走在大街上，偶爾能看到掛在墻上清洗建筑外墻的“蜘蛛人”們，不禁要為他們的安全擔(dān)憂。清洗建筑外墻玻璃這個(gè)看似不復(fù)雜又危險(xiǎn)的工作，多年以來卻始終沒有被機(jī)器代替。智能外墻清洗機(jī)器人ispider或許能夠改變這一情況。它由廈門樸蜂科技?xì)v時(shí)9年研制，目前樣機(jī)的功能論證已經(jīng)完成，正進(jìn)行量產(chǎn)前準(zhǔn)備。
ispider 能夠模仿 “蜘蛛人” 的清洗流程，對大多數(shù)建筑外墻進(jìn)行自動(dòng)清洗。它體積和一個(gè)中學(xué)生接近，由設(shè)置在樓頂?shù)目梢苿?dòng)卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)，通過鋼絲繩牽引，對大樓外墻面進(jìn)行清洗。這樣一個(gè)人掛著水桶，拴根繩子，拿著抹布和刮水器就能完成的工作看似簡單，然而樸蜂科技創(chuàng)始人張華龍告訴 36 氪，實(shí)際要遠(yuǎn)比想象中困難的多，這也是他們歷時(shí)9年才完成研制的主要原因。具體里面的困難主要有幾個(gè)方面：
首先，就是要能夠識(shí)別不同的墻面，采取不同的清洗方案。為此，ipsider使用了機(jī)器視覺技術(shù)，在室外光照、溫度和識(shí)別背景高度復(fù)雜的情形下，通過特殊的算法及高速并行處理方式，對墻面的材質(zhì)變化進(jìn)行識(shí)別，提供不同的清洗方案。同時(shí)對外墻框架線條的變化進(jìn)行精細(xì)尺寸測量，確保清洗機(jī)械臂對高低不同的墻面能夠進(jìn)行全面地類似人工流程的清洗。
其次，還要保證姿態(tài)穩(wěn)定。機(jī)器人在空中工作時(shí)，即有來自各個(gè)方向的風(fēng)或其它干擾，又有工作過程中動(dòng)作反作用力產(chǎn)生的姿態(tài)偏移，ispider的控制系統(tǒng)需要要在這些條件下，保證系統(tǒng)平穩(wěn)地工作。因此ispider采用了類似無人機(jī)控系統(tǒng)的控制算法，對姿態(tài)和位置進(jìn)行控制。張華龍也因此把ispider稱作“半飛行器”。
ispider的控制系統(tǒng)由 10 個(gè) CPU 組成神經(jīng)元系統(tǒng)，以最快 200HZ 的反應(yīng)速度，管理觸覺，姿態(tài)，方向，速度，風(fēng)壓，識(shí)別等 50 多個(gè)傳感器，以及 40 多個(gè)執(zhí)行清洗和姿態(tài)控制的微型數(shù)字電機(jī)。在控制系統(tǒng)的保證下，ispider 可以像壁虎一樣牢靠地吸附在墻面工作，也能像飛行器一樣在強(qiáng)風(fēng)中保持自身的姿態(tài)和安全。
此外，還要能夠攀爬和越障。建筑外墻很多時(shí)候會(huì)有各種障礙，如窗臺(tái)窗框等，機(jī)器人需要能夠識(shí)別并越過這些障礙。ispider依靠毛刷和刮雨器工作臂交替伸縮落地，實(shí)現(xiàn)了攀爬并同時(shí)清洗窗框窗臺(tái)等障礙物。與飛行器類似的姿態(tài)控制系統(tǒng)讓ispider可以以飛行的方式跨過障礙。攀爬和越障使得ispider可以清洗目前90%以上的建筑外墻面。個(gè)別特殊墻面，樸蜂采用定制配件的方式解決。
最后，要小型和輕量化。現(xiàn)場人工可輕易搬動(dòng)的小型輕量化系統(tǒng)是實(shí)用性的首要選擇。為了實(shí)現(xiàn)小型和輕量化，樸蜂使用了多方面的技術(shù)：
