高楼外墙清洁设备

白茂成 徐永祥 郭东升

摘要：介绍了一款自主研发的智能高楼外墙清洁设备。模仿人工外墙清洗模式而设计的拥有智能系统以及清洗流程的一款高楼外墙自主清洁设备。

关键词：高楼外墙清洁 智能机器 清洁机器

一、研究背景

在超高层建筑物建设方面，根据2018年4月8日《日本经济新闻》报道，预计在今年，全世界将有约230座超高层建筑物竣工，同比增加60%，其中60%在中国的大中城市，即中国就约有138座。

亚洲其他新兴国家也在争先恐后地建设超高层大厦，吉隆坡、曼谷等城市都在推进超高层建筑物开发：阿联酋的迪拜等地计划中的超高层建筑物也有约30座。这些国家和地区人口的平均年龄低，城市地区就业人口持续增长，写字楼和住宅需求快速膨胀，助推了超高层建筑物的出现，另外，由于企业业绩良好也维持了坚挺的需求。

随着高层、超高层建筑物的不断增加，市场对于高楼幕墙的保洁作业需求也将会持续增长。

据统计，当前全世界约有8000家左右的清洁用品供应商，仅p、3M等清洁用品生产商每年的营业额达数百亿美元。其中欧美、日本等发达国家占了2/3的比率。其年产值超过500亿美元。在这些国家，制定了清洗行业标准来确保清洁行业的健康发展，并作为公共卫生的一部分。但在这8000家左右的国际清洁用品供应商中，仅仅只有5%的厂家进入了中国市场。2004年5月，世界最大的清洁展览会ISSA/INTERCLEAN在荷兰举行，展会吸引了来自世界上的大约3000家清洁用品供应商的参与，但中国的参展商只有5家左右。由此可见，中国清洁行业发展空间很大。

在高层建筑外墙清洁方面，部分新式高层建筑在建筑初期考虑到后期的外墙清洁问题，在内部安装了外墙清洗设备的轨道，但当前大量的高层建筑在建设初期均未安装相关轨道设备，因此在外墙清洁方面大多依然采用蜘蛛人进行外墙的清洁，采用升降机、脚手架与蜘蛛人配合，对操作人员的技术要求具有较高的标准，同时存在诸多的安全隐患，各国每年都会出现数起由于钢丝绳断裂、升降机故障等而导致擦窗工人被倾斜悬挂在高空、或从高空坠落的事故。

二、产品简介

本产品为自主研发的智能高楼外墙清洁設备，产品基于一个长方体框架，通过模仿人工外墙清洗模式设计产品智能系统以及清洗流程。本产品由楼顶吊机、拼装导轨、升降尼龙绳和清洗机主体四部分组成，其中主体部分又由清洗系统、检测控制系统、支撑稳定部件三部分组成。本项目实现了全自动化处理具体体现为轨道小车运行、机器越障处理、毛刷电机转速控制等。

综合楼顶吊机、拼装导轨配合升降尼龙绳对设备进行吊挂升降及水平移动：升降尼龙绳、封面支撑轮、螺旋桨叶和控制系统实现设备稳定：通过缓冲臂履带轮、压力传感器实现在不同表面楼面平稳运动作业：通过水泵、毛刷、刮板等组成的清洗系统实现供水及清洗;通过图传系统，实现对作业的实时监控和外墙材质检测来调整清洗速度。

三、文献综述

本项目在人工外墙清洗机的基础上改进设计了适用于多种复杂情况的智能高楼外壁清洁机。作业时首先在楼顶靠近墙面位置固定好长导轨，长导轨两端各固定一个电机，导轨上有运行的轨道车，轨道车上带有吊机和可以正反转的电机。楼顶上通下两根尼龙导轨绳作为设备运动的轨道、吊机上通下两根尼龙升降绳并在其上附着水管和电线进行供水供电。机器的清洁装置由两根导轨绳固定位置使其紧贴于与墙面，轨道车上的驱动电机连接尼龙升降绳控制清洁装置的上下运动，使清洁装置完成清洁工作。当清洁装置完成上下一个单元的清洁任务后，轨道两侧电机控制轨道车吊机沿长轨道横向运动，轨道车通过电机运转向右（左）运动到下一个清洗单元，整体运动轨迹采用“s”形路线（即从楼底直线运动到楼顶，侧移一个工作位置，然后再直线运动到楼底），采用倒“s”运动方式可更高效的完成清洁任务。

