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摘要:文章基于高層建筑物的玻璃清潔作業(yè)要求,提出一種高層建筑自動擦玻璃系統(tǒng),利用雙軸步進電機控制器實現(xiàn)擦拭裝置的軌跡控制,通過編程可實現(xiàn)不同擦玻璃模式,并采用仿人擦拭規(guī)劃軌跡,適應(yīng)多種擦窗需要,能實現(xiàn)反復多次清洗和清潔液回收功能。通過初步試驗分析,得到了良好的玻璃清潔效果,實現(xiàn)了玻璃擦拭系統(tǒng)沿玻璃二維平面進行全方位作業(yè),為高層建筑物玻璃擦拭結(jié)構(gòu)設(shè)計和控制策略提供了依據(jù),實用前景良好。
關(guān)鍵詞:高層建筑;自動擦玻璃;結(jié)構(gòu)設(shè)計;自動控制;噴水作業(yè)
前言
由于高空作業(yè)的風險性,增加了建筑物玻璃擦拭的成本[1-2],甚至一些國家出臺了禁止四層以上玻璃幕墻人工擦洗的規(guī)定。因此,改變傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式,運用新技術(shù)進行高層建筑物的清潔成為目前研究的熱點。作為一種全新的自動清潔裝置,高層建筑自動擦玻璃系統(tǒng)具有自動擦洗建筑物外部玻璃、價格低廉、效率高等優(yōu)點[3]。目前,國內(nèi)外廣泛采用的擦玻璃機器人存在兩個技術(shù)瓶頸:一是玻璃擦拭清潔度低;二是擦玻璃機器人的載重量較低,不能裝載較多清潔劑和水[4-6]。本文提出一種高層建筑自動擦玻璃系統(tǒng),可根據(jù)實際需要對步進電機控制器進行編程設(shè)定不同的擦拭路徑,該系統(tǒng)具有安裝方便,操作簡單的優(yōu)點,具有良好的市場推廣價值和應(yīng)用價值。
1系統(tǒng)工作原理
系統(tǒng)采用框架式結(jié)構(gòu),兩條擦拭臂由滾珠絲杠在x軸和y軸方向正交構(gòu)成,每條擦拭臂末端連接57步進電機,通過滾珠絲杠的特殊結(jié)構(gòu),將步進電機動力輸出軸的轉(zhuǎn)動運動轉(zhuǎn)變?yōu)檠夭潦帽鄣闹本€行走運動,對二維玻璃平面的各點位置進行覆蓋,實現(xiàn)建筑物玻璃的擦拭工作。并在擦拭臂上部搭載水箱,內(nèi)裝水與清潔劑的混合物,在工作之前首先由水泵將水箱內(nèi)液體泵出,噴淋到玻璃表面,再由擦拭裝置進行擦洗作業(yè),自動擦玻璃系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
2系統(tǒng)關(guān)鍵模塊
2.1擦洗模塊
作為該系統(tǒng)的核心模塊,擦洗效果的優(yōu)劣決定了整機的質(zhì)量,因此,擦洗模塊采用噴水—擦拭—噴清潔液—擦拭的二次清潔作業(yè)方式,首先對玻璃表面噴水,然后啟動擦拭電機進行擦拭作業(yè),這一步驟的主要目的是將玻璃表面整體潤濕,初步清潔表面的浮塵和附著物等;再進行噴清潔液的操作,該步驟為主要擦拭環(huán)節(jié),擦拭完畢后,結(jié)束該位置玻璃的清潔作業(yè)。同時,系統(tǒng)下部增加了擋水回收欄板,可回收大部分的液體,并可反復利用3~4次,提高了清潔液的利用效果,降低了成本。這樣的雙重擦拭方式,保證了工作質(zhì)量,擦拭清潔度較高。
2.2擦拭臂模塊
采用雙步進電機與絲杠構(gòu)成的二維平面擦洗結(jié)構(gòu)能夠有效實現(xiàn)玻璃二維平面的清潔,兩條擦拭臂由滾珠絲杠構(gòu)成,滾珠絲杠具有傳輸效率高、摩擦阻力小等優(yōu)點,該結(jié)構(gòu)還具有精度高的特性,能夠在較小位移下實現(xiàn)準確擦拭,提高了擦拭的靈活性。
