背景簡介

目前，中國建筑面積為500億平方米，其中幕墻占 5%，而中國每年新建幕墻達(dá) 9000萬平方米。即使以最低收費標(biāo)準(zhǔn)計算，國內(nèi)的高層外立面清洗市場超 100億元，市場潛力巨大。隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步與快速發(fā)展，家政服務(wù)機(jī)器人有望成為繼電腦和手機(jī)之后大批量進(jìn)入家庭的消費類電子產(chǎn)品。人工擦洗玻璃（尤其是外窗戶面）存在作業(yè)困難和較高風(fēng)險，而大型擦窗機(jī)投入成本過高，因此擦窗機(jī)器人成為安全經(jīng)濟(jì)的選擇。國內(nèi)擦窗機(jī)器人產(chǎn)品主要來自于科沃斯和嘉世達(dá)兩家公司，兩家公司的產(chǎn)品功能相似度高，均無法翻越窗戶邊框，且只能夠擦洗單塊玻璃，實用性有待增強(qiáng)，競爭優(yōu)勢不明顯。

作品簡介

西北工業(yè)大學(xué)研究生創(chuàng)新團(tuán)隊設(shè)計的可越障擦窗機(jī)器人—TaichiRobot，不僅能夠緊貼玻璃窗戶壁面，實現(xiàn)整塊玻璃擦洗，還具備獨特的越障能力，可快速高效完成窗戶內(nèi)外玻璃面的擦洗作業(yè)。

TaichiRobot 的設(shè)計主要包括三部分 ：

整體機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，主要難點包括整機(jī)越障機(jī)構(gòu)設(shè)計、自適應(yīng)浮動吸盤設(shè)計、強(qiáng)度設(shè)計；硬件電路設(shè)計，主要包括驅(qū)動電機(jī)、不間斷電源、采集傳感器信息、通信電路 ；軟件編程，實現(xiàn)自動 / 半自動擦洗功能與自主越障。

技術(shù)優(yōu)勢 ：

TaichiRobot 安裝了防跌落傳感器，能夠擦洗無邊框玻璃。

TaichiRobot 首次實現(xiàn)了越障，能夠完整擦洗具有高低落差的玻璃窗。

TaichiRobot 具有干擦、濕擦和干濕混合擦三種擦洗模式，工作效率高，擦洗更干凈。

TaichiRobot 體 積 小（400 mm×200 mm×70 mm），重量輕（≤ 3.5 kg），耗能少，綠色環(huán)保。

工作原理

集負(fù)壓吸附功能

機(jī)器人內(nèi)部電機(jī)抽出吸盤內(nèi)的空氣，實現(xiàn)真空狀態(tài)，以便機(jī)器人牢靠地吸附在多種材質(zhì)上，如玻璃鏡面、大理石、不銹鋼表面等，吸附強(qiáng)勁，負(fù)壓可以達(dá)到 -30 kPa，載重性能約為自重的 2 倍。

擦洗功能

自適應(yīng)抹布能夠適應(yīng)不同的玻璃面，具有干擦、濕擦和干濕混合擦三種擦洗模式，在機(jī)器人前進(jìn)過程中對臟污進(jìn)行擦 - 刮- 抹處理，清潔效率高。

越障功能

采用機(jī)械臂輔助抬高越障，兩個機(jī)器人在擦完一塊玻璃后迅速靠近另一塊玻璃，其中一個機(jī)器人固定，另一個機(jī)器人依靠機(jī)械臂中的抬升電機(jī)緩慢抬升，實現(xiàn)越障。當(dāng)?shù)谝粋€機(jī)器人越障成功并固定在還未擦洗的玻璃上之后，另一個機(jī)器人實施越障。該越障技術(shù)填補(bǔ)了國內(nèi)履帶式小型擦窗機(jī)器人的越障功能空缺。

防跌落功能

機(jī)器人裝有防跌落傳感器，能夠有效感知吸附表面的邊緣，尤其在無邊框環(huán)境下，能夠判斷邊緣位置，防止跌落。此外， TaichiRobot 具有防跌落安全扣，可承重約 10 kg。

自動清潔 / 手動清潔路徑

自動清潔模式可自動識別窗戶的大小，優(yōu)化出“Z”字型清潔路徑 ；手動清潔模式下，用戶可以通過手機(jī) APP 端對機(jī)器人進(jìn)行遙控，對部分污染區(qū)域進(jìn)行重點擦洗與清潔。

緊急報警功能

搭載 WiFi 無線通信模塊。機(jī)器人在工作中遇到突然斷電的情況時，啟動機(jī)載備用電源，保證機(jī)器人能夠停留在安全位置并報警，提醒用戶采取措施。

創(chuàng)新點

首次實現(xiàn)了可越障擦窗功能 ；設(shè)計的自適應(yīng)浮動吸盤可大幅提升機(jī)器人越障吸附玻璃成功率 ；設(shè)計的硅膠密封圈具有較好的柔軟度及密封度 ；設(shè)計的“Z”字形擦洗方式可提高擦洗效率，減小重復(fù)擦洗面積 ；設(shè)計的浮動式擦洗裝置可在保證穩(wěn)定越障吸附玻璃面的同時擦洗玻璃 ；設(shè)計的電源切換電路，當(dāng)主電源斷電時自動切換至電池供電并報警。

市場前景

隨著高層建筑的增加，以玻璃壁面為代表的幕墻結(jié)構(gòu)逐漸演繹成華麗的“城市外衣”，同時家庭中的落地窗也逐漸增多， 因此衍生出繁重的壁面清洗任務(wù)。另一方面，越來越奇特的建筑結(jié)構(gòu)使清洗的難度成倍增加，傳統(tǒng)的清洗方法已無法滿足需求。

根據(jù)實際情況，我們將用戶群體分為以下幾類 ：

家庭

由于城市工作壓力大，人們在家庭清潔方面能夠投入的時間和精力較少，因此他們更容易接受通過智能化的機(jī)器人完成繁瑣的清潔工作。

物業(yè)公司

相比于窗戶內(nèi)壁面，窗戶外壁面更容易受到灰塵、雨水的污染，因此窗戶外壁面擦洗需求的頻率高于窗戶內(nèi)壁面。小區(qū)和寫字樓的物業(yè)更注重環(huán)境的整潔，物業(yè)公司更傾向于通過方便、經(jīng)濟(jì)的方式來完成范圍內(nèi)公共設(shè)施的玻璃擦洗作業(yè)。

保潔公司

清潔公司在清洗玻璃外墻時只有“蜘蛛人”和大型擦窗機(jī)兩種方式，“蜘蛛人”擦洗存在著高風(fēng)險的固有缺陷，而大型擦窗機(jī)則存在著投入成本過高的缺點。設(shè)計的擦窗機(jī)器人擁有投入費用低、受外部環(huán)境影響小的優(yōu)勢，完全可以取代舊的擦洗方式完成大部分的擦窗作業(yè)。同時，通過擦窗機(jī)器人作業(yè)可以降低清潔公司的運營成本，降低作業(yè)風(fēng)險。