机器在清洗墙面时会遇到墙面连接之间的障碍，此时清洁装置中的距离传感器会将数据传回到楼顶运动控制系统，经系统分析判断后控制履带轮的折叠伸缩以及毛刷和刷板的收缩程度，从而保证清洁装置稳定顺利的越过障碍继续工作。

清洁装置由楼顶向下运动，在遇到障碍时位于最底端的两个履带轮，其连接杆收缩系统设定距离后，折叠杆会控制轮带面倾斜一定角度使履带轮贴于障碍物表面，等履带轮越过障碍后恢复到原状态。接着装置里的每一平行位置的刮板毛刷也会由连接的伸缩杆收缩一定距离依次通过障碍物，最后的两个履带轮以相同原理进行伸缩折叠运动，这样这个装置经过伸缩杆的调整可以平稳顺利的越过障碍。

本清洁机器中还加入了图传系统，清洁装置中安装了网络摄像头，摄像头通过wifi无线信号将机器工作的实时画面传到操作者的移动监控端，从而达到监控机器的工作情况，使机器工作中遇到问题后能够被操作者及时的发现并解决。同时，终端软件还可以通过图像智能分析外墙材质调节毛刷电机转速。

另外，清洗液也进行了配比，使得清洁更加简单彻底。

四、产品优势

（一）效率优势

本产品相对于传统作业具有明显的效率优势，具体表现在以下方面：

工作时长方面：本产品工作动力由电机提供，所需的水源电源均来自楼顶，通过不间断的供水，可实现持续工作。免去了人工作业休息和换用清洁工具的时间，工作时长得到大幅提升，工作时长是工作效率的基本保障，从而工作效率得到大幅提升。

有效工作面积方面：本产品对墙面的吸附主要靠设备自身重力将设备前可伸长的机械手臂连接改良皮质材料轮与墙壁紧密结合，且可在附墙臂的同时移动定向工作。清洗单元也有突破性进展，在清洗墙面的过程中清洗毛刷，且毛刷尺寸大，使得单位时间可清洗面积最大化，即有效工作面积增大。

工作稳定性方面：在同样的单位工作周期内，使用机器的作业量也是固定的，不会忽高忽低。并且每一单位工作时间是固定化，玻璃幕墙的清洁率和完成度也高。

工作受制因素方面：传统作业方式易受天气、时令、季节、地域等因素的影响和限制，但本产品进行作业的前提条件极其简单，受制因素少，可在严寒、高温等极端天气下进行持续不间断作业，极大地提高了工作效率。

综上所述，经过计算，产品的效率为传统保洁的十倍左右。

（二）安全优势

材料方面：在主体材料的选取上，本产品另辟蹊径，采用碳纤维以及金属合金，不仅重量轻，而且绳索好固定。材料的轻巧，会减轻整个清洁机器的重量，使得升降更加便捷。再辅以绳索联结，由此，产品的安全系数大大提高。本机器也有许多精密细小的零件，这些零件的材料就由铝型材来制作。铝型材具有优良的抗腐蚀性、优良的可机加工性、一定的拉伸强度、屈服强度、可延展性和相应的加工硬化率。

作业方式方面：本产品在作业方式上有别于传统方式，墙壁结合采用可附着材料制成圆轮，万向橡胶轮可使机器按照要求朝既定方向运动，智能机械臂的移动附着，进行超高效作业。

控制方面：通过智能机械臂的移动附着，实现超高效作业，作业全程控制采用APP远程监控，减少人力操作，保证绝对安全。通过电路设计自动实现爬壁清洁机器人在壁面上的移动，有效地提高了清洁率。同时楼顶，部采用滑索固定，将固定装置成本减至最低。操作和一般编程上来讲，本产品与其他品牌机器人的体验差别不大，但控制系统用的是经过多次调试优化后的系统为。外围组件丰富程度比较高，自配的爬行系统也很棒，引导作业效果比较好，而三维导轨的设计和应用使得安全系数大大提高，作业难度系数大幅下降。

五、结语

根据对呼和浩特市和天津市十家保洁公司的调查发现，百分之八十保洁公司需要替代人工的保洁设备，并随着国家政策的完善，政策门槛的提高，对与新型高楼保洁设备的需求将会越来越大。同时随着对于工匠的重视度不断提升，人工成本将会不断增加，将会增加相关企业的运营压力。

而我们的高楼保洁设备正是在这种背景下应运而生。它的出现将极大降低高层建筑的清洗成本，改善工人的劳动环境，提高清洗效率.也必将极大地推动清洗业的发展.带来相当的社会效益、经济效益。