智能清潔機(jī)器人在現(xiàn)代建筑外墻清潔中的研究與應(yīng)用

1、    智能清潔機(jī)器人在現(xiàn)代建筑外墻清潔中的研究與應(yīng)用    魯曉莉畢鵬摘要：現(xiàn)代建筑由于其新的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，給外墻清潔帶來(lái)了一系列新的問(wèn)題。智能清潔機(jī)器人的使用，為建筑外墻清潔帶來(lái)了諸多便利。文章針對(duì)目前的清潔現(xiàn)狀，分析了現(xiàn)階段智能清潔機(jī)器人的發(fā)展與應(yīng)用，并結(jié)合現(xiàn)實(shí)情況給出了未來(lái)清潔機(jī)器人的研究方向及應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：現(xiàn)代建筑；外墻清潔；智能清潔機(jī)器人；建筑設(shè)計(jì)；清潔產(chǎn)業(yè) ：a：tp242 ：1009-2374（2015）16-0044-02 doi：10.13535/ki.11-4406/n.2015.16.0211 我國(guó)現(xiàn)代建筑外墻清潔現(xiàn)狀1.1 現(xiàn)代

2、建筑的特點(diǎn)現(xiàn)代建筑隨時(shí)代而發(fā)展，同工業(yè)化社會(huì)相適應(yīng)，主張積極采用新材料、新結(jié)構(gòu)，并在建筑設(shè)計(jì)中發(fā)揮新的特性。在建筑外墻上，現(xiàn)代建筑越來(lái)越多的采用大面積玻璃、鋁板等建筑材料進(jìn)行裝飾，將現(xiàn)代風(fēng)格全方面地詮釋出來(lái)。通透的光體建筑不僅為城市景觀增添亮色，更引領(lǐng)了城市發(fā)展的潮流。在資源稀缺的城市，土地最大化利用使得現(xiàn)代建筑擁有高聳和密集的特點(diǎn)，但這也為其清潔帶來(lái)難題。由于常年日曬和風(fēng)吹雨打以及大氣中有害的氣體和油煙等污染和化學(xué)反應(yīng)的侵蝕，使得建筑外墻產(chǎn)生了污垢和風(fēng)化，這不但降低了建筑物的使用壽命，更嚴(yán)重影響了市容環(huán)境，因此，現(xiàn)代建筑外墻的清潔十分必要。1.2 清潔現(xiàn)狀及面臨問(wèn)題1.2.1 清潔現(xiàn)狀。現(xiàn)代

3、建筑多為高層建筑，外墻主要采用大面積玻璃、鋁板等建筑材料進(jìn)行裝飾。玻璃幕墻容易附著灰塵，為保持現(xiàn)代建筑的清潔美觀，應(yīng)定期對(duì)外墻進(jìn)行清洗。在高空清潔領(lǐng)域，部分發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)行了機(jī)器人實(shí)施清洗作業(yè)，而國(guó)內(nèi)大部分城市依舊沿用人工清洗模式。在人工清潔領(lǐng)域，人工擦洗方式存在效率低、具有安全隱患等一系列缺點(diǎn)。目前現(xiàn)代建筑外墻清潔主要借助于高處吊板、吊繩、吊籃等工具，將工人運(yùn)送到指定位置進(jìn)行施工操作，這種施工方式雖然靈活，但安全性和效率較低。為增強(qiáng)安全系數(shù)，部分地區(qū)運(yùn)用蜘蛛車(chē)、升降車(chē)等平臺(tái)設(shè)備將工人運(yùn)送到指定位置進(jìn)行施工操作，但這種方式一般僅適用于低高度的高難度工程，成本高，局限性較大。在機(jī)器清潔領(lǐng)域，市場(chǎng)

4、上出現(xiàn)的智能清潔機(jī)器人目前只適用于家庭住宅的小范圍清潔，清潔對(duì)象多為地面、玻璃窗、光滑的瓷磚墻等。相對(duì)于現(xiàn)代建筑外墻，室內(nèi)清潔對(duì)象面積小，污染物單一，清潔難度低。根據(jù)調(diào)查，市場(chǎng)上用于外墻清潔的智能清潔機(jī)器人暫未出現(xiàn)。1.2.2 面臨問(wèn)題。現(xiàn)代建筑物造型各異，講究藝術(shù)性，多為高層建筑。由于常年裸露，污染物復(fù)雜，風(fēng)化殘跡、酸堿侵蝕、灰塵堆積等都是清潔過(guò)程中必須要克服的困難。人工清潔方式效率低、風(fēng)險(xiǎn)高，工作人員安全沒(méi)有保障，且清潔費(fèi)用高。隨著科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，僅僅具有清潔功能的擦窗機(jī)器人已不能滿足于消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品附加功能的需求，亟待增添一些新的功能。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研我們發(fā)現(xiàn)：消費(fèi)者對(duì)于機(jī)器人

