【《高楼外墙机器人的国内外分析现状文献综述》4300字】

高楼外墙机器人的国内外研究现状文献综述1.1高楼外墙清洗机器人总体方案设计情况在韩云飞，玻璃幕墙清洗机器人的设计与研究一文中，机器人的总体设计方案是由机器人机械本身和悬吊系统组成，机器人的移动是两者相互配合来完成的，垂直方向上的运动不依赖绳索的运动，靠机器人本体的运动来实现；横向的运动则依靠滑轨来实现。绳索的张紧、机器人与避免的距离都是依靠悬吊装置来实现。在贾娟娟、辛瑞媛、万宏强、张伟超、钟文瀚，绳牵引式玻璃幕墙清洗机器人设计一文中机器人的总体设计方案由车身、动力系统、PLC系统组成。机器人的垂直水平移动都依靠的是楼顶的卷扬机，牵引布局示意如下图。机器人清洁所用的水箱放置在楼顶，依靠泵来抽水清洗。图1.1牵引布局示意图在张子博、刘荣、杨慧轩，用于玻璃幕墙清洗的爬壁机器人的研制一文中，机器人的尾部与绳索相连，绳索的另外一端则和楼顶相连，或者是从高楼的某个窗口延伸出来。机器人运动方向是从上至下，到达最低端之后在从下至上运动。清洁工作中，楼底会有工人进行实时操作，因为机器人上装有摄像装置，工人可以随时通过手机实时观看传回来的录像来判断玻璃的洁净状况，这样可提高清洁墙壁的效率。图1.2总体方案示意图M.V.V.Kumar，C.R.Rajashekhar和G.K.Dayananda在Studiesoncosteffectiveglasswallcleaningrobot一文中则提出了一种更简单的壁面清理机器人，他们通过降低攀爬机构的成本，利用便携式索具进行壁面清洁。它可以节省70-80％的劳动力，并可以清洁带有窗框的建筑物表面。单片机控制喷水频率，从而减少水的浪费。与其他机器人相比，该机器人清洁速度更快（每小时278平方米）。并且更加创新的一点是只需稍作改动，该机器人也可用于地板清洁。在钱志源、刘仁强、赵言正、付庄，一种壁面牵引移动式玻璃幕墙清洗机器人一文他们设计的机器人行走机构则直接被取消了，机器人在楼顶的悬吊装置的控制下全靠自身重力来实现垂直运动，机器人与墙壁的距离则依靠吸盘的交替工作来调整。1.2高楼外墙清洗机器人攀爬和吸附方式研究情况在周倪敏、刘超峰、刘杰、方彤、董成、张航，我国智能外墙清洁机器人发展及应用一文中指出，由于城市化进展的飞速发展，形状各异的高层建筑屡见不鲜，各种高楼的建筑风格千奇百怪，由此高楼外墙清洁机器人带来的挑战是，机器人需要具备良好的越障技术和攀爬能力。就目前而言，攀爬能力主要分为依赖绳索牵引辅助攀爬和机器人自主攀爬。要提高越障能力则较为复杂，因为高楼与高楼之间的建筑风格会相差很多，所以机器人的工作环境并不是一成不变的，而是复杂多样的，因此机器人需要借助视觉图像处理、传感技术等等能力来检测障碍。HouxiangZhang,JianweiZhang和GuanghuaZong在RequirementsofGlassCleaninganddevelopmentofClimbingRobotSystems一文中指出目前在光滑垂直表面上运动结构有多腿结构、滑架结构、轮式结构和链轮结构。攀爬机器人使用的吸附原理也有四种不同:1、真空吸盘;2利用负压力;3螺旋桨推力;4把握触手。他们也说道由于多腿机器人的自由度很大，其运动学过于复杂。目前常用的吸盘、抓手等附着在建筑物上的机器人不满足小型化和低复杂性的要求。而且一些攀爬机器人已经被开发出来，可以在复杂的墙面上移动。著名的机器人ROMA是一种多功能的自支撑攀爬机器人。它可以在复杂的金属环境中行走，但是一般来说，这类机器人的构造和控制非常复杂，不能提供墙体清扫机器人所要求的高效率和简单的操作。在王妹婷，壁面自动清洗机器人关键技术研究一文中，学者总结了各种移动方式的优缺点。车轮式控制灵活方便、移动速度快，但是越障能力差；履带式机构适应性强、承载力大，但是结构复杂、控制困难；腿足式机构能够适应不同形状的壁面、乐章能力能强，但是效率低；框架式机构控制简单、结构简单，但是体积大、运动不连续。