參照航空飛行器進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使用“翼盒”結(jié)構(gòu)，盡可能減輕重量。
為了避免附帶龐大的支持管線，使用了儲(chǔ)能/重量比高的磷酸鋰鐵電池，可以使機(jī)器連續(xù)工作180米。
合計(jì)30余個(gè)電機(jī)，全部采用了體積小的數(shù)字化稀土永磁無刷航空電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以無級(jí)調(diào)節(jié)，由中央CPU根據(jù)工況實(shí)時(shí)控制。
使用碳纖維與環(huán)氧樹脂等復(fù)合材料，在保證強(qiáng)度前提下減輕重量，一次性整體熱壓成型水箱、殼體等部件。
內(nèi)置循環(huán)水系統(tǒng)，避免了附帶水管線，也可以降低耗水量。
內(nèi)置循環(huán)水系統(tǒng)，避免了附帶水管線，也可以降低耗水量。
通過以上多種技術(shù)，ispider最終工作車的不帶水重量在40公斤以內(nèi)，人工可搬運(yùn)。
以上問題都是在研發(fā)過程中逐漸遇到和解決的。一開始他們以為1年半就能研發(fā)成功，后來不斷遇到各種技術(shù)問題，多次想要放棄，后來又逐個(gè)突破，直到現(xiàn)在，研發(fā)基本完成，各項(xiàng)功能都完成驗(yàn)證。期間控制代碼的編寫和完善足足歷時(shí)9年。
具體到清潔效果，張華龍表示，清潔效果比人工要好。ispider采用螺旋槳推動(dòng)清洗機(jī)器人，并保持一定的壓力，使其可伸縮的毛刷工作臂與待清洗面接觸，由內(nèi)置驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)毛刷輥?zhàn)痈咚傩D(zhuǎn)擊打清洗面，配合噴水軟化和沖洗污垢。這樣即保證清洗力度，又可以提高移動(dòng)速度，提高效率。
清潔速度方面，張華龍告訴36氪，ispider基于自學(xué)習(xí)技術(shù)，前后速度有所不同。第一次時(shí)，ispider會(huì)對建筑的外墻面情況進(jìn)行學(xué)習(xí)，并通過GPRS與后臺(tái)通信，清洗速度和人差不多，之后的清洗，由于機(jī)器已經(jīng)熟悉了墻面情況，速度可以達(dá)到人的 10 倍。
設(shè)計(jì)完成后，他們并不打算量產(chǎn)出售設(shè)備，而是采用兩步走方式進(jìn)行商業(yè)運(yùn)作。第一步在廈門成立清洗服務(wù)公司，使用 ispider 提供清洗服務(wù)，并可以針對不同的樓定制配件，跑通整套業(yè)務(wù)流程。第二步在其它城市采用加盟合作的方式進(jìn)行擴(kuò)展。據(jù)張華龍計(jì)算，量產(chǎn)的 ispider 成本在 20 多萬，洗 3、4 棟樓就可以收回成本。
雖然功能驗(yàn)證完成，但作為工業(yè)產(chǎn)品，要實(shí)際投入應(yīng)用，還需要經(jīng)過各種可靠性測試，并綜合成本，性能等因素完成量產(chǎn)版產(chǎn)品定型。目前版本的 ispider 在一棟 4 層樓上進(jìn)行了近一年半的測試，設(shè)置了不同障礙修正完善了控制系統(tǒng)，最高也在一棟 20 層的樓上進(jìn)行了運(yùn)行測試，但后續(xù)還需要進(jìn)行多輪試制和測試，才能最終量產(chǎn)定型。
樸蜂團(tuán)隊(duì)目前正在融資，用于量產(chǎn)前產(chǎn)品測試研制和首批產(chǎn)品制造。
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