5、實(shí)現(xiàn)越障感應(yīng)、智能辨別污垢、定時(shí)清潔、app遠(yuǎn)程遙控、音樂(lè)播放等的需求較高。目前已有的研究成果在智能清潔機(jī)器人吸塵技術(shù)、傳感技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)中有了一些突破，但在智能越障技術(shù)和污垢辨識(shí)與清潔技術(shù)方面還需改良。目前市場(chǎng)所售的智能清潔機(jī)器人價(jià)格不等，功能單一，考慮到性?xún)r(jià)比，消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)熱情不高。1.3 智能清潔機(jī)器人在該領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)現(xiàn)代建筑外墻清潔是清潔產(chǎn)業(yè)的一大難題。在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的21世紀(jì)，通過(guò)機(jī)械化、智能化方式高效率的實(shí)現(xiàn)建筑外墻清洗工作的智能清潔機(jī)器人具有非常廣闊的市場(chǎng)，它不僅節(jié)省勞動(dòng)力資源，還解決了人類(lèi)在復(fù)雜惡劣環(huán)境下不能持續(xù)工作的問(wèn)題。應(yīng)用智能清潔機(jī)器人能省時(shí)、省力，提高工作效率和能源利用

6、率，且整個(gè)清潔過(guò)程不需要人控制，這極大地減輕了勞動(dòng)者的操作負(fù)擔(dān)。對(duì)消費(fèi)者而言，使用機(jī)械化清潔方式在減少清潔費(fèi)用的同時(shí)更是獲得了一個(gè)良好的生活和工作環(huán)境。2 智能清潔機(jī)器人的研究與發(fā)展近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、傳感技術(shù)以及移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)飛速發(fā)展，機(jī)器人控制系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)已具備了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和良好的發(fā)展前景?，F(xiàn)階段，傳感技術(shù)、智能越障技術(shù)、能源供給技術(shù)是制約智能清潔機(jī)器人研發(fā)的三大瓶頸。2.1 傳感技術(shù)智能清潔機(jī)器人往往需要多種傳感器同時(shí)工作并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合才能獲得精確的信息以確定其工作狀態(tài)。機(jī)器人要想高效率地在環(huán)境中運(yùn)動(dòng)并到達(dá)目的地，實(shí)現(xiàn)定位清潔功能，就需要依賴(lài)于傳感技術(shù)使它根據(jù)環(huán)境中已有的

7、一些特征判斷出自身位置。由于傳感技術(shù)在智能清潔機(jī)器人研發(fā)過(guò)程中起關(guān)鍵作用，它的發(fā)展水平極大地影響著機(jī)器人的智能化水平。傳感器的價(jià)格在清潔機(jī)器人的成本中占有很大的比例，國(guó)外的傳感器研究發(fā)展水平較高，有大量的性能優(yōu)良的陀螺儀、測(cè)距儀等傳感器可供選擇使用，因而清潔機(jī)器人的研究發(fā)展水平領(lǐng)先于國(guó)內(nèi)。未來(lái)的智能清潔機(jī)器人必須在傳感技術(shù)有所突破的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和控制技術(shù)，規(guī)劃對(duì)障礙物具有安全可靠的防碰撞功能和越障功能的智能運(yùn)動(dòng)，從而使其在實(shí)際環(huán)境中具有更好的適應(yīng)性。2.2 智能越障技術(shù)基于現(xiàn)代建筑外墻的復(fù)雜性，智能清潔機(jī)器人不能僅限于光滑完整平面的移動(dòng)，還需在區(qū)域化、個(gè)性化的未知墻面進(jìn)

