一、作品的目的、意义

1. 创意背景：

随着城市现代化发展，特别是高层建筑的兴起，以玻璃壁而为代表的壁面结构逐渐演绎成华丽的“城市外衣”，如图1.1，图1.2所示。与此同时，也衍生出繁重的壁面清洗任务。当前，许多国家已对建筑壁面的清洗要求做出了明确规定，但一些越来越奇特的建筑结构设计也使清洗的难度和成本成倍增加。

图1.1 大型建筑玻璃幕墙                       
图1.2 商品房玻璃结构  

据统计，全国有95%城市高楼玻璃外壁采用的是人工清洗完成，这种操作方式不仅投入大，效率低，费工时时，而且极其危险，如图1.3所示，这种操作方式存在着极大的安全隐患。在社会文明高度发展的今天，对生命的关爱达到了前所未有的高度，要求停止使用蜘蛛人的呼声不绝于耳，因此人们期待新的具有人性化的清洗方式出现。甚至对于某些场合，采用传统的清洗方法已无能为力。

图1.3 蜘蛛人高空作业现状

2. 设计目的和意义：

机器人技术是近些年热门的新兴技术，已广泛应用于工业、生活中的各个领域，本团队针对在生活中人工清洗玻璃难度高、安全隐患大这一现实问题，设计一款玻璃清洗机器人，力图解决上述现实问题。主要目的和意义如下：
 

图1.4 机器人清洗玻璃

（1）擦窗机器人属于移动式服务机器人的一种，可在垂直壁而及屋顶移动进行物体表面的清洗作业，大大降低高层建筑的清洗成木，改善工人的劳动环境，提高劳动产生产率，具有相当的社会、经济意义和广阔的应用前景。

（2）根据擦玻璃机器人的特点，擦玻璃机器人可应用大量高楼玻璃的清洗工作，也可以在一层楼上用多个机器，这样可以大大的改善工作效率提高，具有一定的使用价值，可减少人工清洗的危险度，解放社会生产力.

二、作品设计内容

本作品通过设计正副两个擦窗机器人，通过磁力相吸使之紧贴于玻璃两侧，同时清洗玻璃。主要研究内容包含原理设计、结构设计、辅助功能设计三部分，本产品总体设计图如图2.1,2.2所示：

图2.1智能擦窗机器人总体设计图
            
          图2.2爆炸图   

1）原理设计：通过磁铁相互吸引，使得机器能够更好的固定在玻璃上，在通过自动移动的同时，模拟人工擦拭玻璃表面的动作，通过被相互吸附的磁铁压紧的抹布擦拭清洁玻璃的正反两个平面，起到高效快速清洁玻璃的效果。

2）结构设计：擦窗机器人有正副两个，副机跟随主机运动。在每个机器人内部都有两个蓄水箱，强力磁铁，处理器，锂电池.如图2.3，在机器人外部通过橡胶履带牵引机器人运动，如图2.4所示；

图2.3主要部件图
                  
      图2.4橡胶履带履带                           

3）辅助功能设计：

为了更好的适应作业环境，控制方便，操作简单，本项目设计的智能擦窗机器人具有以下6大辅助功能，如图2.5；

图2.5六大核心功能

①　自转角技术：由于不同曲度的玻璃在折射光时有很大差异，通过机器腹部的光感系统识别后，机器可自动调整清洁区，从而到达清洁区的转换。如图2.6所示中，擦窗机器人能在不同曲度玻璃自动调整清洁区域;

图2.6不同曲度的玻璃幕墙

②　断电保护技术：当机器断电时，内部的锂电池仍会维持机器运作，并有保险绳连接，防止机器掉落,如图2.7所示;

图2.7类似机器人保险绳

③　磁力吸附：通过内外机器人的磁铁吸附作用，控制机器人与玻璃之间的摩檫力，从而控制机器人的移动，如图2.8所示，通过两磁铁吸引，使内外两机器人吸附在玻璃壁上；

图2.8磁力吸引示意

④　无线远程操纵技术：搭载先进无线操作系统，实现远程操作。可一次性擦一整面大楼玻璃幕墙。如图2.9利用遥控进行无线操作；

图2.9遥控控制

⑤　自主线路规划：搭载超高清摄像头，能够在工作过程中不断观察周围环境，调整工作路线，做到无人指挥控制，如图2.10两种路线规划例子

图2.10路线规划例子

⑥　强力清洁系统:利用磁力与水的吸附性，加大摩擦，使得机器人能紧贴玻璃墙，擦拭强韧，出水口呈细小多孔，抹布抹墙与水洒交替进行，边抹边洒水，清洁更加强力。

三、拟解决的关键问题

1) 对不同形状玻璃的擦拭效果可能不同，对一些大曲率玻璃可能无法擦拭。

2) 由于机器体积较大，更适用于大面积的玻璃，对一些面积较小的玻璃可能比较麻烦。

四、应用前景

根据擦窗机器人的特点，擦窗机器人可应用大量高楼玻璃的清洗工作，也可以在一层楼上用多个机器，这样可以大大的改善工作效率提高，具有一定的使用价值，可减少人工清洗的危险度，也大大地解放社会生产力，所以擦玻璃机器人的市场前景是非常乐观的。