2.3吸盤夾緊模塊
由于本系統(tǒng)為高空建筑物作業(yè)形式,因此,系統(tǒng)的整體固定吸附能力尤為重要,采用四吸盤方式進行固定,即在系統(tǒng)的四角布置四個帶有吸附功能的真空吸盤,作業(yè)前將吸盤固定到指定位置。2.4PAC運動控制模塊系統(tǒng)采用PAC1100控制器作為控制核心,具有功耗低、發(fā)熱量低、運算能力強等特點,利用PAC1100強大的快速編程能力實現(xiàn)擦拭路徑的軌跡規(guī)劃,能夠模擬人工擦拭手段進行擦拭,控制器連接示意圖如圖2所示。
2.5驅(qū)動電機模塊
選用電動機時應(yīng)遵循兩個原則:一是高空環(huán)境特殊,安全第一;二是要求便于移動,能隨時改變位置到達下一準確位置。因此,選用57步進電機作為驅(qū)動電機,該系列電機具有噪音小、轉(zhuǎn)矩大以及運行平穩(wěn)等諸多優(yōu)點,運行發(fā)熱量較低,能夠快速響應(yīng)指令運動,進行點、線位置移動。本文選擇使用BS57HB76-03型號電機,其保持轉(zhuǎn)矩為1.35N·m,長度為76mm,額定電流為3.0A,參數(shù)能夠保證擦玻璃系統(tǒng)的正常運行。
3程序示例
控制器工作在四種狀態(tài)之一,即:自動狀態(tài)、手動狀態(tài)、程序編輯狀態(tài)、參數(shù)設(shè)定狀態(tài),因為控制器較少(降低輸入復雜度),所以大部分的按鍵采用復合按鍵方式,而且按鍵有長按和短按之分??刂破魃想姾螅刂破魈幱谑謩訝顟B(tài)且坐標值自動清零,這時可以用手動方式進行電機運動的控制。以部分程序為例進行示例介紹,相關(guān)內(nèi)容如表1所示。
4結(jié)束語
本文設(shè)計研制了一種高層建筑自動擦玻璃系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)編程自動進行玻璃擦洗,并具有多種擦拭軌跡可調(diào)以及廢液回收等功能。在建筑物玻璃表面進行了初步試驗,實現(xiàn)了玻璃的清潔作業(yè),清潔效果顯著。但是在試驗中發(fā)現(xiàn),采用固定式清潔布摩擦力較大,系統(tǒng)需要克服較大阻力才能達到預(yù)期擦拭效果,受到步進電機的轉(zhuǎn)矩大小限制,清潔布的滑動摩擦力不能太大,否則會由于摩擦阻力過大而導致系統(tǒng)無法正常工作。接下來,團隊在后期將會針對清潔布的擦拭方式進行進一步研究,以期在降低擦拭摩擦力的同時還能提高擦拭效果,進而提高系統(tǒng)的實用性和可靠性。
參考文獻:
[1]郝建龍.基于磁吸附的雙面擦玻璃機器人設(shè)計[D].天津:河北工業(yè)大學,2016.
[2]郭韶山,陳洋,張慎云,等.自動擦窗機器人系統(tǒng)設(shè)計[J].南通職業(yè)大學學報,2019,33(1):69-75.
[3]劉凌,李江,曲紅杰.高樓自動擦玻璃裝置控制系統(tǒng)研究[J].機電一體化,2014,20(7):41-43+50.
[4]劉晨,趙艷紅,張福來,等.一種攀壁式擦玻璃機器人的研究[J].南方農(nóng)機,2019,50(2):169+198.
[5]孫立新,徐良君,張明路,等.擦玻璃機器人負壓吸附特性研究[J].真空科學與技術(shù)學報,2017,37(4):357-362.
[6]江莉麗,歐陽常童,左其波,等.壁虎擦玻璃機器人[J].電腦知識與技術(shù),2018,14(33):223-224.
作者:李潔 遲明路 呂廣靜 王志偉 劉松松 喬小喜 范雨軒 單位:河南工學院