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1工作原理和工作过程分析
1．1自动清洗机工作原理
自动清洗机主要通过3个系统进行工作［10］：（1）清洗系统。由滚刷系统、喷淋系统 、水循环回收系统 、污水处理系统、洁面系统构成，采用冲洗 、刷洗和刮洗联合作用的方式完成清洗工作 。（2）爬壁系统 。采用真空吸附 、气体驱动的吸盘组结构 ，有效满足负载、速度 、越障等要求。真空吸附结构有圆形旋转结构和十字架机构 。（3）控制系统 。采用可编程控制器（PLC） ，通过对地面电脑进行无线操作，完成对机器人主体的吸盘脱离 、本体移动、吸盘吸附 、清洗顺序的控制等。
1．2工作过程分析
清洗机工作时发射无线信号 ，由地面电脑接收信号并控制清洗机的运动路径 ，楼顶卷扬机连接机器并配置有相应的随动控制单元，可根据清洗机的运动速度不断伸长或收回卷扬机钢绳 ，起着保护作用 ，防止清洗机突然失去控制从楼面掉落，确保其安全 。清洗机通过爬壁系统的吸附装置吸附在墙面上 ，地面气泵车提供动力 ，接收指令后开始工作 。清洗机的运动采用十字运动方式，分解为纵向和横向运动：先是纵向吸附，横向移动 ，然后横向吸附 ，纵向移动交替进行。当快到达边界时，边界传感器发出信号 ，改变方向 ，往下方行走，如图1所示［11］ 。
1．3控制过程分析
自动清洗机的控制系统采用主从两级控制结构 ，由清洗机自身控制计算机 、地面电脑及无线射频通讯装置3部分组成 。清洗机自身控制计算机采用可靠性较高的工业用PLC ，直接安装在机器人上，接收地面电脑发送的信息 ，并启动执行机构 ，实现对机器人电机、离合器 、制动器等部件动作的控制，从而完成命令 ，同时采集机器人各个时刻运动状态 ，并将其发送给地面电脑，最终实现壁面清洗机器人的监控功能。地面电脑可实现自动遥控和手动遥控之间的切换 。遥控装置主要包括无线射频通讯装置和功能控制按钮［11］ 。动力由地面气泵车通过壳体上的气泵输送管提供给清洗机；壳体上吊环与楼顶卷扬机相连，卷扬机装有随动装置 ，根据清洗机的移动收回或伸长缆绳 ，防止其突发故障时掉落；摄像头可将清洗状况通过无线信号传回地面电脑，实现实时监控。
2方案设计
在对自动清洗机的工作原理和工作过程分析的基础上 ，结合设计目标 ，设计了3款方案，如图2所示。方案A采用的是半包围的结构 ，橙色的外壳采用塑料材质 ，将纵向钢支架和清洗机构全部包裹在里面 。横向支架两端是采用三角吸盘组的吸盘，更有效地吸住玻璃幕墙 ，降低危险事故的发生率；方案B主要由两个十字交叉的爬壁手抓和类似棱台的清洗系统组成 。十字交叉的钢架后段采用可折叠伸缩的行走机构 ，末端有三角吸盘组，可灵活变化多种行走姿势 ，提高跨越障碍的能力；方案C采用了全包围的结构 ，将所有的零件 、管线全部隐藏在壳体内。两侧手臂具有伸缩功能，节省了机器人收纳时的占地空间 。根据自动清洗机结构和视觉识别性等方面的要求，选择科技感强、结构上能满足使用要求的方案B进行深化设计 ，设计内容为各个部件的形状、位置 、排布及关键机构的运动方式 、运动过程等 。
图3为最终方案的设计草图 ，在外形设计上采用了仿生的设计理念，结构上采用十字架的运动结构 ，材料上采用轻质的铝合金和塑料。十字钢架末端安装边缘探测传感器 ，模仿蜘蛛的足部关节运动方式，可进行多种姿势的行走运动 ，清洗机壳体是对四棱台进行切割变形后得到的造型 ，四周安装有摄像头、吊环 、无线信号发射器 、气泵输入管等；两侧有清水箱和污水箱的进水口和放水口；清洗采用刷洗、刮洗和高压喷洗方式相结合；内部采用了水循环结构，一方面可节约高空中清洗时的用水量 ，另一方面又可减少自身的负载 。自动清洗机的最终效果图及应用场景如图4 、图5所示 。
3结论
对高层建筑幕墙自动清洗机进行了SET因素分析 ，以寻找产品机会缺口，并将机会缺口转换为设计方向。设计方案对自动清洗机的造型与结构进行了综合考虑 ，合理优化 ，建立了三维数字模型 。改进后的自动清洗机结构上运行合理，且具有较强的视觉识别性，产品与环境形成了有机整体 ，综合品质及附加价值得到提升 。
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