基本信息
- 項目名稱：
- 微型自攀爬壁面清潔機器人
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 秉著“讓家庭更智能，讓城市更美好，讓世界更綠色”的總目標，針對玻璃幕墻的清洗以及太陽能光伏玻璃（填補產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域空白）等巨大清洗市場，本作品應(yīng)運而生，設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊、小巧靈活、控制靈敏、無線控制，可實現(xiàn)機器人群清洗。成本低廉，注塑生產(chǎn)，市場價可低至RMB5000元，易形成產(chǎn)業(yè)化，將對壁面清洗機器人的發(fā)展有深遠意義。目前機器人處于實驗室階段。
- 詳細介紹：
- 1）成本低廉 目前國內(nèi)外壁面清潔機器人的價格都相當(dāng)?shù)陌嘿F，例如在清洗迪拜——哈利法塔，其高828米，整棟建筑的玻璃面積達到12萬平方米。Cox Gomyl公司開發(fā)出12部清潔機，它們總重13噸，可搭載36名清潔工人，他們使用普通肥皂水清洗哈利法塔24830塊反射玻璃，從上到下全部清潔一遍需要長達3個月時間，共耗資800萬美元。 本作品機器人的成本主要包括電機，真空泵，電磁閥，傳感器，零部件加工及裝配費用等，估算在五千元人民幣左右。若我們負責(zé)哈利法塔的清洗工作，我們大膽猜想，可能只需耗資一百萬元以下就可以完成任務(wù)。 2）功能齊全 本作品微型自攀爬壁面清潔機器人是基于高檔8位單片機控制，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的靈活運用，本作品集多功能于一身，具有四大功能：移動功能、清洗功能、吸附功能、越障功能。 3）結(jié)構(gòu)創(chuàng)新 A、本作品采用行星輪系、雙足對稱結(jié)構(gòu)，通過雙足交替吸附于壁面，并由單一電機驅(qū)動主動齒輪就可使機器人進行腳步式行走運動，以至于本作品機器人結(jié)構(gòu)緊湊，小型化。 B、本作品清洗盤結(jié)構(gòu)模擬人工清洗方式，先由海綿加清洗活性劑清洗壁面，再由刮板將無法清理的污漬清洗干凈。在結(jié)構(gòu)上利用刮板和切口導(dǎo)向槽對污水排清及回收進行處理，達到較好的清洗效果。 C、本作品離合器結(jié)構(gòu)利用簡單的斜面增力結(jié)構(gòu)，使機器人的行走運動與越障動作利用同一部電機在不同時刻驅(qū)動就可控制。 D、本作品的行走腿結(jié)構(gòu)、清洗盤結(jié)構(gòu)以及離合器結(jié)構(gòu)為同軸結(jié)構(gòu)，使得機器人的結(jié)構(gòu)緊湊，小巧靈活，功能齊全。 E、本作品機器人的整體高度約為200mm，質(zhì)量不大于3Kg,而且單吸盤吸附力可達到10Kg，經(jīng)計算分析，機器人的抗傾覆力矩較大保證機器人安全穩(wěn)定的工作。 4）多傳感器技術(shù)融合 本作品采用自制設(shè)計的壓力傳感器對凹陷式障礙和較低高度的障礙進行避障控制；采用超聲波傳感器對視野范圍內(nèi)障礙的測距作用；采用碰觸開關(guān)對一定高度的障礙進行有效避障；采用旋轉(zhuǎn)電位器對機器人在壁面行走所轉(zhuǎn)過的角度進行控制。 5）易于產(chǎn)業(yè)化 本作品基于單片機就可以控制，易于與PC機進行相互通信；本作品在結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新使得本體小巧靈活，結(jié)構(gòu)緊湊，從而機器人的研制成本就會有大幅度削減。價格上的優(yōu)勢使得本作品機器人的大眾式消費、家庭型消費成為可能，且有益于壁面清潔機器人的產(chǎn)業(yè)化形成。