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基本信息

項(xiàng)目名稱：
微型自攀爬壁面清潔機(jī)器人
簡(jiǎn)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(biāo)，針對(duì)玻璃幕墻的清洗以及太陽(yáng)能光伏玻璃（填補(bǔ)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域空白）等巨大清洗市場(chǎng)，本作品應(yīng)運(yùn)而生，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊、小巧靈活、控制靈敏、無(wú)線控制，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人群清洗。成本低廉，注塑生產(chǎn)，市場(chǎng)價(jià)可低至RMB5000元，易形成產(chǎn)業(yè)化，將對(duì)壁面清洗機(jī)器人的發(fā)展有深遠(yuǎn)意義。目前機(jī)器人處于實(shí)驗(yàn)室階段。
詳細(xì)介紹：
1）成本低廉 目前國(guó)內(nèi)外壁面清潔機(jī)器人的價(jià)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(dá)到12萬(wàn)平方米。Cox Gomyl公司開發(fā)出12部清潔機(jī)，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(zhǎng)達(dá)3個(gè)月時(shí)間，共耗資800萬(wàn)美元。 本作品機(jī)器人的成本主要包括電機(jī)，真空泵，電磁閥，傳感器，零部件加工及裝配費(fèi)用等，估算在五千元人民幣左右。若我們負(fù)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(wàn)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(jī)器人是基于高檔8位單片機(jī)控制，并且在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的靈活運(yùn)用，本作品集多功能于一身，具有四大功能：移動(dòng)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(duì)稱結(jié)構(gòu)，通過(guò)雙足交替吸附于壁面，并由單一電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)齒輪就可使機(jī)器人進(jìn)行腳步式行走運(yùn)動(dòng)，以至于本作品機(jī)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(wú)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(duì)污水排清及回收進(jìn)行處理，達(dá)到較好的清洗效果。 C、本作品離合器結(jié)構(gòu)利用簡(jiǎn)單的斜面增力結(jié)構(gòu)，使機(jī)器人的行走運(yùn)動(dòng)與越障動(dòng)作利用同一部電機(jī)在不同時(shí)刻驅(qū)動(dòng)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(jī)器人的結(jié)構(gòu)緊湊，小巧靈活，功能齊全。 E、本作品機(jī)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(dá)到10Kg，經(jīng)計(jì)算分析，機(jī)器人的抗傾覆力矩較大保證機(jī)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(jì)的壓力傳感器對(duì)凹陷式障礙和較低高度的障礙進(jìn)行避障控制；采用超聲波傳感器對(duì)視野范圍內(nèi)障礙的測(cè)距作用；采用碰觸開關(guān)對(duì)一定高度的障礙進(jìn)行有效避障；采用旋轉(zhuǎn)電位器對(duì)機(jī)器人在壁面行走所轉(zhuǎn)過(guò)的角度進(jìn)行控制。 5）易于產(chǎn)業(yè)化 本作品基于單片機(jī)就可以控制，易于與PC機(jī)進(jìn)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(jī)器人的研制成本就會(huì)有大幅度削減。價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)使得本作品機(jī)器人的大眾式消費(fèi)、家庭型消費(fèi)成為可能，且有益于壁面清潔機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化形成。

作品圖片

  • 微型自攀爬壁面清潔機(jī)器人
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  • 微型自攀爬壁面清潔機(jī)器人
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作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

目的： 為了高效清洗已被粉塵覆蓋的玻璃幕墻和太陽(yáng)能光伏玻璃，為了使得機(jī)器人小巧輕量，為了讓所有家庭都可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人夢(mèng)想，為了城市的環(huán)境更加美好，為了使得太陽(yáng)能廣泛利用于社會(huì)，本作品采用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)線控制，單片機(jī)控制，多傳感器融合應(yīng)用等方法，通過(guò)仿真軟件建立虛擬樣機(jī)模型，驗(yàn)證機(jī)器人結(jié)構(gòu)合理性和運(yùn)動(dòng)靈活性，使得機(jī)器人滿足需求而可形成產(chǎn)業(yè)化。 創(chuàng)新性： 1）設(shè)計(jì)新型的行走機(jī)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(jī)器人小巧靈活，多功能實(shí)現(xiàn)等要求； 2）多種傳感器的融合應(yīng)用，機(jī)器人完全自主地運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自攀爬、清洗和越障功能，能夠廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能光伏玻璃清洗產(chǎn)業(yè)； 3）結(jié)合機(jī)器人小型輕量特點(diǎn)，完全實(shí)現(xiàn)無(wú)線控制，父機(jī)器人輔助子機(jī)器人群，完成充電、補(bǔ)水等工作，進(jìn)行高效清洗作業(yè)。 技術(shù)關(guān)鍵： 單體機(jī)器人實(shí)現(xiàn)自攀爬的整個(gè)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(biāo)： 1）機(jī)器人自重≤3kg 2）機(jī)器人外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：355mm×170mm×180mm 3）機(jī)器人功耗0.01Kw/m2