8、行移動(dòng)。國(guó)內(nèi)很多研究機(jī)構(gòu)正在克服這一難題，西北工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)了一種爬壁機(jī)器人的負(fù)壓吸附式雙足，采用兩個(gè)足部模塊固定在同軸線上，運(yùn)動(dòng)時(shí)后足直接從前足上方跨越，吸附在壁面上變?yōu)榍白?，周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)單步跨越距離大，運(yùn)動(dòng)靈活。昆山昆航機(jī)器人研究所研發(fā)的高層建筑外壁面清潔機(jī)器人，利用飛行器實(shí)現(xiàn)壁面行走越障。飛行器位于機(jī)器人主體的上部，其通過(guò)下部的牽引索與機(jī)器人主體連接，飛行器的下部設(shè)置有推進(jìn)器，在飛行器內(nèi)置有機(jī)器人支援系統(tǒng)。建筑外墻清潔機(jī)器人可以通過(guò)應(yīng)用仿生學(xué)與飛行器設(shè)計(jì)技術(shù)，提高壁面越障靈活度。通過(guò)多種方式智能越障，以此來(lái)應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的現(xiàn)代建筑外墻，提高清潔效率。 2.3 能源供給技術(shù)在能源方面，鋰電池具有體

9、積小、電動(dòng)勢(shì)高、能量密度高、工作溫度范圍大、自放電少的特點(diǎn)，是一種理想的機(jī)器人能源。但在實(shí)際應(yīng)用中，其安全性差，易發(fā)生爆炸，且不能大電流放電。因此需保護(hù)線路，防止電池過(guò)充過(guò)放電，這無(wú)疑給生產(chǎn)帶來(lái)了更高的成本要求。在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的時(shí)代，無(wú)線充電技術(shù)是未來(lái)能源供給的焦點(diǎn)。使用無(wú)線充電技術(shù)，電池裝置不需要借助于電導(dǎo)線，依據(jù)電磁波感應(yīng)原理以及其他相關(guān)的交流感應(yīng)技術(shù)，通過(guò)發(fā)送端和接收端的相應(yīng)設(shè)備來(lái)發(fā)送和接收產(chǎn)生感應(yīng)的交流信號(hào)，從而進(jìn)行充電。目前無(wú)線充電技術(shù)仍存在諸多挑戰(zhàn)，充電效率低，且實(shí)用性有待考察。隨著無(wú)線充電技術(shù)的不斷升級(jí)，相信充電技術(shù)可以廣泛應(yīng)用到電器之中，智能清潔機(jī)器人的供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離無(wú)

10、線化指日可待。3 應(yīng)用與前景展望盡管目前已研發(fā)的智能清潔機(jī)器人未能實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，但隨著21世紀(jì)各學(xué)科之間的相互交融以及科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能清潔機(jī)器人研發(fā)過(guò)程中遇到的瓶頸，將會(huì)取得重大突破。同時(shí)結(jié)合新興技術(shù)，智能清潔機(jī)器人將能成功應(yīng)對(duì)更多的未知環(huán)境，它的實(shí)用性也會(huì)被驗(yàn)證。應(yīng)用智能清潔機(jī)器人清潔現(xiàn)代建筑外墻，不僅能夠代替清潔人員從事復(fù)雜繁瑣的清潔工作，更能夠從事一些具有危險(xiǎn)性、人類(lèi)能力所限不能從事或不宜從事、極端枯燥和簡(jiǎn)單重復(fù)的清潔工作?？偠灾悄芮鍧崣C(jī)器人是實(shí)現(xiàn)高層建筑外墻清潔產(chǎn)業(yè)機(jī)械化、智能化的強(qiáng)有力工具，其在市場(chǎng)中的應(yīng)用將帶來(lái)智能清潔產(chǎn)業(yè)的革新，同時(shí)將促進(jìn)清潔產(chǎn)業(yè)形成規(guī)模，便于改善目前國(guó)內(nèi)清潔產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品良莠不齊的現(xiàn)狀。參考文獻(xiàn)1 李金山，李琳，等.清潔機(jī)器人概述j.中國(guó)科技信息，2005，（5）.2 吳秋軒，等.家服務(wù)型吸塵機(jī)器人的發(fā)展與現(xiàn)狀j.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化，2003，（6）.3 譚定忠，王啟明，等.清潔機(jī)器人研究發(fā)展現(xiàn)狀j.機(jī)械工程師，2004，（6）.4 羅騁.家用清潔機(jī)器人路徑探測(cè)和路徑規(guī)劃的研究d.武漢理工大學(xué)