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武汉我国中央空调风管清洗机器人的关键技术和发展趋势【极速大发排列5】

2019-12-10

〔摘要〕阐述了中央空调管道清扫机器人的特点,分析了在研究中央空调道清扫机器人方面的关键技术,介绍了我国中央空调清扫机器人的研究现状,并对今后中央空调道清扫机器人的发展趋势作了分析.

〔关键词〕中央空调管道清洗;

随着社会的发展,我国越来越多地采用中央空调系统来对室内空气的温度、湿度、气流速度等进行调节,但由于其过滤器的效率不可能达到100%,空调设备内部也会生锈和结晶等,长期堆积形成风管内的尘埃和污染物质,如果这些污染物不能得到及时的清扫,则会由于风阻的加大而损耗能源,同时还会使室内的空气受到污染,诱发细菌滋生,传染疾病,严重影响人们的生活质量,因此,对中央空调管道进行清洗以至检测、维护的空调通风管道清扫机器人具有良好的应用前景和广泛的市场需求,它集机械学、电子技术、传感器技术、计算机技术、控制技术、机器人技术、人工智能等诸多学科为一体,是一种环保、健康、智能型的服务机器人.

1、中央空调风管清洗机器人的特点

风管清洗机器人的作业对象主要是高楼大厦中中央空调的通风管道.因高楼内空调管道纵横交错、管路复杂,有大口径的总管和小口径的支管,管道截面有矩形管和圆形管,不同管径和不同形状的管道之间构成有阶梯接口、锥形接口、圆弧弯道、“L”弯道、“T”或“Y”岔道等,因而工作时需要采用检测、刷洗、污物收集、消毒、录像等联合作业的清洗作业方式.要实现这些功能,机器人必须拥有的“器官”即:灵活的移动载体、多种清扫和清洗作业工具、CCD摄像机及照明系统、通信系统和控制台以及一些辅助设备和设施,其总体结构.

2、中央空调风管清洗机器人的关键技术

2.1多传感器信息融合技术

处在非结构化环境中的清洗机器人,需要采用多种传感器来获取不同种类、不同状态的信息.因此必须协同使用多种传感器并将各种传感器信息有效地结合起来即进行信息融合,形成高性能感知系统来获取对环境的一致性描述的过程以满足可靠性、高稳定性、高精度和低成本的要求.

2.2尺寸设计

由于国内的中央空调风管并没有规范化,因此不同地方所用管道的尺寸并不相同.《公共场所集中空调通风系统清洗规范》规定,需要清洗的管道的最小高度为180mm,因此机器人设计须考虑不同规格风管的要求,另外,机器人在清洗过程中需要克服较大的阻力和电缆重量.然而,小车是在管道内行走的,故小车的大小还受到中央空调管道尺寸的限制.减小机器人尺寸的同时,摄像头的尺寸、电机的尺寸以及车载控制器的尺寸也受到了限制,因此机器人的尺寸设计要符合与摄像头、电机的性能和车载控制器的功能要求.

2.3动力技术

在中央空调管道中,受限于屏蔽作用,采用无线的通讯方式是不现实不可靠的,所以,要采用有线的形式.若中央空调管道的长度线长设计为30m,要拖动30m以上的电缆,电机要提供一定的扭矩,同时又要保证一定的速度,这对电机的功率和效率要求严格.而且,限于车身体积,电机体积得适中,这又与功率要求形成了矛盾,故动力的选择成为关键技术之一.

2.4直线行进中偏差控制技术

行进中由于左右电机的负载差异,电机本身参数的差异等因素,会造成机器人行进中的走偏问题.当偏差明显时,会给机器人的操控带来不便,尤其是在管道中摄像头的视野有限.同时考虑到定量检测的需求,机器人必须在一定精度上能保持直线行走.

2.5摄像与照明技术

机器人在清洗风管作业前先要对风管内部进行探测清洗,完成后,需利用机器人自身携带摄像机拍摄风管清洗后的情况,作为清洗效果评定依据.由于中央空调管道缺乏光源,因此必须通过增加照明设备才能使管道机器人正常工作.为了使摄像头能够观察,比如说5米以外的物体,照明灯必须有足够的亮度以及汇聚能力.但是,与此同时汇聚的光被近处管壁反射后,会使管道局部过亮,而导致摄像头图像饱和的问题.因此照明灯必须是亮度可调的,摄像机要具有体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性强、成本低、高分辨率等特性.

2.6通讯与控制技术

这涉及从控制器与主控制器,主控制器与PC图像终端,PC图像终端与视频服务器间的通讯问题.而对于前两者,需要高效的通讯协议,使其既能满足功能要求,又不占用过多的系统资源,通讯与控制技术因此应满足以下要求:

(1) 结构简单,实用性和经济性好,且具有很高的可靠性和稳定性;

(2)处理速度快、抗干扰能力强,能进行多任务的实时处理;

(3)功能强、体积小、重量轻,便于扩展;

(4)软件开发设计方便,维护方便.

3、中央空调管道清洗机器人的现状及发展趋势

就国内现状来说,2004年以来所使用的中央空调管道清洗机器人大部分为国外产品,当时尽管研究的很多,但真正成型投入使用的并不是很多,产品和市场大都不成熟,而国外的相关产品大多功能单一,智能化水平低,基于一些原因,价格又相当昂贵,出于国内市场的需求,近几年,许多学校和科研单位投入研制,如:清华大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、东华大学、深圳大学、中科院兰州分院等,一系列低成本、高效率、比较实用的机器人相继投入市场.目前,中央空调机器人的发展趋势将是:

(1) 可组合的机械设计模式,使机器人可以适应不同高度管道的要求,因此适应性更强.

(2) 采用高效率、高功率密度、高功率的空心杯电机,使机器人具有足够的动力.

(3)采用双明处理器加配合的控制方式,不但处理速度快,而且升级,换代容易,便于向智能化发展.

(4)设计中采用改进的算法,避免积分饱和现象的出现以及提高系统的响应速度.

(5)配备消毒、净化设备,清洗工作完成后可对整个中央空调系统进行消毒处理,并提供一种消毒设备安装在清洗后的中央空调系统内,可以按照客户的需要随时对整个中央空调系统的过滤段到出风口进行整体消毒,去除空气中的细菌、病毒以及尘埃颗粒.

(6)开发维护模块及管内空气监测设备,随时反馈信息,及时处理故障,监测清洗结果.中央空调管道清洗机器人技术的成熟和其产品的国产化,会进一步提高我们的物资和文化生活,其研究和发展具有广阔的应用前景、重要的社会意义和经济效益.


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