吸盘确保不会损坏玻璃壁面。吸盘选择波纹状吸盘，能适应不平，弧形以及倾斜的表面，耐热性能优异，其结构图如图3-7

图3-7

3.2.4真空发生器

与真空泵相比，真空发生器结构简单。无可动机械部件，使用寿命长，体积小，重量轻，安装使用方便，稳定可靠，瞬间开关特性好。另外这种类型风机重量很轻，每个风机仅有 1.2kg，可以直接安装在吸盘壳体上，从而减少管路损失的目的。图3-8为真空发生器实物，图3-9为真空发生器原理图。

图3-8真空发生器实物

图3-9真空发生器原理图

3.3电机驱动的选用与供能。

为保证总体结构重量轻，安装方便，选用微型电机为清洁器的驱动电机。自动玻璃清洁器的清洁刷和运动机构，均由电机驱动，兼顾电机的结构与性能，选用一款质量轻，功率相对较大的电机由外接电源供电，电源和水泵都在楼顶，通过电线接到机体上，电线和水管并联，同时可充当安全防护装置。