科學(xué)性、先進(jìn)性

科學(xué)性： 依據(jù)社會(huì)發(fā)展趨勢(shì)、國(guó)家政策方針、新型能源發(fā)展方向，本作品致力于實(shí)現(xiàn)清潔機(jī)器人的小型化，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人群清洗，可完成目前無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)器人清洗太陽(yáng)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(wèn)題，并且推行產(chǎn)業(yè)化后，對(duì)此工程項(xiàng)目的耗費(fèi)將比人工清洗便宜百倍甚至萬(wàn)倍。 先進(jìn)性： 1）采用新型結(jié)構(gòu)和先進(jìn)技術(shù)，使得機(jī)器人小巧靈活，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人群清洗，效率比人工提升很多； 2）豎直壁面上實(shí)現(xiàn)自攀爬運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)360度回轉(zhuǎn)，多傳感器融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)完全自主性； 3）與機(jī)器人制造公司、清潔公司加強(qiáng)合作，注塑生產(chǎn)，積極推廣，本作品將更具競(jìng)爭(zhēng)力，形成產(chǎn)業(yè)化，可實(shí)施銷售、租賃等方式獲得豐厚的利潤(rùn)； 4）父子機(jī)器人互相配合，子機(jī)器人群依據(jù)其微型特點(diǎn)，基于通信實(shí)現(xiàn)完成大規(guī)模的清洗工程項(xiàng)目任務(wù)； 5）成本低廉，市場(chǎng)價(jià)可被大眾接受，解放生產(chǎn)力。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)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(chǎng)演示、圖片、錄像、樣品等方式展示，真正市場(chǎng)化的產(chǎn)品需要一定時(shí)日。

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

目前是單體機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室調(diào)試階段，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最大化原則，對(duì)機(jī)器人各個(gè)動(dòng)作步態(tài)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)實(shí)現(xiàn)。機(jī)器人穩(wěn)定吸附于壁面上，對(duì)各種應(yīng)用場(chǎng)合玻璃清洗作業(yè)，具有廣泛的適用范圍。 查相關(guān)文獻(xiàn)可知，玻璃幕墻清潔機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外（境內(nèi)外）均呈現(xiàn)市場(chǎng)需求。ECE和IFR在1999年發(fā)表新聞公報(bào)統(tǒng)計(jì)，截止1998年，全球在役清潔機(jī)器人月300套，1999-2002年將再新投入500-1000套。據(jù)香港《環(huán)譽(yù)》雜志對(duì)清潔公司經(jīng)理的調(diào)查表明，每臺(tái)（套）售價(jià)在100萬(wàn)元港幣以內(nèi)的機(jī)器人是可以被被香港客戶接受的。事實(shí)上，國(guó)外清潔機(jī)器人的基本售價(jià)在15-20萬(wàn)美元。21世紀(jì)將更有市場(chǎng)。 本作品機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，大多數(shù)零件實(shí)現(xiàn)注塑批量生產(chǎn)，憑借微型特點(diǎn)，廣泛運(yùn)用于太陽(yáng)能光伏玻璃清洗產(chǎn)業(yè)，填補(bǔ)領(lǐng)域空白。實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)價(jià)低廉，最低可至RMB5000元，可運(yùn)用于家庭小范圍內(nèi)壁面清洗，適合大眾的壁面清潔機(jī)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(jī)器人，投放市場(chǎng)后，將具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

同類課題研究水平概述

壁面清潔洗機(jī)器人隸屬于特種機(jī)器人，由于其將為人類帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。因此，各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都投入大量人力物力，積極進(jìn)行其理論和技術(shù)研究，。 在國(guó)外，對(duì)爬壁機(jī)器人的研制日本起步比較早。1978年，日本化工機(jī)械技術(shù)服務(wù)株氏會(huì)社研發(fā)了兩款壁面爬行機(jī)器人：PC型核電站外墻面清洗機(jī)器人和PD型核電站壁面清洗機(jī)器人。從80年代開始，爬壁機(jī)器人的研究在國(guó)內(nèi)外取得了突飛猛進(jìn)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(jī)器人被開發(fā)出來(lái)，有的已進(jìn)入實(shí)用階段；到90年代初，國(guó)內(nèi)外已有11臺(tái)不同類型的爬壁機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)器人，此后又進(jìn)一步發(fā)展出“NINJA—Ⅱ”型機(jī)器人。1922年，日本機(jī)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(jī)器人。此外俄羅斯彼得堡國(guó)立技術(shù)大學(xué)也成功研制出負(fù)壓吸型爬壁機(jī)器人；英國(guó)南岸大學(xué)在1944年研發(fā)出多足多吸盤氣動(dòng)型爬壁機(jī)器人。近年來(lái)，英國(guó)又開發(fā)了“Robug Ⅲ”型爬壁機(jī)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(jī)器人；90年代初，英國(guó)的RTD公司研制出了了輪式磁吸附爬壁機(jī)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(jī)器人，它是一種輪式結(jié)構(gòu)。 國(guó)內(nèi)壁面爬行機(jī)器人的開發(fā)始于80年代。哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)器人研究所特種機(jī)器人研究室，從1988年開始在國(guó)家“863”計(jì)劃的支持下，率先從事爬壁機(jī)器人的研究。此后中國(guó)科技大學(xué)、上海交通大學(xué)、清華大學(xué)機(jī)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(cuò)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(gè)系列5個(gè)品種的爬壁機(jī)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(cè)厚等工作；上海交通大學(xué)開發(fā)了一種測(cè)量油罐容積的履帶式磁吸附型爬壁機(jī)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(jī)器人，采用框架式步行移動(dòng)機(jī)構(gòu)，真空吸附；北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所研制開發(fā)了WASHMAN和CLEANBOT-Ⅰ。
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