G.Wu,L.Zhang,H.Zhang和B.Zhang,在ResearchonDesignofGlassWallCleaningRobot一文中，他们为了实现机器人与幕墙的紧密吸附，吸附装置采用了吸盘和真空泵的复合结构。由于吸盘的滑动摩擦力不大，密封效果好，吸附装置采用两个子吸盘结构，每个带一个吸盘，由各自的阀门控制，当任何一个子吸盘泄漏时，可以及时调节阀门以控制负压值，并可以利用吸盘的弹性变形来适应不平整的表面，确保吸盘和墙体可靠密封。T.Anand，S.K.Kushwaha，S.E.Roslin和N.M.Nandhitha在FluxcontrolledBLDCmotorforautomatedglasscleaningrobot一文中提出使用带有螺旋桨的鼓风机产生真空，帮助机器人利用真空产生的吸力来吸附玻璃幕墙。机器人的运动将和吸力的产生同时进行。他们设计中使用了两个鼓风机，因为通过风扇吸引周围空气，而残留的空气可以通过管道排出，这会导致在风扇区域周围缺乏空气压力。一起使用两个鼓风机就可以有效解决这个问题。在谭宇、莫亚武、王俊、杨涛、高立婷、黄淑新，高空玻璃清洗机器人的研究一文他为了在经济性和吸盘吸附可靠性中找到了一条相对平衡的解决方法，大致方法就是履带轮的真空吸盘要受到位置感应器以及PLC的双重控制，吸盘与幕墙接触时，位置感应器会收到信号，并将信号传递给PLC，PLC再决定吸盘是否工作。这样做的好处是只有吸盘接触墙壁才会工作，而不是以往的吸盘一直无差别工作，这在一定程度上提高了经济性。1.3高楼外墙清洗机器人清洁方式的研究情况在黄天柱，轮式玻璃幕墙清洗机器人整体结构设计与运动性能分析一文中，学者明确指出，清洁单元是机器人最为关键的一个单元，它直接决定了机器人的清洁效率以及清洁的质量。并且说明了现在的清洁技术主要分为三类，分别是物理机械清洁、化学试剂清洁以及利用微生物清洁。而微生物清洁在机器人中很难应用，所以大部分清洁机器人都采用了物理清洁和化学清洁相结合的清洁方式。而物理清洗也分为了很多类，比如使用机械力清洗、使用具有高压力的清水清洗、利用激光技术清洗和利用超声波技术清洗。其中机械力清洁结构非常简单；利用高压力的清水清洁清洁的效率非常好，但是免不了浪费；而利用激光技术清洁对与技术要求很高，控制起来也很复杂，应用于高楼外墙也属于大材小用；而超声波清洁技术的清洁效率也很高，但是其最大的缺点是噪音很大。在唐雯珍，玻璃幕墙清洁机器人机械系统设计及作业过程研究一文中，学者设计了二合一的清洁系统，机器人有滚刷和刷盘两种清洁运动方式，并且和高度和角度都是可以调节的雾化喷头相结合。雾化喷头产生化学试剂的雾化水在幕墙上，然后滚刷和刷盘进行情节运动，滚刷和刷盘可以调节安装位置，因此可以全覆盖玻璃。这种物理清洁和化学清洁相结合的清洁方式其实是机器人最为常用的清洁方式。在唐建祥.高楼壁面清洗机器人的研究与设计一文，学者则使用了具有高压力的清水进行清洁，高压水枪喷出的水会让污垢脱离幕墙，之后再使用刮板和滚刷进行处理，为了避免幕墙上有太多的污水，学者还设计了污水箱，刮板会把污水挂到污水箱中，而且污水箱中的水是可以重复多次利用的，这在一定程度也缓解了浪费资源的问题。并且高压水枪喷出的水并不一定为清水，也可以混杂化学试剂，这样会使清洁的效率变得更高。这在本质上也是物理清洁和化学清洁相结合的一种清洁方式，但此机器人比较显著的特点就是有一套水重复使用的装置，这也响应了国家环保的号召。1.4高楼外墙清洗机器人力学分析仿真研究情况在贺利乐、黄天柱、刘小罗，玻璃幕墙清洗机器人爬行机构动力学分析一文中，学者们总结了机器人所采用的分析方法过程,总结如下:首先通过分析机器人的受力状况并确定其安全吸附条件,然后基于Newton-Euler方程建立了一个满足机器人安全受力条件的运动方程,最后进行利用Matlab软件通过对机器人进行了动力学仿真,分析了机器人的吸附能力和驱动轮的驱动能力矩,其中仿真结果充分验证了机械人的动力学模型设计正确性,同时验证了机器人具有在平滑壁面上稳定移动的能力。