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的： 為了高效清洗已被粉塵覆蓋的玻璃幕墻和太陽能光伏玻璃，為了使得機器人小巧輕量，為了讓所有家庭都可以實現(xiàn)機器人夢想，為了城市的環(huán)境更加美好，為了使得太陽能廣泛利用于社會，本作品采用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計，無線控制，單片機控制，多傳感器融合應(yīng)用等方法，通過仿真軟件建立虛擬樣機模型，驗證機器人結(jié)構(gòu)合理性和運動靈活性，使得機器人滿足需求而可形成產(chǎn)業(yè)化。 創(chuàng)新性： 1）設(shè)計新型的行走機構(gòu)、清洗盤結(jié)構(gòu)、離合器結(jié)構(gòu)和壓力傳感器，滿足機器人小巧靈活，多功能實現(xiàn)等要求； 2）多種傳感器的融合應(yīng)用，機器人完全自主地運動，實現(xiàn)自攀爬、清洗和越障功能，能夠廣泛應(yīng)用于太陽能光伏玻璃清洗產(chǎn)業(yè)； 3）結(jié)合機器人小型輕量特點，完全實現(xiàn)無線控制，父機器人輔助子機器人群，完成充電、補水等工作，進行高效清洗作業(yè)。 技術(shù)關(guān)鍵： 單體機器人實現(xiàn)自攀爬的整個技術(shù)要求，有吸附技術(shù)、清洗技術(shù)、控制技術(shù)、傳感器技術(shù)等。 技術(shù)指標： 1）機器人自重≤3kg 2）機器人外形尺寸（長×寬×高）：355mm×170mm×180mm 3）機器人功耗0.01Kw/m2
科學(xué)性、先進性
- 科學(xué)性： 依據(jù)社會發(fā)展趨勢、國家政策方針、新型能源發(fā)展方向，本作品致力于實現(xiàn)清潔機器人的小型化，實現(xiàn)機器人群清洗，可完成目前無法實現(xiàn)機器人清洗太陽能光伏玻璃的任務(wù)，解決其因灰塵堆積而導(dǎo)致的光電轉(zhuǎn)換率低的問題，并且推行產(chǎn)業(yè)化后，對此工程項目的耗費將比人工清洗便宜百倍甚至萬倍。 先進性： 1）采用新型結(jié)構(gòu)和先進技術(shù)，使得機器人小巧靈活，可實現(xiàn)機器人群清洗，效率比人工提升很多； 2）豎直壁面上實現(xiàn)自攀爬運動，實現(xiàn)360度回轉(zhuǎn)，多傳感器融合應(yīng)用，實現(xiàn)完全自主性； 3）與機器人制造公司、清潔公司加強合作，注塑生產(chǎn)，積極推廣，本作品將更具競爭力，形成產(chǎn)業(yè)化，可實施銷售、租賃等方式獲得豐厚的利潤； 4）父子機器人互相配合，子機器人群依據(jù)其微型特點，基于通信實現(xiàn)完成大規(guī)模的清洗工程項目任務(wù)； 5）成本低廉，市場價可被大眾接受，解放生產(chǎn)力。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室調(diào)試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 洽談
作品可展示的形式
- 現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品等方式展示，真正市場化的產(chǎn)品需要一定時日。
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 目前是單體機器人實驗室調(diào)試階段，基于實驗數(shù)據(jù)最大化原則，對機器人各個動作步態(tài)進行穩(wěn)態(tài)實現(xiàn)。機器人穩(wěn)定吸附于壁面上，對各種應(yīng)用場合玻璃清洗作業(yè)，具有廣泛的適用范圍。 查相關(guān)文獻可知，玻璃幕墻清潔機器人在國內(nèi)外（境內(nèi)外）均呈現(xiàn)市場需求。ECE和IFR在1999年發(fā)表新聞公報統(tǒng)計，截止1998年，全球在役清潔機器人月300套，1999-2002年將再新投入500-1000套。