作品名稱：智能擦窗機(jī)器人
學(xué)校名稱：武漢商學(xué)院
參賽隊(duì)伍：海綿寶寶
參賽學(xué)生：付永鵬 劉宇 劉天一
指導(dǎo)老師：周浩
一、作品的目的、意義
1. 創(chuàng)意背景：
隨著城市現(xiàn)代化發(fā)展，特別是高層建筑的興起，以玻璃壁而為代表的壁面結(jié)構(gòu)逐漸演繹成華麗的“城市外衣”，如圖1.1，圖1.2所示。與此同時(shí)，也衍生出繁重的壁面清洗任務(wù)。當(dāng)前，許多國(guó)家已對(duì)建筑壁面的清洗要求做出了明確規(guī)定，但一些越來越奇特的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也使清洗的難度和成本成倍增加。
圖1.1 大型建筑玻璃幕墻 
圖1.2 商品房玻璃結(jié)構(gòu)
據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)有95%城市高樓玻璃外壁采用的是人工清洗完成，這種操作方式不僅投入大，效率低，費(fèi)工時(shí)時(shí)，而且極其危險(xiǎn)，如圖1.3所示，這種操作方式存在著極大的安全隱患。在社會(huì)文明高度發(fā)展的今天，對(duì)生命的關(guān)愛達(dá)到了前所未有的高度，要求停止使用蜘蛛人的呼聲不絕于耳，因此人們期待新的具有人性化的清洗方式出現(xiàn)。甚至對(duì)于某些場(chǎng)合，采用傳統(tǒng)的清洗方法已無能為力。
圖1.3 蜘蛛人高空作業(yè)現(xiàn)狀
2. 設(shè)計(jì)目的和意義：
機(jī)器人技術(shù)是近些年熱門的新興技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、生活中的各個(gè)領(lǐng)域，本團(tuán)隊(duì)針對(duì)在生活中人工清洗玻璃難度高、安全隱患大這一現(xiàn)實(shí)問題，設(shè)計(jì)一款玻璃清洗機(jī)器人，力圖解決上述現(xiàn)實(shí)問題。主要目的和意義如下：
圖1.4 機(jī)器人清洗玻璃
（1）擦窗機(jī)器人屬于移動(dòng)式服務(wù)機(jī)器人的一種，可在垂直壁而及屋頂移動(dòng)進(jìn)行物體表面的清洗作業(yè)，大大降低高層建筑的清洗成木，改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，提高勞動(dòng)產(chǎn)生產(chǎn)率，具有相當(dāng)?shù)纳鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)意義和廣闊的應(yīng)用前景。
（2）根據(jù)擦玻璃機(jī)器人的特點(diǎn)，擦玻璃機(jī)器人可應(yīng)用大量高樓玻璃的清洗工作，也可以在一層樓上用多個(gè)機(jī)器，這樣可以大大的改善工作效率提高，具有一定的使用價(jià)值，可減少人工清洗的危險(xiǎn)度，解放社會(huì)生產(chǎn)力.
二、作品設(shè)計(jì)內(nèi)容
本作品通過設(shè)計(jì)正副兩個(gè)擦窗機(jī)器人，通過磁力相吸使之緊貼于玻璃兩側(cè)，同時(shí)清洗玻璃。主要研究?jī)?nèi)容包含原理設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、輔助功能設(shè)計(jì)三部分，本產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)圖如圖2.1,2.2所示：
圖2.1智能擦窗機(jī)器人總體設(shè)計(jì)圖
圖2.2爆炸圖
1）原理設(shè)計(jì)：通過磁鐵相互吸引，使得機(jī)器能夠更好的固定在玻璃上，在通過自動(dòng)移動(dòng)的同時(shí)，模擬人工擦拭玻璃表面的動(dòng)作，通過被相互吸附的磁鐵壓緊的抹布擦拭清潔玻璃的正反兩個(gè)平面，起到高效快速清潔玻璃的效果。
2）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：擦窗機(jī)器人有正副兩個(gè)，副機(jī)跟隨主機(jī)運(yùn)動(dòng)。在每個(gè)機(jī)器人內(nèi)部都有兩個(gè)蓄水箱，強(qiáng)力磁鐵，處理器，鋰電池.如圖2.3，在機(jī)器人外部通過橡膠履帶牽引機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，如圖2.4所示；
圖2.3主要部件圖
圖2.4橡膠履帶履帶
3）輔助功能設(shè)計(jì)：
為了更好的適應(yīng)作業(yè)環(huán)境，控制方便，操作簡(jiǎn)單，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的智能擦窗機(jī)器人具有以下6大輔助功能，如圖2.5；
圖2.5六大核心功能
① 自轉(zhuǎn)角技術(shù)：由于不同曲度的玻璃在折射光時(shí)有很大差異，通過機(jī)器腹部的光感系統(tǒng)識(shí)別后，機(jī)器可自動(dòng)調(diào)整清潔區(qū)，從而到達(dá)清潔區(qū)的轉(zhuǎn)換。如圖2.6所示中，擦窗機(jī)器人能在不同曲度玻璃自動(dòng)調(diào)整清潔區(qū)域;
圖2.6不同曲度的玻璃幕墻
② 斷電保護(hù)技術(shù)：當(dāng)機(jī)器斷電時(shí)，內(nèi)部的鋰電池仍會(huì)維持機(jī)器運(yùn)作，并有保險(xiǎn)繩連接，防止機(jī)器掉落,如圖2.7所示;
圖2.7類似機(jī)器人保險(xiǎn)繩
③ 磁力吸附：通過內(nèi)外機(jī)器人的磁鐵吸附作用，控制機(jī)器人與玻璃之間的摩檫力，從而控制機(jī)器人的移動(dòng)，如圖2.8所示，通過兩磁鐵吸引，使內(nèi)外兩機(jī)器人吸附在玻璃壁上；
圖2.8磁力吸引示意
④ 無線遠(yuǎn)程操縱技術(shù)：搭載先進(jìn)無線操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。可一次性擦一整面大樓玻璃幕墻。如圖2.9利用遙控進(jìn)行無線操作；
圖2.9遙控控制
⑤ 自主線路規(guī)劃：搭載超高清攝像頭，能夠在工作過程中不斷觀察周圍環(huán)境，調(diào)整工作路線，做到無人指揮控制，如圖2.10兩種路線規(guī)劃例子
圖2.10路線規(guī)劃例子
⑥ 強(qiáng)力清潔系統(tǒng):利用磁力與水的吸附性，加大摩擦，使得機(jī)器人能緊貼玻璃墻，擦拭強(qiáng)韌，出水口呈細(xì)小多孔，抹布抹墻與水灑交替進(jìn)行，邊抹邊灑水，清潔更加強(qiáng)力。
三、擬解決的關(guān)鍵問題
1) 對(duì)不同形狀玻璃的擦拭效果可能不同，對(duì)一些大曲率玻璃可能無法擦拭。
2) 由于機(jī)器體積較大，更適用于大面積的玻璃，對(duì)一些面積較小的玻璃可能比較麻煩。
四、應(yīng)用前景
根據(jù)擦窗機(jī)器人的特點(diǎn)，擦窗機(jī)器人可應(yīng)用大量高樓玻璃的清洗工作，也可以在一層樓上用多個(gè)機(jī)器，這樣可以大大的改善工作效率提高，具有一定的使用價(jià)值，可減少人工清洗的危險(xiǎn)度，也大大地解放社會(huì)生產(chǎn)力，所以擦玻璃機(jī)器人的市場(chǎng)前景是非常樂觀的。