在李芳丽、高鹏、龚希祚，高空玻璃幕墙清洗机器人的研究与设计一文，学者中考虑到国家规定高空作业应在四级风一下进行，便选取了最大风载荷有四级风引起，并考虑到机器人在工作状态中吸盘的吸附情况一直是变化的，便选取了运动过程中吸盘吸附数量比较少的几种情况进行了应力分析。在徐广红、陈兵、杨隆庆、黄海，新型高楼幕墙清洗机器人的研制及安全性分析一文中，学者们结合FLUENT软件模拟空气流对吸盘吸附力的影响，然后根据仿真结果与理论计算值进行对比验证，最终得出满足设计要求的真空吸盘尺寸，之后利用利用ANSYS对模型进行网格划分，并在仿真中采用Sutherland定律求粘性。还通过FLUENT进行模拟，并绘制关于高楼外墙清洁机器人受的风力值大小随不同的攻角侧面变化而变化的曲线图。参考文献[1]戴诗璇,李宝祖,王子建,韩潇.高空清洁玻璃机器人的设计与实现[J].电子世界,2021(01):25-26.[2]贾志豪,杨颖,宋连港,赵法鹏,陈昌本,李晨鸣.全自动高空玻璃清洁系统的设计[J].电工技术,2020(22):19-21.[3]赵赫,鲁旭,姚金池,吕海霆.高空玻璃清洁机器人的设计及研究[J].中外企业家,2019(15):136.[4]张栋楠,李华光.高空玻璃清洗机器人的设计与研究[J].科技视界,2018(17):16-17.[5]廖诗旗,杨杰,陶静,王荣,高玲,邓静.高层玻璃窗户清洁装置的设计与实现[J].产业与科技论坛,2020,19(10):65-66.[6]高亚男,刘俊成,董北平.玻璃表面灰尘的粘附机理和自清洁研究进展[J].山东陶瓷,2020,43(02):3-8.[7]于三川,冯帅,李东升,王翠华,白东宇.新型玻璃清洁器的开发与设计[J].河南建材,2020(02):115-116.[8]孙浩铭,贺可涛,郭辉,薛凯峰.玻璃幕墙越障清洁机器人[J].科技视界,2019(23):23-24.[9]庄子槺,方嘉炜,黄庆典,李琪.玻璃清洁机器人的研究和应用分析[J].科技与创新,2019(14):148-149.[10]贺利乐,黄天柱,刘小罗.玻璃幕墙清洗机器人爬行机构动力学分析[J].机械设计与制造,2020(10):265-269.[11]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].南方农机,2020,51(11):94-95.[12]贾娟娟,辛瑞媛,万宏强,张伟超,钟文瀚.绳牵引式玻璃幕墙清洗机器人设计[J].电子世界,2020(18):182-182.[13]周倪敏,刘超峰,刘杰,方彤,董成,张航.我国智能外墙清洁机器人发展及应用[J].软件导刊,2020,19(06):53-56.[14]冯斌.玻璃幕墙清洗机器人稳定性控制与定位感知方法研究[D].哈尔滨工业大学,2020.[15]李雪新,靳文停,葛宜元,刘东旭,孙鹏,李家成.玻璃幕墙清洗机器人关键技术综述[J].木材加工机械,2019,30(06):14-20.[16]李芳丽,高鹏,龚希祚.高空玻璃幕墙清洗机器人的研究与设计[J].科技与创新,2019(17):67-68.[17]高鹏,魏鼎.玻璃幕墙清洗机器人的设计与研究[J].电子元器件与信息技术,2019,3(05):9-12.[18]黄天柱.轮式玻璃幕墙清洗机器人整体结构设计与运动性能分析[D].西安建筑科技大学,2019.[19]吴俊飞,韩云飞,李国栋,徐珂.自攀爬式玻璃幕墙清洗机器人的设计[J].机械制造,2018,56(05):11-15.[20]谭宇,莫亚武,王俊,杨涛,高立婷,黄淑新.高空玻璃清洗机器人的研究[J].设备管理与维修,2018(08):37-39.[21]韩云飞.玻璃幕墙清洗机器人的设计与研究[D].青岛科技大学,2018.[22]梁子跃,蔡强,杨昊,黄灿灿.基于注射器吸附的玻璃幕墙清洗机器人设计[J].电子器件,2018,41(01):274-278.[23]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(01):