據(jù)香港《環(huán)譽》雜志對清潔公司經(jīng)理的調(diào)查表明，每臺（套）售價在100萬元港幣以內(nèi)的機器人是可以被被香港客戶接受的。事實上，國外清潔機器人的基本售價在15-20萬美元。21世紀將更有市場。 本作品機器人結(jié)構(gòu)簡單緊湊，大多數(shù)零件實現(xiàn)注塑批量生產(chǎn)，憑借微型特點，廣泛運用于太陽能光伏玻璃清洗產(chǎn)業(yè)，填補領(lǐng)域空白。實現(xiàn)市場價低廉，最低可至RMB5000元，可運用于家庭小范圍內(nèi)壁面清洗，適合大眾的壁面清潔機器人。 若是我們與清潔公司合作生產(chǎn)并應(yīng)用本作品微型自攀爬壁面清潔機器人，投放市場后，將具有很強的競爭力。
同類課題研究水平概述
- 壁面清潔洗機器人隸屬于特種機器人，由于其將為人類帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。因此，各工業(yè)發(fā)達國家都投入大量人力物力，積極進行其理論和技術(shù)研究，。 在國外，對爬壁機器人的研制日本起步比較早。1978年，日本化工機械技術(shù)服務(wù)株氏會社研發(fā)了兩款壁面爬行機器人：PC型核電站外墻面清洗機器人和PD型核電站壁面清洗機器人。從80年代開始，爬壁機器人的研究在國內(nèi)外取得了突飛猛進的發(fā)展，有很多具有新結(jié)構(gòu)和應(yīng)用在新領(lǐng)域的爬壁機器人被開發(fā)出來，有的已進入實用階段；到90年代初，國內(nèi)外已有11臺不同類型的爬壁機器人研制成功，其中技術(shù)發(fā)展最快的當(dāng)屬日本。真空吸附式的爬壁機器人有以下幾款新型：1988年，日本三菱化工研究所研發(fā)的真空吸附型壁面行走機構(gòu)“VACS” ；1911年，東京大學(xué)研究人員研發(fā)的“NINJA—1”型四足壁面步行機器人，此后又進一步發(fā)展出“NINJA—Ⅱ”型機器人。1922年，日本機械技術(shù)研究所的池田喜一等人開發(fā)出（MS—Ⅳ）自立型步行爬壁機器人。此外俄羅斯彼得堡國立技術(shù)大學(xué)也成功研制出負壓吸型爬壁機器人；英國南岸大學(xué)在1944年研發(fā)出多足多吸盤氣動型爬壁機器人。近年來，英國又開發(fā)了“Robug Ⅲ”型爬壁機器人。1984年日本日立制作所的內(nèi)藤紳司、佐藤主稅等人研制出腳式磁吸附爬壁機器人；90年代初，英國的RTD公司研制出了了輪式磁吸附爬壁機器人（Beetle）；日前，日本三菱重工業(yè)公司正在研發(fā)一種磁式爬壁噴涂機器人，它是一種輪式結(jié)構(gòu)。 國內(nèi)壁面爬行機器人的開發(fā)始于80年代。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機器人研究所特種機器人研究室，從1988年開始在國家“863”計劃的支持下，率先從事爬壁機器人的研究。此后中國科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、清華大學(xué)機械系和北京航空航天大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等多家單位也相繼開展了這一領(lǐng)域的研究，目前取得了不錯的成果。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究所已先后開發(fā)出以下兩個系列5個品種的爬壁機器人，用于壁面清洗、遙控檢查、金屬罐防腐、水冷壁清掃、除渣、測厚等工作；上海交通大學(xué)開發(fā)了一種測量油罐容積的履帶式磁吸附型爬壁機器人；上海大學(xué)研制了用于高層建筑清洗玻璃壁面的爬壁機器人，采用框架式步行移動機構(gòu)，真空吸附；北京航空航天大學(xué)機器人研究所研制開發(fā)了WASHMAN和CLEANBOT-Ⅰ。
